绿色化学技术在环境污染中的应用-2

绿色化学技术在治理环境污染中的应用班级：化学1001学号：100900010姓名：黄庆兰摘要：论述了绿色化学的原理、研究现状,总结了绿色化学技术的应用进展。从大气污染、水污染和固体废物三方面论述了绿色化学技术在环境污染治理中的应用情况,并提出应用绿色化学技术来解决环境污染问题是环境保护的发展方向。工业、农业、日常生活等采用无毒、无害并可循环使用的物料,化学反应的绿色化,是从“本”治理环境污染的重要途径。关键词：绿色化学;绿色技术;环境治理;化学技术随工业化进程加快,排放到自然生态环境中的污染物数量和种类日益增多。目前,环境污染治理方法较多,有些处理效果较好,但都属于末端治理,容易造成二次污染。绿色化学是从源头上阻止污染物生成的新策略,即所谓的污染预防。绿色化学注重研究与环境友好的化学反应与技术,促进社会的可持续发展和人与自然协调关系的建立。发达国家对环境的治理,已开始从治标,即从末端治理污染转向治本,即开发清洁工业技术,消减污染源头,生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。1绿色化学技术1·1绿色化学绿色化学(GreenChemistry),又称为环境无害化学(EnvironmentallyBenignChemistry),是指设计生产不具有或具有较小环境负作用,并在技术和经济上具有可行性的化学品和化学过程。它包括合成、催化、工艺、分离和分析监测等多个领域。目前,绿色化学的研究主要有以下几个方面。1·1·1反应的绿色化反应的绿色化就是开发“原子经济”反应[1]。绿色化学的核心内容之一是“原子经济性”,即充分利用反应物中的各个原子,高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子,使之结合到目标分子中,从而达到零排放。1·1·2原料的绿色化目前已成功开发了可代替有毒有害原料的替代物。替代光气原料[2]方面有:①胺类和二氧化碳生产异氰酸酯技术;②在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接碳化有机胺生产异氰酸酯技术;③用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯技术。1·1·3利用可再生资源合成化学品作为植物生物质的最主要成本,木质素和纤维素是地球上极为丰富、且可再生的有机资源,每年产生约1640亿吨,相当于目前石油年产量的15~20倍,而为人类所利用的还不到2%[3]。由于生物质来源于CO2(光合作用),燃烧后不会增加大气中CO2的含量,与矿物燃料相比更为清洁。1·1·4产品的绿色化绿色化学的一个重要方面是设计、生产和使用环境友好产品,这种产品在其加工、应用及功能消失之后均不会对人类健康和生态环境产生危害[4]1·2绿色化学技术绿色化学是对传统化学进行创新性改革,站在环境的角度,联系环境系统物流运动的闭路循环结构,提出了环境友好化学。在[5]绿色化学基础上发展起来的绿色化学技术主要有以下几个方面。1·2.1生物技术生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程,其最大特点在于能充分利用生物质资源,节约能源,实现清洁生产,并且实现一般化工技术难以实现的化工过程[6-7]。1·2.2催化技术催化剂是化学工艺的基础,是使许多化学反应实现工业应用的关键,目前大多数化工产品的生产均采用了催化反应技术酶催化效率比一般的化学催化剂高106~1013倍;酶反应条件温和,控制容易,副反应少,环境污染小[8]。纳米材料具有不同常规的性能,其催化活性和选择性都大大优于常规催化剂[9]。光催化氧化法设备简单,操作条件易控制,氧化能力强,无二次污染[10]。