綠色化學(xué)的研究現(xiàn)狀及進展

綠色化學(xué)的研究及進展院系：化學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院班級：10-1（雙語）班姓名：齊買克學(xué)號：2010070301231綠色化學(xué)的研究及進展摘要：綠色化學(xué),又稱為環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué),是當今國際化學(xué)科學(xué)研究的前沿課題,其目的是將現(xiàn)有化工生產(chǎn)技術(shù)路線從“先污染,后治理”改為“從源頭上根除污染”。是利用化學(xué)來防止污染的一門科學(xué)[1],是一種對環(huán)境友好的化學(xué)過程,綠色化學(xué)對傳統(tǒng)化學(xué)在諸多方面存在著繼承,更存在著巨大的發(fā)展和創(chuàng)新。關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；環(huán)境無害化學(xué)；環(huán)境友好化學(xué)；清潔化學(xué)綠色化學(xué)(GreenChemistry)是20世紀末崛起的一門新興學(xué)科,相對于傳統(tǒng)化學(xué),它是未來化學(xué)化工發(fā)展的主要方向之一。綠色化學(xué)即用化學(xué)的技術(shù)和方法去避免或減少那些對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑在生產(chǎn)過程中的使用,同時在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物、廢物。綠色化學(xué)是當今國際化學(xué)學(xué)科的研究前沿,是具有明確社會需求和科學(xué)目標的新興交叉學(xué)科。從科學(xué)觀點看,綠色化學(xué)是對傳統(tǒng)化學(xué)思維方式的更新和發(fā)展;從環(huán)境觀點看,是從源頭上消除污染;從經(jīng)濟觀點看,它合理利用資源和能源,降低生產(chǎn)成本,符合經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)展綠色化學(xué)技術(shù)的思想首先在歐美國家產(chǎn)生。1984年美國環(huán)保局提出的“廢物最小化”是綠色化學(xué)的最初思想。1989年美國環(huán)保局又提出了“污染預(yù)防”的概念,是綠色化學(xué)思想的初步形成。1990年美聯(lián)邦政府通過了“防止污染行動”的法令,將污染的防止確立為國策,該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學(xué)”一詞。1995年美國政府設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”,從1996年開始,每年對在綠色化學(xué)方面做出重要貢獻的化學(xué)家和企業(yè)頒獎,獎勵內(nèi)容包括:(1)變更合成路線獎;(2)改變反應(yīng)條件獎;(3)設(shè)計更安全化學(xué)品獎;(4)小企業(yè)獎;(5)學(xué)術(shù)獎。1998年美國成立綠色化學(xué)研究所,專門從事化學(xué)工業(yè)綠色化學(xué)研究。2000年,美國化學(xué)學(xué)會出版了第一本綠色化學(xué)教科書。在英國,1999年皇家化學(xué)會創(chuàng)辦了第一份國際性《綠色化學(xué)》雜志,標志著綠色化學(xué)成為化學(xué)學(xué)科的前沿。綠色化學(xué)獎于2000年開始頒發(fā),該獎分為3類:一是被稱作“JerwoodSalters”(環(huán)境獎)的年度學(xué)術(shù)獎,另2項年度獎用于獎勵的含量;提高催化劑的穩(wěn)定性,以延長催化劑的壽命。采用無毒無害的溶劑或不使用溶劑一般與化學(xué)制品有關(guān)的污染物不僅與原料、產(chǎn)品有關(guān),也與制造過程中使用的溶劑有關(guān)。當前廣泛使用的溶劑主要是揮發(fā)性的有機物,其中有些有機物會引起地面臭氧層的形成,有的會引起水源污染,因此,要限制這類物質(zhì)的使用。采用無毒無害的溶劑代替揮發(fā)性的有機物已成為綠色化學(xué)研究的方向。在過去的20年中,研究人員對超臨界流體進行了大量研究,并在諸如臨界現(xiàn)象、溶解度和溶劑團簇等問題上取得了重大進展。水是無毒無害的廉價溶劑,用水作溶劑具有其獨特的優(yōu)越性[5]rieco等研究了在水相中、室溫下的DielsAlder反應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)水相中的反應(yīng)比有機溶劑中的反應(yīng)產(chǎn)率高。超臨界CO2(T=304K,Pc=7.4MPa)作為溶劑的研究,近年來有了很大的進展。超臨界CO2無毒、不可燃、價廉,可使許多反應(yīng)的速度加快和(或)選擇性提高,因此是一種優(yōu)秀的綠色化學(xué)溶劑[6]另外,“離子液體”作為溶劑代替揮發(fā)性的有機物已成為綠色化學(xué)的重要研究方向。研制環(huán)境友好產(chǎn)品綠色化學(xué)研制環(huán)境友好產(chǎn)品,就是為了消除污染環(huán)境產(chǎn)品的負面影響。