綠色化工十二原則

O簡述綠色化工的十二條原則及應(yīng)用綠色化工 林峰1104034229號綠色化工的十二條原則是由美國的總統(tǒng)科技顧問p.anastas博士和馬薩諸塞大學(xué)的j.c.waner教授通過大量的研究工作提出的，其可作為實驗化學(xué)家開發(fā)和評估一條合成路線、一個生產(chǎn)過程、一個化合物是不是綠色的指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)。這些原則目前已成為世界范圍內(nèi)公認(rèn)的指導(dǎo)綠色化學(xué)發(fā)展的基本原則。一、 預(yù)防：防止產(chǎn)生廢物，比在生產(chǎn)后再處理或清除更好。環(huán)境都有自己的承載能力，而對于污染其有一定的自凈能力，當(dāng)污染沒有超過它的自凈能力時，它便能夠處于原先的平衡，也就是我們所說的生態(tài)平衡。而當(dāng)此平衡被破壞時，物種之間的關(guān)系也將發(fā)生變化，而這些變化很多都是不可逆轉(zhuǎn)的，平衡破壞了就難以恢復(fù)。先污染后治理是非常不科學(xué)的做法。二、 原子經(jīng)濟性：設(shè)計合成方法時，應(yīng)盡可能使用于生產(chǎn)加工過程的材料都進(jìn)入最后的產(chǎn)品。近年來，開發(fā)原子經(jīng)濟性反應(yīng)已成為綠色化學(xué)研究的熱點之一。實現(xiàn)反應(yīng)的高原子經(jīng)濟性，就要通過開發(fā)新的反應(yīng)途徑、用催化反應(yīng)代替化學(xué)計量反應(yīng)等手段，使反應(yīng)過程中所用的物料能最大限度地進(jìn)到終極產(chǎn)物中。例如，1997年的新合成路線獎的獲得者bch公司的工作：該公司開發(fā)了一種合成布洛芬的新工藝，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝包括6步化學(xué)計量反應(yīng)，原子的有效利用率低于40%，新工藝采用3步催化反應(yīng)，原子的有效利用率達(dá)80%，如果再考慮副產(chǎn)物乙酸的回收利用，則原子利用率就可以達(dá)到99%。利用原子經(jīng)濟反應(yīng)進(jìn)行綠色設(shè)計，采用無毒、無害的原料和環(huán)境友好或可循環(huán)使用的新材料等研究，以及對能源工業(yè)中汽油的催化降烯烴和造紙工業(yè)中的催化氧化降解法研究，均取得了可喜的進(jìn)展，并對環(huán)境保護將產(chǎn)生有益的、深遠(yuǎn)的影響。三、 無害（或少害）的化工過程：設(shè)計的化工過程所采用的原料與生成的產(chǎn)物對人類與環(huán)境都應(yīng)當(dāng)是低毒或無毒的。無論如何要使用可以行得通的方法，使得設(shè)計合成程序只選用或產(chǎn)出對人體或環(huán)境毒性很小最好無毒的物質(zhì)。使用對人類和生態(tài)環(huán)境無毒、無害的原材料獲得目的產(chǎn)物是綠色化學(xué)追求的又一目標(biāo)。例如，針對氯甲酰胺、酸酐、碳酸酯、異氰酸酯、酰氯等5個系列產(chǎn)品傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中采用光氣、氯化亞颯等劇毒和高毒試劑，對人身健康和環(huán)境保護存在較大的安全和環(huán)保隱患等嚴(yán)重問題，發(fā)明了用雙（三氯甲基）碳酸酯（BTC）替代光氣、氯化亞颯等有毒有害物質(zhì)合成氯甲酰胺、酸酐、碳酸酯、異氰酸酯、酰氯等5個系列產(chǎn)品的綠色化學(xué)技術(shù)，配套開發(fā)了利用副產(chǎn)物氯化氫制備高純度鹽酸的技術(shù)與裝備，使氯原子的利用率接近100%，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了資源綜合利用，而且從源頭消除了安全和環(huán)保隱患。