有機化學在環境工程中的應用研究

吳仕明

（吉林省吉林生態環境監測中心，吉林 吉林 132001）

引言

環境工程的根本目的在于保護城市生態環境，有效防治水、氣、聲、固體廢物等污染，并對一次性能源的使用加以管控，從根本上治理人類活動對生態環境造成的污染問題。目前有機化學已在我國環境工程領域起到重要促進作用，運用有機化合物既可以改善環境污染問題，又能綜合提高我國環境工程的建設水平，站在技術層面滿足環境治理要求，這也是我國環境工程中必須予以高度重視的基礎性任務。

1 當前我國環境工程存在的問題

隨著我國社會經濟的快速增長，廣大居民在日常生活中積聚的垃圾對空氣、河流、土壤造成了嚴重的污染問題，在經濟消費能力和消費欲望的影響下，我國居民的汽車用量也隨之不斷增長，加大汽車尾氣排放量的同時，還產生了嚴重的熱島效應。與此同時，建筑行業的生產制造同樣會威脅周邊生態環境，尤其體現在樹木砍伐、粉塵飛揚、材料輻射等方面[1]。另一方面，在城市化進程不斷加快的背景下，城市人口數量也呈現出了顯著增長的態勢，而工業垃圾、生活垃圾、醫療垃圾在危害城市衛生的同時，還可能對人類的生存構成一定的威脅。此外，我國在城市垃圾處理方面制定的章程仍有待完善，環境工程未來的方向不明確，對我國居民賴以生存的生活空間、水資源、土壤資源造成了嚴重的危機與挑戰。最后，工業生產制造過程不合理，大量有毒氣體和液體隨意排放，同樣會引起動物鏈短缺的問題，甚至威脅其它生物的生存空間以及廣大居民的生命健康[2]。

有機化學在農作物改良、醫療研究、食物工程等方面均發揮著積極影響，尤其在環境治理、環境保護等環境工程中有著廣泛的應用前景，其在環境治理和環境生物檢測中也占據著至關重要的地位。生態環境污染問題本質上屬于多學科交叉的綜合性問題，而有機化學在環境工程中的有效應用可以大幅度改善我國居民的生活質量。例如，DDT本身就有較強的殺蟲效果，但其化合物難以分解，在農作物中大量使用還可能殘留到土壤中，并通過食物鏈進入人體或牲畜體內，因此這種含氯類農藥已被禁止使用。

有機化學對室內環境構成的影響主要與室內裝飾裝修材料有關，如部分先進的建筑材料內包含的有害成分，一旦被大量釋放將會導致嚴重的室內環境污染問題，如甲醛、氨氣、油漆、各種膠粘劑均會對人體健康構成嚴重的危害。盡管傳統有機化學在環境工程建設中起到一定的負面影響，但同樣可以有效改善生態環境。例如，將煤轉化為清潔材料，可以有效減少燃煤中產生的廢氣，盡可能達到零排放的標準。這種方式的化學原理在于將煤中的元素原子全部轉化為有益于人體健康的有機產物，并在環境保護過程中提高能源利用率，因此在環境工程的未來階段必須大力開發綠色有機物，為有機化學賦予環境污染治理的重任。

2 有機化學在環境工程中的應用

2.1 在食品、醫藥領域中的應用

食品安全在居民正常的生活中起到不可替代的作用，如蛋白質、維生素等有機物的供給。在食品制造過程中，生產商可以通過人工添加微量元素的方式提高自身在市場中的核心競爭力，深入挖掘產品賣點，并為人體健康的生長發育提供良好保障。

在農業生產環節，施加肥料可以有效提高農作物生長的質量和產量，但在肥料使用過程中必須充分考慮種植區域的土壤及作物的生長周期，以免肥料過量使用而導致藥物殘留，甚至出現環境富營養化的問題，嚴重抑制植物的正常生長。目前有機化學已在醫藥行業得到了廣泛應用，研究人員可以結合其對中草藥的理性認識分析其中的組成成分，并運用化學技術合成類似的成分，從而有效減輕中藥植物開采的負擔，節省不必要的制藥時間和流程，在保證藥物成分精度的基礎上提高治療成效。

目前大部分西藥的合成都離不開先進的有機化學技術，如屠呦呦在青蒿素原本的碳氧鍵中加入基團，以人工合成的方式制成了衍生物，極大地增強了腦型瘧疾處理的藥效。

2.2 在染料行業中的應用

有機化學在染料行業中的應用主要集中在纖維染色、建筑材料、工藝品制作等方面，將有機化學與染料行業相結合可以為人們帶來視覺上的沖擊，進一步拓服裝、印染、建筑等行業途徑，但相關材料使用不當同樣會對環境保護工作以及人們的身體健康造成威脅，因此我國必須加大有機化學在染料行業中的應用力度，禁止使用危害大、污染性強的染料，同時明確環保染料的使用標準，確保有機染料不會對人體造成過敏、刺激、輻射等影響[3]。例如，德國早已針對染料原料的使用制定了一系列的清單，還對相關法律法規進行了優化與完善。實際上有機顏料本質上屬于不溶性有機物，盡管顏料和染料的化學結構大體相同，但兩者的使用方法不同，其中染料又進一步分為天然和人造兩種形式，目前較為常見的人造有機染料主要包括花青素、綠盤、鈦青等。

