綠色化學在環保中的研究與應用

梁婷 呂咨蔓 孫啟維

【摘要】：當今社會，隨著環境污染危害性的曝光，環境保護也成了政府和人民共同關注的話題。環境保護不僅需要治理環境污染，更重要的是預防環境污染的發生，在此背景之下，發展綠色化學的效益日漸凸顯，已經在全球范圍內達成共識并推廣。本文以綠色化學為主要內容，針對現在存在的環境問題進行了研究，并結合我國的國情對綠色化學的應用進行了深入地研究。

【關鍵詞】：綠色化學；環境保護；應用分析；

在世界范圍內，經濟發展和人口增長需要提供越來越多的資源和能源，發展過程中出現的環境污染問題越來越引起人們的重視。面對越來越嚴峻的環境問題，綠色化學出現在了人們的視野中。綠色化學是新興的技術概念，能夠有效地節約資源并預防環境污染，涵蓋了傳統的化學、物理、材料、環境和信息等相關學科知識理論，在治理環境污染問題上發揮著重要的作用。

1、綠色化學的產生及研究內容

1.1綠色化學的產生及定義

傳統化學通常是只考慮收率和選擇性，而忽略在生產過程中所產生的污染，或者是采取先污染后治理措施，但是這種方法確實治標不治本，“野火燒不盡，春風吹又生”，在如此反復的情況下，我們的精力和資金并沒有得到節省，從長遠上考慮，反而會造成更大的影響。

綠色化學的概念最早由美國學者Paul Anastas研究提出，又可稱為清潔化學、環境友好化學或者環境無害化學。綠色化學是指對于人類健康或者自然環境有害的產物、原料、溶劑、試劑和副產物的生產和應用，通過化學的技術手段進行消除或者減少的新興學科 [1]。綠色化學通過從源頭消除環境污染，達到零污染和零排放的目的，從而起到環境保護的作用。

1.2綠色化學的研究內容

綠色互學研究的指導方針和標準是綠色化學的“十二條原則”和“5R理論”，在降低成本，節省資源、能源，減少污染的前提下，通過對深層次的環境無害化學展開研究，充分運用先進的科學技術手段和人文理念對物質中的每個原子進行開發利用，從而減少和消除傳統化學中對人類健康和自然環境有害的一面，達到綠色環保、低毒無污染的目標，實現可持續發展。

2目前存在的環境問題及發展趨勢

2.1目前存在的環境問題

隨著經濟全球化的不斷發展，人們的生活水平提高的同時，對于資源和能源的需求也隨之加大，環境問題已經變成人類需要共同面對的問題。英國《自然》周刊研究報告警告說，如果溫室氣體排放量繼續增加，全球變暖可能在我們有生之年超過安全值[2]。根據相關的調查顯示，目前全球共存在十個方面的環境問題：（1）全球氣候逐漸變暖（2）太空臭氧層遭到破環（3）大氣環境污染（4）海洋環境污染（5）淡水資源緊張和污染（6）土地退化和沙漠化（7）森林銳減（8）全球酸雨蔓延（8）自然生物多樣性變少（10）有毒的化學品和危險廢物。其中中國存在的最為嚴重的主要是大氣污染、淡水資源緊張和污染，雖然如今污染防治已經取得了一定的成績，但是都是治標不治本，環境問題已經成為懸在人們心頭的達摩克利斯之劍，我們要重點綠色研究和應用綠色化學，掐斷環境污染的發生源頭，治標更治本，實現可持續發展。

2.2綠色化學的發展趨勢

發展綠色化學適應了經濟社會的發展，體現了環境保護的要求。隨著科學技術的進步，和人們意識的不斷提高，近年來綠色化學已經引起了國內外各界的關注。美國總統克林頓設立總統綠色化學挑戰獎以來，截至目前共頒獎20余次，頒獎的項目共有100多項。我國也在1993年編制了《中國21世紀議程》，堅決貫徹落實世界環境和發展大會的要求，決心走可持續發展之路。2017年在全國代表大會中，提出了“樹立和踐行綠水青山就是金山銀山”的理念，并指出要推進綠色發展，著力解決突出環境問題，加大生態系統保護力度，改革生態環境監管體制。

