綠色化工技術在精細化工中的應用

李春程

（秦皇島市城市管理綜合應急處置中心，河北秦皇島 066000）

化工行業(yè)與人們的生活及生產(chǎn)之間存在緊密聯(lián)系，能夠?qū)θ蚍秶鷥?nèi)的經(jīng)濟產(chǎn)生直接且顯著的影響。傳統(tǒng)模式下的化工產(chǎn)業(yè)存在污染大、能耗高等問題，且由于設備老化及技術落后等因素的影響，對環(huán)境發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。當前我國逐漸推廣落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對于生態(tài)保護工作越來越重視，使得人們對于環(huán)境的要求越來越高。在此背景下，化工產(chǎn)業(yè)勢必需要及時轉(zhuǎn)型創(chuàng)新，創(chuàng)造性地轉(zhuǎn)變化工企業(yè)的生產(chǎn)設備及生產(chǎn)技術，使得生產(chǎn)效率與化工工藝技術向綠色化方向發(fā)展[1]。

1 精細化工及綠色化工技術概述

1.1 精細化工

精細化工的反應裝置普遍規(guī)模較小，較傳統(tǒng)化工裝置而言，其在生產(chǎn)能力等多個方面都與之存在明顯差異。隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，精細化工的生產(chǎn)規(guī)模也在發(fā)展與擴張，其在設備管控方面更具優(yōu)勢。

1.2 綠色化工技術

在遵循綠色化工理念的基礎上，精細化工對于污染物的處理能力顯著上升，通過分析污染物自身的化學與物理性質(zhì)，確定最為合適的污染物處理措施，并基于此制定污染物的循環(huán)利用方案，盡可能從整體上降低污染物的總排放量。

化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，每一個環(huán)節(jié)都可能會出現(xiàn)相關的副產(chǎn)物，不僅可能會影響生產(chǎn)的整體效率，還可能會對生態(tài)環(huán)境造成危害。所以在遵循綠色化工理念的基礎上，有效控制生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物，確保所有環(huán)節(jié)都能夠滿足可持續(xù)發(fā)展目標。產(chǎn)品的控制和管理是綠色化工技術的控制關鍵點，此外還涉及產(chǎn)品被使用完畢后的循環(huán)再生利用，從而實現(xiàn)全過程可持續(xù)發(fā)展。

2 綠色化工技術在精細化工中的應用現(xiàn)狀

精細化工在我國屬于新興產(chǎn)業(yè)之一，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展而不斷發(fā)展。當前精細化工已經(jīng)成為工業(yè)的重要組成部分。盡管我國基于綠色化工技術的精細化工發(fā)展速度迅猛，但由于其出現(xiàn)和發(fā)展較晚，與發(fā)達國家相比仍存在一定差異。因此，必須高度重視我國精細化工的未來發(fā)展[2]。

目前，我國精細化工發(fā)展過程中所存在的問題主要為3個方面。（1）國家層面對于基于綠色化工技術的精細化工缺乏充分重視。因為其屬于我國新興產(chǎn)業(yè)之一，大部分企業(yè)都未能充分認識到精細化工的重要性，由于不注重在精細化工中引進與應用先進的信息技術，導致其在國際競爭中處于劣勢地位。（2）盡管我國綠色化工技術與精細化工都在持續(xù)、快速發(fā)展，但很大一部分企業(yè)依然堅持使用陳舊技術和老舊設備，不注重創(chuàng)新和引進先進技術，如此對于精細化工的普及和廣泛應用存在不利影響。（3）當前我國應用綠色化工技術的精細化工產(chǎn)業(yè)普遍對應的是小企業(yè)，大企業(yè)極少，導致精細化工的后續(xù)發(fā)展缺乏足夠的力量支持，而且市場秩序混亂，在此背景下會使得人們過度關注經(jīng)濟效益，忽略環(huán)境的保護。精細化工發(fā)展得越快，其可能造成的環(huán)境污染也就越嚴重，這違背了綠色化工技術和精細化工的基本原則[3]。

3 綠色化工技術在精細化工中的實踐應用

3.1 納米技術

自納米技術誕生，就一直是全球范圍內(nèi)的熱門話題和尖端科技之一，到目前為止依然長久不衰，其主要原因是納米技術所涉及的材料在各方面的性能都遠遠超過同類材料[4]。例如，銅被納米技術處理后，其硬度較處理前要堅硬6倍；鐵被納米技術處理后，韌性較普通鐵提升12倍左右。納米科技的快速發(fā)展催生出各種先進的納米材料，其應用范圍也越來越廣。

