對綠色化學工藝的應用與發展的探究

王馨苒（天津市南開中學，天津市300100）

對綠色化學工藝的應用與發展的探究

王馨苒（天津市南開中學，天津市300100）

隨著化學工業的迅速發展，由有毒、有害廢液廢渣不合理排放引起的環境污染問題也日益突出。在此形勢下，綠色化學工藝應運而生，由于其具有"可從源頭上阻止污染物產生"的巨大優勢而倍受科學界關注。本文通過檢索文獻的方法探究了綠色化學工業的興起過程、基本原則與發展前景，以其應用實例體現了綠色化學的優勢所在，并結合離子液體造成的“綠色非綠”現象說明了其瓶頸。由此闡述說明充分開發、推廣和應用綠色化學的重要性。

綠色化學工藝；原子經濟性；環境治理

引言

化學工業的發展極大地豐富了人類的物質生活，我們每個人幾乎都每時每刻都在使用著各種的化工產品。從農業肥料、金屬冶金，到日常生活中的食品添加劑，合成纖維到涂漆涂料，我們的衣食住行無一不與化學息息相關。毫不夸張地說，化學工業造福了人類，現代文明也離不開化學工程。

然而，化學工業的發展也帶來了一系列的環境問題，各類污染導致了生態平衡的嚴重失調。面對這些環境問題，對策不是遠離工業，而是建立綠色、環保的化學工業，其中，最具發展潛力和應用前景的方法，就是綠色化學工藝。

本文試圖通過探索環境保護的發展與沿革，探討綠色化學的興起和特點，結合它在實際工業中的應用實例與發展的瓶頸，為讀者介紹綠色化學，希望能引起人們的重視和進一步對它的研究。

1　環境治理的歷史沿革與發展

現代化學工業主要是因為其廢液廢渣廢氣的不合理處理、排放而對生態環境產生不良影響，在八大公害事件中，這種不良影響通過食物鏈傳遞、空氣污染等方式嚴重威脅到人類身體健康。

環境問題的治理經歷了三個主要階段。一是稀釋污染物時期，人們相信只要某一化學物質的濃度降得足夠低，就不會對環境造成污染。然而這種思想忽略了化學物質在環境中的長期積累效應，眾所周知，當工業排放的污染物數量超過環境的自凈能力時，會對環境造成破壞，簡單地稀釋污染物最終導致了很多環境公害問題，如骨痛病、水俁病等等。后來的很長一段時間內，人們對化工污染的處理方法停留在末端治理的階段，即在排放前集中處理污染物。然而這種方法效率低，成本高，不能有效地到達環境保護的目的。而近幾年興起的綠色化學（又稱環境友好化學）則提出，通過改進工藝，從源頭上拒絕污染，是一種環境保護的新科學和新方法。

如今霧霾日益嚴重，由工業問題引起的污染日益凸顯，說明改善化工合成路線迫在眉睫。因此，我們需要通過大力提倡綠色化學工藝，改變現有化學工業的技術路線，從而改變如今大多數化學工業仍采用“末端治理”方法的現狀、從源頭上防止污染，改善人類生存環境、提高人類生活質量。

2　綠色化學概述

綠色化學通過在最大程度上避免化工生產中有毒有害原料、催化劑、溶劑等的使用以及副產物的產生，從而達到從源頭上阻止污染物產生的目的。綠色化學將“原子經濟性”理念貫穿化工始終，因而其理想結果是在處理過程和終端均表現為“零污染和零排放”。不論從資源利用率方面、還是從環境保護方面來看，綠色化學均可稱作一門符合我國可持續發展要求的科學技術方法。

3　綠色化學工藝在工業生產中的應用實例

近年來，綠色化學因其環境友好，減少能耗等特性獲得了廣泛的研究，新的工藝被不斷的開發。以下筆者將從原子經濟性與使用無毒原料這兩條原則出發，給出兩個綠色化學工藝的實際案例。