2.3 金屬有機化學的應用

金屬有機化學的應用涵蓋了多個不同的領域，如機械化農業技術在作物種植、灑藥、施肥等環節中的應用，而有機化肥、氮、磷等物質在農藥和化肥中還可以用于除草，并且這類金屬有機化學產物的副作用也相對較小。

在工業領域應重點研究輕金屬化合物的使用，以此為工業生產的創新與改革奠定良好基礎，現階段我國已在碳金屬的研究方面投入了大量資金成本，還積極向國外發達國家尋求合作。另外，在石油化工行業同樣可以將金屬有機物作為催化劑，而航天事業同樣可以利用金屬的固態、液態、氣態等特性制作節能添加劑，并且在燃料中加入1‰的比例，即可節能5%～10%，并在此基礎上減少30%～70%的煙霧含量。由此可見，在未來階段金屬有機化學有著廣泛的應用前景。

2.4 在材料領域中的應用

有機高分子材料為廣大社會公眾的日常生產生活帶來了極大的便利，如塑料、橡膠、纖維、涂料等材料已被廣泛應用到建筑、產品包裝等領域。尤其在建筑領域，通常需要用到大量有機化學材料，如墻體中使用的合成橡膠板、油漆等。其中塑料制品主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等有機化合物，以單體為原料，采用人工合成的方式將其加工為高分子有機化合物。

與此同時，橡膠也具有良好的收縮性，其主要通過單體聚合加工的方式形成橡膠，目前已廣泛應用于輪胎、膠管、電纜等生產行業[4]。采用化學提煉的方式提取煤、石油、天然氣、農副產品中的合成纖維，即可將相關分子合成加工成滌綸、錦綸、尼龍、腈綸等纖維制品。最后，站在分子分類的角度，可以將薄膜分為聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜等。

2.5 在污染防治中的應用

有機化學作為一種新型環境保護技術，在環境工程中應用有機材料可以有效抑制環境中生成的污染產物。由于生產制造導致的環境污染程度日益加劇，而能源排放與廢物處理，也成為當前不得不解決的問題，酸雨、霧霾等環境污染還對其它生物的生存空間構成了威脅，但在環境工程中應用有機化學即可減輕其對環境造成的破壞。在廢水處理環節添加Fenton試劑，可以充分利用化學反應降解HMX和COD。對于汽車尾氣中的一氧化碳等有害氣體，同樣可以借助催化劑凈化汽車尾氣中的有害氣體，并將其轉化為對大氣無污染的二氧化碳氣體，但隨著汽車尾氣排放量的不斷加劇，全球變暖的速度也隨之不斷加快。

另外，由于傳統有機化學學科更側重于有機分子的合成及結構鑒定，而較少涉及分子降解過程方面的研究，因此在環境工程中應用有機化學時，應重點關注揮發性有機物VOCs以及持久性污染物POPs的處理，其中揮發性有機物VOCs排放分散，在空氣中的濃度相對較低，整個處理過程復雜。目前較為常見的處理方法主要包括冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法、膜分離法、生物法等，在未來階段應著重研究生物法的應用，圍繞著生物過濾法、生物滴濾法、生物洗滌法等深入研究揮發性有機物VOCs的處理方案。

對于持久性污染物POPs的處理，可以從物理、化學、生物修復法三個角度著手進行研究，其中POPs污染土壤的物理修復法主要包括換土法、通風去污法、熱解吸技術等；POPs污染土壤的化學修復方法則包括化學氧化法、化學還原法、化學淋洗法、超臨界萃取法等；生物修復法作為一種最理想的低濃度POPs污染處理方法，其主要涉及植物修復、動物修復、微生物修復三種。

植物修復指利用植物或植物與微生物的共生體系清除環境中的污染物，而動物修復需要借助土壤動物群（蚯蚓、線蟲類等）直接吸收、轉化、分解污染物，同時間接發揮其對土壤理化性質、土壤肥力、植物與微生物生長的促進作用，以此達到污染土壤修復的目的。微生物修復指利用微生物的代謝活動，將POPs轉化為易降解的物質，目前這類生物修復技術已在國外POPs污染土壤中得到廣泛應用。