四、 設(shè)計無危險化工產(chǎn)品：設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品性能要考慮限制其毒性。設(shè)計化學(xué)反應(yīng)的生成物不僅具有所需的性能，還應(yīng)具有最小的毒性。在設(shè)計方案時，要盡量避免使用和生成毒性較大的、容易形成污染的物質(zhì)，盡量選擇污染少的實驗方法和實驗裝置。在無法避免使用或者產(chǎn)生有害物質(zhì)和污染的情況下，方案必須包括有效保護和消害處理措施。五、 安全的溶劑和助劑:所使用的輔助物質(zhì)包括溶劑、分離試劑和其他物品應(yīng)是無害的。為使制得的中間體具有進(jìn)一步轉(zhuǎn)化所需的官能團和反應(yīng)性，在現(xiàn)有化工生產(chǎn)中仍使用劇毒的光氣和氫氰酸等作為原料。為了人類健康和社區(qū)安全，需要用無毒無害的原料代替它們來生產(chǎn)所需的化工產(chǎn)品。用無毒、無害的溶劑取代揮發(fā)性的有機溶劑也是綠色化學(xué)的重要研究方向。目前廣泛使用的揮發(fā)性有機溶劑不僅會污染水源，還會引起地面臭氧的形成。用超臨界流體，特別是超臨界二氧化碳來代替有機溶劑，其最大的優(yōu)點是無毒、不可燃、價錢便宜。超臨界二氧化碳萃取是八十年代以來國際上取得迅速發(fā)展的分離新技術(shù)，以天然產(chǎn)物為原料制備較昂貴的純天然產(chǎn)物。超臨界二氧化碳萃取的本質(zhì)特征是用無毒、不殘留的二氧化碳代替水或有機溶劑作為萃取介質(zhì)并在接近室溫的條件下進(jìn)行萃取，其最大的優(yōu)點莫過于將萃取分離和去除溶劑等多個單元過程合為一體，大大簡化了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率。另外，它還具有萃取速度快、選擇性好、提取分離可在室溫下進(jìn)行、不存在溶劑殘留污染、不污染環(huán)境等一系列優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)的溶劑分離、水蒸汽蒸餾、壓榨等分離方法存在的在加工過程中天然產(chǎn)物某些對熱敏感或化學(xué)不穩(wěn)定性成分易被破壞的弊病，同時不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物。六、 設(shè)計要講求能效:加工過程的能源要求應(yīng)考慮它們對環(huán)境和經(jīng)濟的影響并應(yīng)盡量節(jié)省。能量使用應(yīng)最小，并應(yīng)考慮其對環(huán)境和經(jīng)濟的影響，盡可能降低化學(xué)過程所需能量，還應(yīng)考慮對環(huán)境和經(jīng)濟的效益，合成程序盡可能在大氣環(huán)境的溫度和壓強下進(jìn)行。高溫和高壓都需要浪費大量的能量，這些我們要盡量避免。七、 使用可再生的原料：當(dāng)技術(shù)和經(jīng)濟上可行時，原料和加工廠粗料都應(yīng)可再生。利用生物或農(nóng)業(yè)廢物如多糖類制造新型聚合物，這樣同時解決了多個環(huán)保問題，其優(yōu)越性在于聚合物原料單體實現(xiàn)了無害化。生物催化轉(zhuǎn)化方法優(yōu)于常規(guī)的聚合方法，它的聚合物還具有生物降解功能。以葡萄糖為底物生產(chǎn)一丙二醇的技術(shù)路線是最具有經(jīng)濟競爭力的，它是將葡萄糖先轉(zhuǎn)化成甘油，甘油再轉(zhuǎn)化成1，3一丙二醇，兩個過程于一次發(fā)酵完成。作為地球上最豐富的可再生資源之一，木質(zhì)素是一種廣泛存在于高等植物體細(xì)胞壁中的多聚酚類，以它代替三醛膠作木材膠粘劑，不僅可以減少對人體健康的損害，還可以節(jié)省石油資源。環(huán)境意識材料也是綠色化學(xué)重要的研究內(nèi)容。環(huán)境意識材料在產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸以及結(jié)束使用時都要考慮到對環(huán)境的影響，并且還要考慮它的循環(huán)再利用問題。