3.1銀催化法制取環氧乙烷

這個工藝的原子利用率經計算只有25.43%

而綠色化學工業中以銀作催化劑，使得制取環氧乙烷的反應中反應物的每一個原子都得到充分使用，并避免了副產物的產生，原子利用率達到了100%。

綠色化學的主要特點之一是原子經濟性，與產率不同，原子經濟性關注的是充分利用每一個原子，而產率即使在100%的情況下也能生產出大質量的副產物（如Witting反應，引入基團=CH2的摩爾質量只有14g/mol，而廢物O=PPh3的摩爾質量卻達到了278g/mol）。

傳統工業制取環氧乙烷的工藝采用兩步，第一步中，氯氣水解產生的次氯酸與乙烯加成形成氯乙醇，其副產物中含有鹽酸等對反應容器有強烈腐蝕性的物質，對環境造成影響。反應方程如下所示，

第一步：CH2=CH2+Cl2+H2O→ClCH2CH2OH+HCl

第二步：ClCH2CH2OH+Ca（OH）2+HCl→C2H4O+CaCl2+H2O

總反應：CH2=CH2+Cl2+Ca（OH）2→C2H4O+CaCl2+H2O

3.2二氧化碳法制取聚氨酯

以下是聚氨酯的傳統制取方法，有機胺與光氣在第一步中反應生成一氰酸酯和鹽酸，中間產物一氰酸酯再與醇反應制取聚氨酯。由于此反應中以光氣為原料，光氣是一種極為活潑的有毒氣體，吸入后會損害呼吸道，嚴重的中毒癥狀包括昏迷甚至死亡，對人類的健康造成了威脅，所以其安全性較差。

RNH2+COCl2→RNCO+2HCl

RNCO+R′OH→RNHCOOR′

綠色化學工業中，把原反應工藝中劇毒的光氣改為無毒無害的二氧化碳從而改善了化學合成路線，大大增強了反應的安全性，也避免了傳統制法中鹽酸的處理問題，從源頭上防止了污染物、有毒有害物質的產生。

RNH2+CO2→RNCO+H2O

RNCO+R′OH→RNHCOOR′

4　綠色化學工藝的發展瓶頸

然而，綠色化學的發展也遭遇著很多的限制和瓶頸，“綠色非綠”的現象就是其中之一。它指的是盡管某種反應的生產過程是綠色的，但其前端或者后端卻存在著巨大的污染。一個著名的例子是離子液體。

傳統的有機溶劑揮發性大，容易進入到環境中造成危害。而離子液體，顧名思義，就是液態的鹽，它的不對稱性使它在室溫下仍然呈現液態，但幾乎不具有揮發性，是標準的綠色溶劑。雖然離子液體在電化學領域和吸收有害氣體方面正有著越來越廣泛的應用，但是其制備過程需要耗費大量的化學試劑和能源，因此其綠色化受到質疑。

5　結語

綠色化學以其“源頭上避免污染”的優點和符合“原子經濟性”的特點受到社會的廣泛關注，世界各國的許多科研機構與政府部門都致力于綠色化學的開發、推廣和應用，在節約原料、保護環境、保障人類健康與安全方面發揮了日益顯著的作用。綠色化學體現了化學科學、技術與社會的相互聯系，是化學科學高度發展以及社會對化學科學發展的作用的產物，對化學本身而言是一個新階段。對于綠色化學的研究已經成為一門重要的化學學科分支，是我們人類通向綠色生活的必由之路。

[1]紀紅兵，和佘遠斌.綠色化學化工基本問題的發展與研究[J].化工進展，2007（5）：605-14.

[2]謝萍華，和陸偉.綠色化學與我國化工行業的可持續發展[J].杭州化工，2008（2）：5～12.

[3]周 清.離子液體：綠色化工新寵[J].科學世界，2013（12）：50～55.

TQ030

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2095-2066（2016）31-0243-02

2016-10-12