3 有機化學在環境工程中的應用策略

3.1 合理運用有機化學材料

近年來我國社會經濟呈現出了顯著增長的態勢，但在經濟因素影響下工業化進程也隨之不斷加快，在引發環境污染問題的同時，還產生了嚴重的生態環境破壞現象。目前各種風險環境污染源的分布極為廣泛，如常見的城市汽車尾氣、溫室效應、霧霾等，因此將有機化學運用到環境工程時，必須組織相關工作人員做好調查工作，進一步確定環境污染的主要源頭，通過取樣、調查、分析等方式確定污染源的種類和數量，同時制定具有針對性的解決方案[5]。

在環境工程建設中全方位調查，結合實際需求選擇適合的有機化學材料，可以從根本上避免污染源帶來的危害，同時充分發揮化學試劑在實際應用中起到的作用和效果。

在種植行業方面，農業研發部門主要通過有機化學肥料、DDT等方式來提高土壤的理性，同時有效防控病蟲害問題。但大多種植人員對相關理論知識的了解僅停留在較為淺顯的層面，使得有機化學元素大量滲入土壤中，最終流入湖泊和河流，而水質與土質的富營養化還會直接威脅我國生態環境，以物質循環的方式進入人體內。

盡管有機化學建材可以延長建筑物的使用壽命，但其會直接影響空氣、水、土壤以及人體，如持續釋放各種有害物質將會導致嚴重的大氣環境污染問題，這就需要我國政府部門對有機化學材料的使用加大管控力度，合理運用有機化學相關產品。

3.2 通過實驗明確有機化學的應用效果

在環境工程建設過程中運用有機化學技術時，必須從多個層次、多個角度著手進行考慮，以免在環境治理工作中運用有機化學時，受到現場環境以及其它影響因素的干擾。由于環境治理問題離不開所有工作人員的長期堅持與努力，并且其還需要充分考慮所在區域的環境污染情況，由當地環境部門組織設計各種具有可行性的實驗項目，并在實驗過程中深入挖掘有機化學的應用效果，在提高有機化學運用的嚴謹性的同時，推動環境保護工作[6]。

環境工程涉及到多個學科和領域，國家應在人才培養和應用等方面提供相應的扶持，結合工作人員的特點和學習能力，有針對性地進行人才培養工作，以環境友好型戰略為出發點，大力研發有機化學技術，通過加強管理來預留一定的發展空間[3]。

3.3 利用綠色化學提高環保工作質量

從環境工程的工業視角出發，綠色化學可以側面反映出有機化學在環境工程中的應用成效。綠色化學中涉及的綠色技術可以有效提高廢物資源的利用率、減少廢物量，同時有效控制廢物的毒性。而化工領域的綠色化學在推動行業變革的同時，還能不斷深化綠色能源工業，將有機化學的技術優勢全面體現出來，為環境污染治理工作提供強大的技術支持。

由于傳統有機化學反應離不開催化劑、溶劑及后處理過程，部分有機化學反應還涉及高溫、高壓反應，但將有機化學與生物工程技術相結合，即可充分利用酶催化的高效選擇性以及常溫、常壓的優勢，在減少污染物的排放的同時，還能為科技界與工業提供建設性的參考意見。

實際上酶作為一種高效生物催化劑，在常溫、常壓、pH值中性附近條件下具有較強的催化活力，并且其還具有明顯的特異立體選擇性及區域選擇性，這種高效選擇性催化作用可以生產出多種不同類型的產物，有效彌補傳統化學法合成中存在的不足。目前酶催化技術在醫藥方面有著廣泛的應用前景，其主要用于多種高效手性藥物的合成及制備，整體呈現出巨大的潛力。

3.4 提高人們的環境保護意識

盡管有機化學產品具有一定的雙面性特點，但運用有機化學同樣能推動現代社會發展[7]。國家結合有機化學產品的運用下發相關政策文件時，還需要通過具體的宣傳工作加強廣大社會公眾的環保意識，著力對工業生產方面的管理工作加大監管力度，并在每一工業生產環節檢測周邊資源，同時嚴格把控工廠中生產的廢料，從源頭上追蹤環境污染問題的主要源頭，根據污染程度采取相應的懲處措施[8]。在排放標準方面應以市場為參考，由媒體實時追蹤與管控環境污染問題，適當增加社會環境污染方面的報道比重。

4 結語

有機化學本身具有較強的創新性特點，其在現代技術與生態環境治理中起到了強大的推動力，在有機化學應用的原有基礎上開發的食品添加劑和藥物，還在一定程度上改善了我國居民的生活質量。在環境工程后續的進程中，若想從根本上解決環境污染問題，就必須在應用有機化學技術前做好調查分析工作，結合實際需求選擇適合的有機化學產品，著重強調有機化學技術的作用和優勢，嚴格把控各種有害于環境質量的不利元素[4]。