2.3綠色化學技術的優勢

一直以來我國對于環境污染的治理都是采取末端治理的方法，因為治理時污染已經存在，治理污染的過程中需要花費高昂的資金成本和時間成本。綠色化學技術優勢體現在，一方面能夠提高治理污染的工作效率，減少耗費的時間，另一方面可以有效減少資金開支，預防污染的形成。除此之外，由于污染已經形成，所以在治理期間需要預防污染的擴散，其中部分污染還會存在一些毒性，而綠色化學技術的治理方法操作簡便，安全性好，不會產生有毒有害物質，不會產生二次污染，便于推廣和普及。

3.綠色化學在環保中的研究與應用

3.1治理水污染

水污染問題一直以來都是我國政府和人民關注的問題，主要包括居民排放的生活污水、企業排放的商業廢水和海水污染問題。造成水污染的化學物質多種多樣，主要包括各類有機物、無機物、重金屬和放射性物質等。在處理水污染的同時，我們還可以先將這些化學物質進行二次利用和回收，這樣不僅可以提高我們處理水污染的治理效果，在利用這些回收的化學物質的同時，也節約了其他流程的成本，這深刻的體現了我國可持續發展的理念，真正做到變廢為寶，降低成本。

目前我國處理污水都是采用化學法、物理法、生物法、電滲析、膜技術等方法。在這些處理方法中，最常用的是生物法。相對而言，采用化學法雖然投入資金少，但是容易發生再次污染問題，所以不能大規模推廣使用；采用物理法雖然操作方法和原理簡單，但是設備占地面積太大，成本過高；電滲析和膜技術污水處理效果好，但投資費用較大，使用過程中維修管理困難；而生物法成本低，可以直接應用，不會產生二次污染，用于處理污染的生物能夠進行自我修復，相對來說較為實用[3]。

3.2治理大氣污染

近年來，我國大氣污染問題較為突出，污染問題日益嚴峻。大氣污染的來源多種多樣，大氣污染造成的后果也各種各樣，像霧霾、全球氣候升溫、酸雨等問題都是由大氣污染引起的。雖然我國現在實施了低碳環保的政策（汽車限號、大力支持共享單車、供暖由煤炭改為天然氣等）措施，但是距離我們理想的效果還相差很遠，大氣污染的治理仍需要我們的不斷努力和支持。

SO2是大氣污染源之一，可以通過生物脫硫的方法進行處理，減少SO2的排放。Newlight Technologies公司開發了一種以溫室氣體甲烷為原料合成高性能熱塑性塑料的方法，并同時包攬了2016年美國總統綠色化學獎中的兩個獎項[4]，這種合成方法不僅成本低廉，用途廣泛，還達到了治理大氣污染，減小溫室效應和全球變暖的可能性。

3.3在綠色催化劑中的應用

在很多的化學反應過程中，通過催化劑可以加快其化學反應的速度。但是目前看來，很多的均相催化劑造成了環境污染，甚至會危害人類健康，所以，綠色催化劑的使用有著至關重要的作用，合理的使用選擇性的綠色催化劑，可以減少能源的消耗，提升反應速度，減少環境污染。

通常情況下，綠色催化劑屬于非均相催化劑。固體酸堿催化劑是一種優良的綠色催化劑，與傳統的催化劑相比有良好的選擇性，而且不會腐蝕儀器，可以回收并重復使用。沸石分子篩就是一種固體酸催化劑，能夠擇形催化，對環境無害，現在已經大規模運用在石油化工領域了。由西比埃（CB&I;）公司和雅保公司開發的AlkyClean催化劑是第一個用于商業規模生產的固體酸催化劑，主要作用是在生產各類烷基化油過程中充當清潔汽油的成分。這種催化劑替代了傳統的毒性大、腐蝕性強的液體酸性催化劑，使石油行業開始變得“環境友好”，2015年8月我國的淄博海益精細化工公司也開始使用這項技術生產烷基化油。

3.4在綠色溶劑中的應用

在制造加工和利用化學品的過程中，很多時候會用到輔助性有機溶劑。這些溶劑具有揮發性，揮發后形成的化學煙霧會造成環境污染特別是水體污染，破壞水生動植物生存環境，甚至還會危及人類的生命健康。代替揮發性有機溶劑的綠色溶劑，主要由水、離子液體、超臨界流體和無溶劑系統等無毒無害的液體組成，有效避免了揮發性有機溶劑的缺陷。