Rohmhaas公司成功開發(fā)了一種環(huán)境友好的海洋生物防垢劑,從而獲得美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎項中的設(shè)計更安全的化學(xué)品獎。Donlar公司由于成功開發(fā)了2個高效工藝合成熱聚天冬氨酸,也獲得了美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎項中的小企業(yè)獎。在環(huán)境友好機動車燃料方面,已逐步推廣使用液化石油氣、壓縮燃氣、甲醇和乙醇等醇類燃料,以及太陽能和氫能等,減少了由汽車尾氣中的一氧化碳以及烴類引發(fā)的臭氧和光化學(xué)煙霧等對空氣的污染。此外,保護大氣臭氧層的氟氯烴代用品和防止“白色污染”的生物降解塑料也在使用。2.6物理方法促進化學(xué)反應(yīng)光、電、熱等是引發(fā)和促進有機反應(yīng)的有效手段,是綠色化學(xué)的方向之一。近年來,微波促進化學(xué)反應(yīng)的研究已取得很大進展。利用超聲波的空化作用,可提高許多化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度,改善目的產(chǎn)物的選擇性,改善催化劑的表面形態(tài),提高催化活性組分在載體上的分散性等。2.7計算機輔助的綠色化學(xué)設(shè)計計算機技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,尤其是分子結(jié)構(gòu)與性能數(shù)據(jù)庫的建立以及分子模擬技術(shù)的發(fā)展,使人們在化學(xué)分子設(shè)計、合成統(tǒng)計、實驗控制與模擬中有了得力的助手和工具,避免了盲目的實驗探索,減少了能源和材料浪費以及由此造成的對環(huán)境的污染,從而按照綠色化學(xué)的既定目標,研制并生產(chǎn)出各種化學(xué)品。2.8培養(yǎng)綠色化學(xué)人才百年大計,教育為本。欲發(fā)展21世紀的綠色化學(xué)必須立足于教育,培養(yǎng)出以綠色化學(xué)為觀念的化學(xué)家和化學(xué)工藝等方面的專家。因此,與教育相結(jié)合也是綠色化學(xué)應(yīng)注意的一個發(fā)展方向。3研究領(lǐng)域上的繼承和發(fā)展傳統(tǒng)化學(xué)的研究囿于對化學(xué)過程的闡釋和對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探究。綠色化學(xué)則跳出了這個思維的狹隘的圈子,引導(dǎo)化學(xué)工作者去關(guān)心環(huán)境、保護環(huán)境、改善環(huán)境。3.1傳統(tǒng)化學(xué)的研究領(lǐng)域和目標傳統(tǒng)化學(xué)注重對微觀粒子運動的研究,利用熱力學(xué)、動力學(xué)和物理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的最新發(fā)現(xiàn)和手段,從分子和原子的水平去研究化學(xué)過程、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件。它也進行宏觀探索--研究物質(zhì)的理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系等[3]。如在Ａ->Ｂ這樣一個化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中,Ａ是始態(tài),Ｂ是終態(tài)。當物質(zhì)Ａ向物質(zhì)Ｂ轉(zhuǎn)化的各種條件、中間態(tài)已被研究透徹后,一旦該反應(yīng)過程在生產(chǎn)中和經(jīng)濟上可行,傳統(tǒng)化學(xué)的任務(wù)也就完成了。傳統(tǒng)化學(xué)實際上要么是"為生產(chǎn)而化學(xué)",要么是"為化學(xué)(研究)而化學(xué)",很少甚至沒有"為環(huán)境而化學(xué)"?？梢妭鹘y(tǒng)化學(xué)的思路是直線型,缺少系統(tǒng)地對環(huán)境、社會、人類發(fā)展的全面考慮。3.2綠色化學(xué)的研究領(lǐng)域和目標從微觀到宏觀,微觀、宏觀相結(jié)合解決問題是綠色化學(xué)的思維特點。綠色化學(xué)除了研究微觀粒子運動變化的規(guī)律外,更看重其對宏觀過程和環(huán)境的影響。它把生產(chǎn)過程放到一個與其緊密相關(guān)的局部環(huán)境乃至全球中去,構(gòu)成一個物質(zhì)流的完整而封閉的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng),從工業(yè)代謝、產(chǎn)品的全生命周期評價、區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)三個方面著手研究,試圖實現(xiàn)物質(zhì)和能量的循環(huán)利用和工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此,在綠色化學(xué)中,研究Ａ->Ｂ這個化學(xué)過程的實現(xiàn)途徑還僅僅是研究的開始;Ａ->Ｂ只是化工過程的始態(tài),終態(tài)是Ｂ被利用后回到環(huán)境的消納過程以及重新回到可為下一個生產(chǎn)周期利用的Ａ的過程。