3.1.1 化工轉(zhuǎn)化與催化

化工領域?qū)τ诩{米技術的應用主要集中在其轉(zhuǎn)化與催化功能方面。催化劑在化工行業(yè)必不可少，當前已經(jīng)開始大量應用納米型多孔材料，隨著對該材料的持續(xù)開發(fā)和研究，有力推動了化工合成工業(yè)企業(yè)的科技化與現(xiàn)代化發(fā)展。例如，納米型多孔材料在石油加工行業(yè)應用得極為廣泛，其作為催化劑可以將甲烷更為高效地轉(zhuǎn)化為液體工業(yè)燃料，從而有效控制生產(chǎn)成本。

3.1.2 化工過濾與分離

過濾和分離化工材料過程對于納米材料的應用較為廣泛，其主要被應用在提純空氣和水的過程中，以及其他相關工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如生物制藥、生物酶萃取、過濾工業(yè)廢料、分離有水成分等方面。借助納米技術可以從氮氧化合物分子結構中脫除氧原子，并通過此工藝獲得純凈的液態(tài)氧，徹底解決傳統(tǒng)深冷液化工藝操作復雜和費用高昂等問題，使生產(chǎn)成本大大下降。而且由于可以對孔徑的大小進行精準、自由地控制，該工藝能夠被廣泛應用到精細化工的不同行業(yè)中。

3.2 微化工技術

微化工技術作為精細化工的重要組成部分，較傳統(tǒng)化工設備，其主要以借助微通道反應器來完成化學反應，存在反應液量少、高傳熱性等優(yōu)勢。微化工技術的研發(fā)過程是將微反應器作為工作的核心內(nèi)容與重點，其主要是借助微加工技術及精密儀器加工技術，制作三維結構原件，使得其能夠發(fā)揮換熱、混合、分離及分析等作用[5]。微反應器可以篩選催化劑，其對于催化劑的篩選效率會隨著微反應器的換代更新而不斷上升，相關的篩選方法也在持續(xù)更新優(yōu)化。

微反應器自身的高反應效率可以有效優(yōu)化整體工藝水平，促進化工產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代化方向發(fā)展。當前我國政府及各化工企業(yè)都逐漸認識到微化工技術在提升企業(yè)生產(chǎn)效率方面的重要作用，并積極引進與應用該技術，有效提升企業(yè)經(jīng)濟效益，促進微化工技術的發(fā)展與創(chuàng)新。

3.3 綠色分離技術

分離技術在傳統(tǒng)化工行業(yè)和精細化工行業(yè)都有所應用。相對于傳統(tǒng)化工行業(yè)，遵循綠色化工理念的精細化工對綠色分離技術的應用更為廣泛。當前綠色分離技術主要分為樹脂吸附、膜分離和微波萃取3大方面。醫(yī)藥行業(yè)對于藥物的制備側重使用樹脂吸附技術，其應用樹脂吸附藥物中的有效成分，再對樹脂進行洗脫回收、去除雜質(zhì)，實現(xiàn)藥物的提純。相對于傳統(tǒng)分離技術，綠色分離技術存在效率高、污染小、耗能低等優(yōu)勢，所以其隨著精細化工的廣泛發(fā)展，在未來的應用勢必會更加廣泛。

3.4 生物化工技術

細胞工程、酶工程與遺傳工程都屬于生物化工技術，其作為尖端科技之一，存在操作復雜、價值高、意義重大等特點，而生物化工催化和生物化工生產(chǎn)技術是生物化工技術中較為突出的先進技術。

3.4.1 生物化工催化技術

催化劑是大部分化工生產(chǎn)過程中必不可少的成分，而生物化工催化技術則是應用酶替代傳統(tǒng)的無機催化物。酶的獲取渠道有植物、動物及微生物等，而微生物憑借自身種類繁多、培養(yǎng)簡單等優(yōu)勢，成為酶獲取的主要渠道，且與植物和動物相比，從微生物中獲取酶的成本更低廉、操作更簡單。