水溶劑是應用最簡單的一種綠色溶劑，它不是單純以水作為溶劑，而是使用水溶性的均相催化劑，與有機反應物構成兩相催化體系，在界面進行反應，利用水溶性催化劑進行的反應得到的產物容易被分離出來，反應選擇性好，不但能夠簡化操作流程，消除環境污染，還能提高反應速率，提高產率，實用性非常廣泛。

超臨界流體（SCF）是指超出了物質的臨界壓力、溫度的一種流體，其密度與液體接近，而黏度則與氣體接近，具有很高的可壓縮性和傳遞速度。最常用的是超臨界CO2，CO2來源于工業副產物，在利用的同時可以減少溫室氣體的排放，并且具備無毒害、不可燃、成本低、易分離、化學穩定性好等特點。將超臨界CO2運用到生產過程中，能夠有效純化產物，確保溶劑無殘留，還能溶脹和擴散高聚物，是環保上可接受的優良有機溶劑。超臨界流體可以普遍的應用在電子、化工、精密儀器、醫療器械、食品、化妝品等領域。

3.5在綠色化學品中的應用

綠色化學品是環境友好型產品，即使使用之后，再循環也能降解為環境無害的H2O和CO2。綠色化學品的應用十分廣泛，如今已經成功的應用到綠色農藥、無磷洗衣粉和可生物降解塑料等化學品的使用中了。傳統的塑料長期殘留會污染土壤和地下水，還可能會攜帶并傳染各種疾病，最重要的是很難被降解，如果丟到農田之中還會阻礙農作物的生長，屬于“白色污染”，危害很大，受到了政府的高度關注。因此，研究開發可生物降解塑料產品的意義十分重大，這類產品能夠通過微生物的作用，分解成為環境無害的CO2和H2O，對我們的環境保護具有重要意義。

3.6在綠色原料中的應用

為達到綠色化學無毒無害的目標，綠色化學應用的第一步就是綠色原料的選擇。通常在四方面對原料是否綠色化進行評價：（1）原料的起源（2）原料的可更新性（3）原料的危害性（4）原料選擇的下游影響。碳酸二甲酯（DMC）作為一種能夠代替光氣的無毒害化工材料，可以通過與不同的化學物品產生的化學反應，衍生出一系列我們所需要的化合物。相對于毒性較大的光氣，DMC更安全、無污染，更易于推廣，作為羰基化試劑、甲基化試劑、汽油添加劑被廣泛使用。目前沙特基礎工業公司、旭精工株式會社、三菱公司等已經實現了PC和PU的無光氣商業化生產技術。

3.7在綠色能源中的應用

由人口增加和生活質量提高引發的資源短缺已經成為世界性難題，我們所使用的傳統能源都是不可再生的，所以我們要將目光轉向一些可重復利用、來源廣泛的新能源，這樣才能在提高生活所需的同時又不破壞環境。目前新能源主要有風能、太陽能、地熱能、生物質能和海洋能以及氫能、核能等。其中使用最為便捷的是氫能，氫能具有燃燒性能好、來源廣泛、導熱性好、利用形式多樣的特點，可以作為電池、發動機燃料、混合燃料。2016年南京大學建成了亞洲第一座“氫能源”綠色大樓，樓內使用的所有能源幾乎都來源于廢棄的“氫氣”，這是利用氫能源的標志性事件，為研究開發利用新能源造福生活提供了很好的借鑒和思路。。

結語

綠色化學是建立在傳統化學的基礎之上，通過運用先進科技方法和環境保護理念，實現了集約高效無污染，是面向21世紀的高層次有內涵的新思想、新理念。綠色化學面對長久以來的環保問題，不僅能夠在提高我們的經濟效益，也能做到環境治理的高效率，實現環境和利益的雙贏。但是我們的環境保護也不能只靠一些技術手段或方法就能解決，還需要我們所有人的實際支持，形成人人參與環境保護氛圍，讓環境保護的觀念深入人心，實現政府和人民齊心協力保護環境的良好格局。

【參考文獻】：

[1]Matlack A. Introduction to green chemistry[M].2nd ed. Boca Raton FL： CRC Press，2010

[2]李京友，范小振.綠色化學應用型人才實踐能力探微[J].滄州師范學院學報，2012，28（1）：12-15

[3]李育友.淺談有關重金屬廢水處理的研究進展[J].企業導報，2012（16）：270-270

[4]程海濤，申獻雙.2016年美國總統綠色化學挑戰獎項目評述[J].現代工業，2016，36（10）：1-3