1·2.3膜技术膜技术通常包括膜分离技术[11]和膜催化技术[12]。膜分离技术包含微滤(MF)、超滤(UF)、渗析(D)、电渗析(ED)、纳滤(NF)和反渗透(RO)、渗透蒸发(PV)、液膜(LM)等。其中,RO、NF技术尤为引人注目。膜分离技术具有成本低、能耗少、效率高、无污染、可回收有用物质等优点;膜催化反应可以“超平衡”地进行,提高反应的选择性和原料的转化率,节省资源,减少污染。1·2.4高级氧化技术(AOPs)AOPs主要包括O3/UV(紫外线)法、UV固相催化剂法、H2O2/Fe2+法、O3/H2O2法等。其原理是反应中产生氧化能力极强的·OH,·OH能够无选择性地氧化水中的有机污染物,使之完全矿化为CO2和H2O。1·2.5微波技术微波加热用于某些化学反应时,反应速度比采用传统加热方式快。微波应用于有机合成,能大大加快化学反应速率,缩短反应时间,特别是以无机固体物为载体的无溶剂的微波有机合成反应,操作简便,溶剂用量少。产物易于分离,产率高。在无机合成中,微波主要用于烧结合成和水热合成。1·2.6超声波降解技术超声波降解有机污染物原理为:当声能足够强时,在疏松的半周期内,液相分子间的吸引力被打破,形成空化核,空化核的寿命为0·1μs,它在爆炸的瞬间可产生约4000K和100MPa的局部高温和高压环境,并产生速度约为110m/s的具有强烈冲击力的射流。该条件足以使所有的有机物在空化气泡内发生化学键断裂、高温分解或自由基反应而使废水中的有机污染物降解。1·2.7等离子体技术等离子体由最清洁的高能粒子组成,不会造成环境污染,对生态系统无不良影响,加上等离子体反应迅速,反应完全,使原料的转化率大大提高,有可能实现原子经济反应,因此,副反应很少,可实现零排放,做到清洁生产[13]。2绿色化学技术的应用2.1在大气污染控制中的应用大气中的SO2主要来自煤中含硫物经燃烧产生的产物,目前煤炭脱硫的方式有:燃前脱硫、燃中固硫、燃后烟气脱硫。从绿色化学角度来讲,前者属于污染预防,后两者属于污染治理。绿色化的煤炭生物脱硫技术则是今后脱硫技术的发展方向[14-15]。常用煤炭生物脱硫方法有生物浸出法、表面处理浮选法和微生物絮凝法等。有人将煤炭生物技术与非生物乳化技术相结合,提出煤炭脱硫的生物非生物综合新技术,可缩短脱硫时间。在微生物菌种方面在基础研究方面,国内在采用驯化传统菌种的同时,还积极研究利用遗传学技术,对脱硫微生物进行改良。尽管煤炭生物脱硫技术还处于试验阶段,但它是一种很有前途的煤炭燃前脱硫方法。2.2在水污染控制中的应用开发高效、低毒、低能耗、不造成二次污染的水处理技术,特别是光、声、磁、电、无毒药剂氧化、生物氧化等多种手段联用的新型绿色技术将成为水处理技术研究的热点和方向。2.2.1工业及城市生活废水目前,工业及城市生活废水是我国水环境污染的污染源之一。零排污水处理技术是以“绿色化学”为基础的新概念,从始端、终端和中间过程杜绝污染产生的新思路,能够最大限度地节水和彻底解决水污染的新技术,代表了21世纪水处理技术的发展方向[16]。循环冷却水零排污技术的研究开始于20世纪70年代,发达国家循环冷却水系统的浓缩倍数一般都在5以上,甚至达到10,个别系统已达到零排污。美国开发的废水零排污技术可使废水处理后的水质达到饮用水标准并全部利用。国内研究开发的热水锅炉零排污技术可避免再生废盐水、煮炉水,启用冲洗水,停用冲洗水、连续排污水、定期排污水等废水排放,实现了零排放。蒸汽锅炉零排污技术的研究也在进行。2.2.2农药污染我国目前生产的农药多为高毒品种,生产过程也有公害。随着“绿色食品”的兴起,人们对无公害的“绿色农药”的要求也越来越迫切。新型的绿色农药主要有生物农药、现代化学农药、光活化农药等,这些农药将取代传统的化学农药而大大减少环境污染。