綠色化學的研究方向

摘 要：綠色化學是對傳統(tǒng)化學的更新和發(fā)展，是化學工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。首先簡要介紹綠色化學的興起，然后著重闡述綠色化學的發(fā)展現(xiàn)狀和研究方向，最后提出要對學生進行綠色化學的宣傳和教育。

關(guān)鍵詞：綠色化學；研究方向；宣傳教育

一、興起中的綠色化學

環(huán)境與發(fā)展問題，已成為當今世界必須面對的兩難選擇，成為21世紀人類面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)，人類不得不開始關(guān)注自身的環(huán)境問題了。人類在享受科學技術(shù)帶來巨大的物質(zhì)財富的同時，也使人類自身賴以生存與發(fā)展的生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，能源和資源

的短缺日益困擾著人們。而當今社會的許多環(huán)境問題，都直接或間接地與化學物質(zhì)的污染有關(guān)。因此，一種著眼于從源頭上消除污染的被稱為環(huán)境無害化學或環(huán)境友好化學的綠色化學便于20世紀90年代初最早在美國應(yīng)運而生。

綠色化學是用一種全新的、創(chuàng)造性的思維方式研究新的反應(yīng)體系，尋求新的反應(yīng)原料，探索新的反應(yīng)條件與合成路線，設(shè)計新的綠色產(chǎn)品的一門新興學科。［1］

綠色化學的主要目標是運用化學的技術(shù)和手段從源頭上防止污染，是人類追求自然完美的一種高級意識，它與傳統(tǒng)的“先污染、后治理”的環(huán)保意識不同。因此，綠色化學可以看成是進入成熟期的高層次的化學，是對傳統(tǒng)化學和化學工業(yè)的更新和革命。

二、綠色化學的研究方向

國內(nèi)外綠色化學的研究工作主要圍繞原料、化學反應(yīng)、催化

劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化展開的。

1.尋找綠色反應(yīng)原料

在化工生產(chǎn)過程中，常使用一些有毒、有害的原料，如，光氣、氰化氫、甲醛、苯等，它們嚴重污染環(huán)境，危害人類健康。采用無毒、無害原料或以再生資源作原料來生產(chǎn)特定的化學物品，是綠色化

學研究的重要課題。

異氰酸酯是一種重要的化工產(chǎn)品，以前一直以毒性很大的光

氣來作為生產(chǎn)原料。目前，科學家已經(jīng)探索出了用二氧化碳和有機胺成功地合成了異氰酸酯，取代了光氣，實現(xiàn)了“無廢棄物”工藝。［2］

石油是當今主要的化工原料，95%以上的有機化學物品都來自石油，但是地球上石油的儲量是有限的。因此，科學家正在考慮如何運用生物技術(shù)手段，利用可再生的生物質(zhì)原料合成有機化學物質(zhì)，以替代石油、煤等礦物原料。

生物質(zhì)主要有兩類：淀粉和木質(zhì)纖維素。玉米、小麥和土豆是淀粉類的代表，農(nóng)作物秸稈和草類是典型的木質(zhì)纖維素。我國擁有豐富的生物質(zhì)，可都被白白浪費掉了，如，每年收成10億噸農(nóng)作物秸稈，5％用于造紙，就產(chǎn)生約25億噸的造紙廢水，既污染了環(huán)境，廢水中有重要經(jīng)濟價值的木質(zhì)素又被浪費掉；再如，大量的秸稈被焚燒，又造成大氣污染。目前，科學家正努力尋找高效廉價的酶或化學仿酶催化劑，以實現(xiàn)生物質(zhì)原料的高效轉(zhuǎn)化，同時也是發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的需要。

2.開發(fā)原子經(jīng)濟反應(yīng)

最大限度地利用原料、最大限度地減少副產(chǎn)物，減少廢棄物的排放，是化學合成方法發(fā)展的趨勢。理想的原子經(jīng)濟反應(yīng)是原料分子中的原子100％地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢棄物，實現(xiàn)廢棄物的“零排放”。

開發(fā)新的原子經(jīng)濟反應(yīng)已成為綠色化學研究的熱點之一。例如，由乙烯為原料生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，較早的氯醇二步法工藝的原子利用率只有25%，改用銀催化氧化法工藝，則原子利用率可達100%；再如，利用鈦-硅分子篩作催化劑，將環(huán)己酮與氨、過氧化氫反應(yīng)，可直接合成環(huán)己酮肟。取代先前由氨氧化法制硝酸，然后在催化劑作用下還原得到羥胺，最后羥胺再與環(huán)己酮反應(yīng)合成環(huán)己酮肟的復(fù)雜合成線路，并已實現(xiàn)工業(yè)化。