德國就規(guī)定衛(wèi)生紙只能用回收廢紙制造，日本也在逐年提高汽車材料的回收利用率。美國環(huán)境保護局開發(fā)的以農(nóng)業(yè)殘余物、廢紙、廢木、城市固體廢棄物等生物質(zhì)為原料，制成燃料添加劑、農(nóng)藥、除莠劑、涂料等有實用價值的化學(xué)品。八、 減少衍生物：如果可能，盡量減少和避免利用衍生化反應(yīng)。因為，此種步驟需要添加額外的試劑并且可能產(chǎn)生廢物。采用價格便宜易得的反應(yīng)原料，經(jīng)過簡單安全的、環(huán)境可接受的和資源有效利用的操作，快速和高產(chǎn)率地得到目標(biāo)分子。減少那些不必要的，可能產(chǎn)生有毒或者無用物質(zhì)的操作流程非常重要。九、 采用高選擇性催化劑：優(yōu)于使用化學(xué)計量助劑。催化劑不僅能改變熱力學(xué)上可能進(jìn)行的反應(yīng)速率，還能有選擇地改變多種熱力學(xué)上可能進(jìn)行的反應(yīng)中的副反應(yīng)，選擇性地生成所需目標(biāo)產(chǎn)物，因此在實現(xiàn)化工工藝與技術(shù)的綠色化方面舉足輕重。高效無害催化劑的設(shè)計和使用成為綠色化學(xué)研究的重要內(nèi)容，選擇性對于催化劑的評價和綠色程度的評價來說尤為重要，選擇性的提高可開辟化學(xué)新領(lǐng)域，減少能量消耗和廢物產(chǎn)生量。目前有關(guān)綠色化學(xué)的研究中有相當(dāng)?shù)臄?shù)量是應(yīng)用新型催化劑對原有的化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行綠色化改進(jìn)，如均相催化劑的高效性、固相催化劑的易回收和反復(fù)使用等。這類研究幾乎無一例外地描述了對反應(yīng)綠色化改進(jìn)的程度，或者減少了試劑的使用，或反應(yīng)條件更加溫和，或反應(yīng)更加高效和高選擇性，或催化劑多次重復(fù)使用和回收等。固體催化劑一直被普遍認(rèn)為催化活性較均相催化劑低很多。通過在分子水平上構(gòu)筑高活性、高選擇性的固體催化劑，不僅可解決催化劑的循環(huán)回收、反復(fù)使用等問題，而且對資源的有效利用和環(huán)境的保護起著積極的作用。酶催化劑與仿生催化劑由于在溫和條件下的高效性和高度專一性往往是化學(xué)催化劑望塵莫及的，已引起了廣泛的重視。十、產(chǎn)物的易降解性要好:化學(xué)品應(yīng)設(shè)計成使用后容易降解為無害物質(zhì)的類型。要設(shè)計降解，按設(shè)計生產(chǎn)的生成物，當(dāng)其有效作用完成后，可以分解為無害的降解產(chǎn)物，在環(huán)境中不繼續(xù)存在。十一、發(fā)展分析方法:對污染物實行在線監(jiān)測和控制，在有害物質(zhì)形成前加以控制。盡可能避免或減少多余的衍生反應(yīng)，因為進(jìn)行這些步驟需添加一些反應(yīng)物同時也會產(chǎn)生廢棄物。十二、防止事故發(fā)生的固有安全化學(xué)：在化學(xué)過程中使用的物質(zhì)和物質(zhì)形態(tài)的選擇，應(yīng)使其盡可能地減少發(fā)生化學(xué)事故的潛在可能性，包括釋放、爆炸以及著火等。在化學(xué)過程中，反應(yīng)物的選擇應(yīng)著眼于使包括釋放、爆炸、著火等化學(xué)事故的可能性降至最低。例如在我國，每年過春節(jié)的時候，許多人都愛燃放鞭炮。用燃放煙花爆竹來慶賀新年，這在我國各地早已成為一種習(xí)俗，延續(xù)了許多年。這種習(xí)俗雖然能增添節(jié)日的氣氛，卻往往帶來不少危害。鞭炮的原料是火藥，主要成分為硫黃、炭粉、火硝或氯酸鉀。煙花炮或煙火是在火藥中按一定配比另外加入鎂、鋁、銻等金屬粉末和硝酸鍶等硝酸鹽制成的。鞭炮或煙火點燃后，它一邊迅速燃燒、爆炸，噴射出五顏六色的火焰，一邊產(chǎn)生大量的二氧化氮、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等有害氣體和各種金屬氧