因此綠色化學(xué)的使命決定了它必須將化學(xué)品的生產(chǎn)置于封閉體系中去,研究如何利用可更新的原料和可再生的能源,生產(chǎn)出對環(huán)境最友好、生產(chǎn)過程最清潔、產(chǎn)品最容易回歸自然的產(chǎn)品[4]。綠色催化、超臨界流體、生物化學(xué)工程、輻射加工、等離子體等綠色技術(shù)在這樣的思維方式的指引下,已呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。4我國綠色化學(xué)的活動近年來,我國在綠色化學(xué)方面的活動也逐漸活躍.1995年中國科學(xué)院化學(xué)部確定了《綠色化學(xué)與技術(shù)》的院士咨詢課題;1996年召開了“工業(yè)生產(chǎn)中綠色化學(xué)與技術(shù)”研討會,并出版了《綠色化學(xué)與技術(shù)研討會學(xué)術(shù)報告匯編》;1997年國家自然科學(xué)基金委員與中國石油化工集團公司聯(lián)合立項資助了“九五”重大基礎(chǔ)研究項目“環(huán)境友好石油化工催化化學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程”,中國科技大學(xué)綠色科技與開發(fā)中心在該校舉行了專題討論會.并出版了“當前綠色科技中的一些重大問題”的論文集,香山科學(xué)會議以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學(xué)的挑戰(zhàn)一一綠色科學(xué)”為主題召開了第72次學(xué)術(shù)討論會;1998年在合肥舉辦了第一屆國際綠色化學(xué)高級研討會;《化學(xué)進展》雜志出版了“綠色化學(xué)與技術(shù)”專輯,四川聯(lián)合大學(xué)也成立了綠色化學(xué)與技術(shù)研究中心.上述活動表明我國也非常重視綠色化學(xué)活動的發(fā)展.并正在積極地投入到全球的綠色化學(xué)活動中。5傳統(tǒng)化學(xué)與綠色化學(xué)在對待能量的態(tài)度上的區(qū)別傳統(tǒng)化學(xué)家在開發(fā)一個反應(yīng)或合成過程后,往往要對其優(yōu)化,但考慮的往往是如何提高產(chǎn)率,而經(jīng)常忽略了能量的問題。通常他們將能量問題留給過程工程師們?nèi)タ紤]。而化學(xué)在將物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量以及將已存在的能量轉(zhuǎn)換成可用的形式上起著主要作用。工業(yè)化國家消耗了大量的能源,而在工業(yè)化國家,化學(xué)工業(yè)消耗了很大部分的能量,是耗能最大的工業(yè)之一。綠色化學(xué)從節(jié)約資源、減少污染、實現(xiàn)工業(yè)的持續(xù)發(fā)展的高度,對能量問題給予了極大的重視。這是因為要實現(xiàn)物質(zhì)流的閉路循環(huán),必須充分利用太陽能、水力、水熱、風能、地熱能等可再生能源,少用煤,石油,天然氣等不可再生能源;生物質(zhì)的開發(fā)和利用除為人類找到一種新的可再生能源外,還將對ＣＯ2減排、溫室效應(yīng)降低、減少化工過程加氧和減少對石油等不可再生能源的依賴做出巨大貢獻。利用超強酸/堿固體催化劑、雜多酸催化劑、夾層催化劑、仿酶催化劑等新型綠色催化技術(shù),也將節(jié)約大量用于化工過程升溫的能源,并且極大地減少了副反應(yīng)的發(fā)生和污染物的產(chǎn)生,綠色催化劑已經(jīng)成為綠色化學(xué)的一大研究方向。結(jié)束語隨著全球性環(huán)境污染問題的日益加劇和能源、資源急劇減少,公眾環(huán)境意識逐步提高,綠色化學(xué)必將成為21世紀的主題,對整個工業(yè)而言,研究綠色化學(xué),推行綠色化學(xué)是提高效益、節(jié)約資源和能源、改善環(huán)境、保持可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施。綠色化學(xué)必將給我們帶來一場全新的產(chǎn)業(yè)革命。綠色化學(xué)是伴隨人們對于日益惡化的環(huán)境狀況和人類自身健康的日益關(guān)注而產(chǎn)生的。當人類生存的環(huán)境面臨一次又一次的自然災(zāi)害時,當人們不得不一次又一次地吞下物質(zhì)文明高速發(fā)展種下的苦果時,綠色化學(xué)的興起和蓬勃發(fā)展,終于使人類看到了自救的希望。綠色化學(xué)不是傳統(tǒng)化學(xué)的分支,也不是在傳統(tǒng)化學(xué)基礎(chǔ)上簡單地拔高和提升,而是更高層次的科學(xué),是一種哲學(xué)思想,它需要物理學(xué)及其它自然科學(xué)、社會學(xué)、倫理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等諸多學(xué)科的聯(lián)合支撐,是一門綜合性極強的新興學(xué)科。在對環(huán)境問題高度重視的今天,綠色化學(xué)必將為人類的繁榮作出不可磨滅的貢獻。參考文獻[1]仲崇立.綠色化學(xué)導(dǎo)論.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000:1～3.[2]閔恩澤,陳家鏞等.綠色化學(xué)與技術(shù)———推進化工生產(chǎn)