在遵循綠色化工理念的基礎上，酶完成催化后應當對其進行回收，但酶的回收存在穩(wěn)定性差、回收和提純困難等問題。對此可以結合綠色分離技術，應用瓊脂、纖維素等孔隙材料作為酶的載體，借助物理吸附和生物結合的方式，將酶從化工產(chǎn)品中分離出來，實現(xiàn)催化劑酶的重復循環(huán)利用。

3.4.2 生物化工生產(chǎn)技術

生物化工生產(chǎn)技術作為新興科技之一，能夠?qū)鹘y(tǒng)化工生產(chǎn)模式產(chǎn)生顛覆性影響，并對化工生產(chǎn)的思路與模式進行創(chuàng)新。例如，在甘油的生產(chǎn)過程中，可以應用生物發(fā)酵生產(chǎn)法，替代傳統(tǒng)甘油化工生產(chǎn)所使用的化解法與提取法，讓化工原料的生產(chǎn)成本大大下降，并顯著提升甘油的生產(chǎn)效率。基于發(fā)酵法的甘油生產(chǎn)對于設備要求不高，相關的生物原料具有廣泛的來源渠道，如釀酒酵母、耐高滲透壓酵母等都可以作為甘油生產(chǎn)的原料，該精細化工的生產(chǎn)過程中副產(chǎn)品極少，且都可以被循環(huán)利用或應用于其他行業(yè)，符合綠色化工技術的相關要求，所以具有廣闊的發(fā)展前景。

3.5 分子設計技術

計算機技術快速發(fā)展，化工行業(yè)中也開始引進和應用先進的分子設計技術。其作為全新技術，一般被應用于解析化學材料分子結構方面，并總結其規(guī)律與特點。通過此形式開展精細化工生產(chǎn)，可以讓實驗的經(jīng)費與時間大大下降，確保對于新材料的探索更為直觀、可靠和科學[6]。精細化工、綠色化工技術和計算機技術的合理結合，衍生出分子設計技術，不僅讓化學工業(yè)在公益研究和探索方面的效率顯著提升，還從整體上提升了化學工業(yè)的整體科技水平。

3.6 超臨界流體技術

超臨界流體技術是綠色化工技術的代表性技術之一，其被廣泛應用于食品、醫(yī)藥及精細化工等多個化工領域。

3.6.1 超臨界二氧化碳萃取技術

該技術借助超臨界流體，應用溫度高于臨界溫度、壓力高于臨界壓力的熱力學流體，萃取原料中的金屬離子、香料、色素等各種所需要的成分。醫(yī)藥方面對于該技術的應用，主要集中在萃取中藥有效成分、制取熱敏性生物制品藥物及分離酯類混合物方面；香料化工對于該技術的應用，主要集中于提純合成天然香料方面；食品化工方面則主要應用該技術提取食用色素，或?qū)⑹澄镏袑θ梭w有害的物質(zhì)提取出來。

3.6.2 超臨界干燥技術

液體與氣體在超臨界狀態(tài)下不再存在明顯的界面，而是形成處于液體和氣體狀態(tài)之間的一種均勻流體，由于其失去明顯的氣-液界面，所以自身沒有毛細管力，不會對產(chǎn)品的結構產(chǎn)生破壞或?qū)е抡衬z體收縮等問題，其可以從凝膠中逐漸排出，使得最后的材料存在納米孔結構，并且充滿氣體。氣凝膠是當前精細化工行業(yè)極具發(fā)展前景的新型材料，其憑借自身優(yōu)勢廣泛應用于催化劑或催化劑載體的制取、高效隔熱材料、氣體過濾材料等多個領域。例如，二氧化硅氣凝膠憑借其制作流程簡單和原料來源廣泛等優(yōu)勢，在冷凍儲藏罐和真空設備的絕緣粉狀填料方面得到廣泛應用。

4 結語

綠色化工技術在精細化工方面的應用，有效促進了化工行業(yè)的發(fā)展，并顯著提升了工業(yè)技術水平。鑒于當前我國對于可持續(xù)發(fā)展高度重視，而化學工業(yè)是支持我國經(jīng)濟發(fā)展、保證社會和諧穩(wěn)定的基礎行業(yè)之一，所以必須積極創(chuàng)新，強化化工企業(yè)的環(huán)保意識，通過對綠色化工技術的合理利用，促進化學工業(yè)向精細化工方向轉(zhuǎn)型升級，提升自身的生產(chǎn)效率、減少污染物排放，為化工產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展提供新的思路。