2.3在固体废弃物处理中的应用2.3.1城市垃圾目前城市垃圾的处理技术主要有:(1)无害化垃圾卫生填埋场,虽然技术较简单;但一次性投资大,占用大量土地,仅能实现部分无害化,而且垃圾黑液的处理已成为世界性难题;(2)垃圾焚烧,这是发达国家曾经采用的主要处理技术,虽能实现减量化、部分资源化,但一次性投资巨大,而且废气中含有大量SO2、H2S、NOx、HCl、重金属,尤其是会产生毒性很大的二恶英等二次污染物。符合绿色化学技术的有:热分选煤气化技术、固体废弃物电离气化技术,尤其是固体废弃物电离气化技术(SKYGAS),它不但是最终彻底解决固体废弃物无害化、资源化的最新技术,不会产生二次污染,而且运行成本低,1~2年就可以收回投资。2.3.2白色污染“白色污染”泛指一次性使用后未经合理收集和处理而造成环境污染的所有塑料废弃物,包括农用地膜、塑料包装袋、一次性餐具等。对白色污染物的处理方法燃烧法、熔融法和降解法,对环境会产生污染,因此开发绿色化学产品可生物降解塑料则是人们追求的目标。2.3.3矿山废弃物在矿物开采过程中,产生了许多尾矿和废堆矿石,即通常说的二次资源,目前在这方面的研究和利用较少,造成了资源严重浪费和环境污染。金属矿物资源的高效利用,是以最低的能耗和最少的环境污染,来达到最高的矿物资源综合利用。结论传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。近年来,绿色化学的研究正围绕着化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化而开展。大力发展绿色化学工业,从源头上防止污染,从根本上减少或消除污染,实现零排放,提高“原子经济性”,将是我国环境保护的必由之路。就目前来说,采取标本兼治是符合环境保护的发展要求,也符合我国情。参考文献[1]杨家玲,霍爱新.化学反应的原子经济性及零排放在实际生产中的体现[J].天津农学院学报,2002,9(1):9-12.[2]周晓谦.碳酸二甲酯替代光气在绿色化工技术中应用研究[J].杭州化工,2004,34(4):25-27.[3]闫有旺.21世纪绿色可再生资源生物质[J].贵州化工,2003,28(5):1-3.[4]田爱琴.绿色化学及其发展概述[J].洛阳师范学院学报,2004,2(5):130-131·[5]AnastasPT,WarnerJC.Greenchemistry:theoryandpractice.Oxford[J]:OxfordUniversityPress,1998.[6]李云龙,李孱.微生物技术在农业和环保中的应用[J].东北农大学学报,1996,27(4):406-413.[7]沈洪.世界生物技术发展趋向[J].决策与信息,1998(5):37-38.[8]梁华.酶催化作用的应用[J].江西教育学院学报,1996,17(6):4-47.[9]袁颂东,袁静玲.纳米催化剂的制备及其在环保领域的应用[J].湖北工学院学报,2001,16(4):72-74.[10]刘国光,丁雪军,张学治,等.光催化氧化技术的研究现状及发展趋势[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(8):65-69.[11]陈颖敏,李育宏,李亮.膜分离技术在环保中的应用研究和进[J].环境科学动态,2004(2):17-19.[12]王芳,王燕.膜催化技术及其应用[J].精细石油化工进展,2001,(2):29-33.[13]蒋达华,任如山.等离子体技术在环境污染治理中的应用研究[J].环境技术,2004,22(2):16-19.[14]张东晨.绿色化的煤炭生物脱硫技术及其应用[J].中国矿业,2002,11(6):63-64.[15]陈明燕,邹长军,刘宇程.微生物脱硫技术研究进展[J].化工生产与技术,2004,11(6):29-31·[16]魏刚,周庆.水处理中的绿色化学与绿色技术[J].现代化工,2002,22(12):43-46.