近年來，我國對綠色化學的研究也取得了一些進展，基本做到了“零排放”。如，中國科技大學研發(fā)的制皂新工藝實現(xiàn)了無污水排放；四川聯(lián)合大學研發(fā)的尿素氮磷復(fù)合肥、氮磷鉀復(fù)合肥生產(chǎn)新工藝；在醫(yī)藥合成中，利用生物催化、仿酶催化技術(shù)，代替了傳統(tǒng)的化學合成技術(shù)，也取得了可喜的進展。［3］

3.采用綠色催化劑

在化學反應(yīng)中，我們經(jīng)常使用硫酸、磷酸、氫氟酸、三氟化硼等催化劑和含有鉛、汞、鎘等重金屬的催化劑。這些有毒、有害的催化劑嚴重污染環(huán)境，腐蝕設(shè)備。［4］為了保護環(huán)境，近年來國內(nèi)外科研工作者正從分子篩、雜多酸、超強酸等新型催化材料中大力開發(fā)固體綠色催化劑，這些催化劑具有選擇性高、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境、易分離、穩(wěn)定性好、可再生利用等優(yōu)點，在化學反應(yīng)中得到廣泛的應(yīng)用。

例如，乙苯液相烴化的新型分子篩催化劑技術(shù)，催化劑選擇性

高且壽命長，乙苯的回收率超過了99.6%；再如，在酰基化反應(yīng)中需用到有腐蝕性、易水解的無水三氯化鋁作催化劑，而每生產(chǎn)1噸酰化產(chǎn)物，就會帶來3噸對環(huán)境有害的酸性富鋁廢棄物及蒸汽。將蒙脫土作為載體，把三氯化鋁吸附在其上開發(fā)成新的非均相催化

劑，該催化劑的用量僅為傳統(tǒng)三氯化鋁催化劑用量的十分之一，廢棄物氯化氫的排放量也減少了四分之三。［5］

4.使用無毒無害溶劑

揮發(fā)性有機化合物常常被用作有機合成的溶劑，此外還在油

漆、涂料以及泡沫塑料中作噴霧劑和發(fā)泡劑使用。但是有機溶劑毒性大、易燃燒、不易回收，是環(huán)境的嚴重污染源。所以，綠色化學研究的另一個重點就是用無毒無害的液體取代這些易揮發(fā)的有機化合物。

因此，我們盡量選用水作溶劑，或用超臨界流體做反應(yīng)介質(zhì)，或在無溶劑的條件下進行反應(yīng)，避免使用有毒有害和揮發(fā)性的有

機溶劑，這已成為綠色化學的發(fā)展方向。

當前，超臨界流體溶劑的研究已經(jīng)取得重大進展。例如，采用超臨界二氧化碳替代有機溶劑作為油漆、涂料的噴霧劑和泡沫塑料的發(fā)泡劑已經(jīng)在工業(yè)上得到應(yīng)用；再如，四川聯(lián)合大學皮革系已經(jīng)成功地用超臨界二氧化碳對皮革進行處理，前景令人鼓舞等

等。［6］

5.設(shè)計生產(chǎn)綠色產(chǎn)品

化工產(chǎn)品與人類的生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)，因此，化工產(chǎn)品的綠色化是十分必要的。綠色產(chǎn)品要求在使用過程中以及使用后不含危害人體健康和生態(tài)環(huán)境，易于回收、降解和再生。為此，世界各國對化工產(chǎn)品的綠色化開展了廣泛的研究，以尋求一些相應(yīng)的解決方法。現(xiàn)已成功開發(fā)了為保護大氣臭氧層的氟氯烴代用品和防止“白色污染”的可生物降解塑料，以及減少汽車尾氣一氧化碳、芳烴排放量的新配方汽油等技術(shù)。［7］

三、積極開展綠色化學教育

綠色化學是對傳統(tǒng)化學的更新與發(fā)展，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。目前，綠色化學及其帶來的產(chǎn)業(yè)革命正在全球興起。作為化學教育工作者，應(yīng)從可持續(xù)發(fā)展的角度，從人與自然和諧共處的角度深刻理解綠色化學教育觀，義不容辭地開展綠色化學的宣傳、教育和普及工作，努力培養(yǎng)學生的綠色意識。

參考文獻：

［1］溫德才.綠色化學：現(xiàn)代化學新觀念［J］.龍巖師專學報，2001，19（3）：30.

［2］ANASTAS P T，WILLIAMSON T C. Green-Designing Chem-istry for the Environment， ACS Synmoposium Senies 626th［C］.Washington：American Chemical Society，1996.

［3］張意正.第二屆國際綠色化學高級研討會論文摘要集［C］.成都：四川大學出版社，1999.

［4］朱清時.綠色化學的進展［J］.大學化學，1997，12（6）：7.

［5］趙干卿.綠色化學與化學教育［J］.平頂山師專學報，2001，16（4）：76.

［6］朱清時.綠色化學的進展［J］.大學化學，1997，12（6）：9.

［7］趙干卿.綠色化學與化學教育［J］.平頂山師專學報，2001，16（4）：77.

（作者單位 江蘇省連云港中等專業(yè)學校）