绿色化学及其应1

绿色化学及其应用材料成型及控制工程1345561109季平摘要：随着科技的迅猛发展，越来越多的环境问题逐渐凸现出来，因此，绿色化学受到越来越多的关注。本文对绿色化学概念进行综述，绿色化学的优点，绿色化学的典型技术，绿色化学在现代生活生产中的运用。从而达到从源头减少环境污染，实现环境保护的目的。关键词：绿色化学；环境保护；应用1.引言当今世界，随着经济建设的快速发展，人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧的增加，资源的消耗日益扩大，人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐；环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。化工产业虽然为人类的物质文明做出重要贡献，同时也为环境造成了一定的伤害。所以绿色化学也就成为了21世纪化学技术，研究的热点和重要科技前沿。绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发，并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。2.绿色化学技术2.1原料选择采用对环境无毒,无害或者可循环利用的原料替代剧毒，造成严重环境污染的原料，生产需要的产品是绿色化学的重要研究内容。2.1.1利用可再生资源作为原料二氧化碳作为一种可更新资源，工业社会中大呈化石燃料的燃烧为H提供了丰富的的来源由于二氧化碳价廉易得，用二氧化碳加氢合成甲酵、甲酸是一条很有意义的有机合成路线。由于它能与氢气匀溶，在超临界二氣化碳流体中，二氧化碳生成甲酸的氬化反应具有很高的反应效率Jessop等用Ru(ll)化合物催化高浓度氢，反应初期速率达到1400mo1(甲酸).比同样条件下有机溶剂中的反应速率高一个数簠级二氧化碳加氬合成有机物的研究与碳资源的有效利用和环境保护具有重要的意义，二氧化碳作原料采用类似的方法亦可制备二甲基甲酞胺和甲酸甲酚。2.1.2采用低毒或无毒无害的原料现有化工生产中往往使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料，但光气剧毒、且生产过程中产生大量的氯化氢，既腐蚀设备，又污染环境，为了人类健康和环境安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料力一面，碳酸二甲起到了重要的作用。DMC无毒而且在无光气的环境中合成所需的化工产品，如在碳基化反应中用DMC代替剧毒的光气作碳基化试剂。2.2化学反应绿色化为了节约资源和减少污染，合成效率成了当今合成方法学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面，一是选择性（化学、区域、非对映体和对映体选择性），另一个就是原子经济性，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物，不产生副产物或废弃物，实现废物的“零排放”。为此，化学化工工作者在设计合成路线时，要减少“中转”、增加“直快”、“特快”，更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子，减少中间产物的形成，少用或不用保护基或离去基，避免副产物或废弃物的产生。2.3溶剂绿色化大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质，分离和配方中所用的溶剂。在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用的反应介质，这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此，在无溶剂存在下进行的有机反应，用水作反应介质，以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。2.3.1固相反应固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应，有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。2.3.2离子溶液离子液体是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质，主要的特点是：几乎没有蒸气压，不挥发，无色，无嗅，具有较大的稳定溫度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口。通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，且其酸度可调至超强酸。离子液体良好的环境友好性和可设计性，使得其作为新型的反应介质正在成为研究热点。2.3.3超临界流体作为有机溶剂超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF），特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点（31.10℃，7477.79KPa）以上的CO2流体。它通常具有流体的密度，因而有常规常态溶剂的溶解度；在相同条件下，它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。而且，由于具有很大的可压缩性，流体的密度，溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。2.4催化剂绿色化许多传统的有机反应用到酸、碱液体催化剂。如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂，这些液体酸催化剂的共同缺点是：对设备腐蚀严重，对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境，多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手，大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟，这种催化剂选择性高，乙苯收率超过99.6%，而且催化剂寿命长。2.5产品绿色化化工产品绿色化与人的身体健康有着密切的关系，世界各国对此开展了广泛研究，如化学农药，生物降解塑料，氢氟烃代用品等环境友好化工产品。3绿色化学在现代生活生产中的应用3.1绿色化学在分离方面的应用超临界流体萃取是国际上最先进的物理萃取技术，简称SFE（supercriticalfluidextraction）。在较低温度下，不断增加气体的压力时，气体会转化成液体，当压力增高时，液体的体积增大，对于某一特定的物质而言总存在一个临界温度（Tc）和临界压力（Pc），高于临界温度和临界压力，物质不会成为液体或气体，这一点就是临界点。在临界点以上的范围内，物质状态处于气体和液体之间，这个范围之内的流体成为超临界流体（SF）。超临界流体具有类似气体的较强穿透力和类似于液体的较大密度和溶解度，具有良好的溶剂特性，可作为溶剂进行萃取、分离单体。超临界流体萃取按操作条件可分为低压SCF萃取、高压SCF萃取、使用夹带剂或改性剂的SCF萃取。超临界流体与萃出物即溶质的分离方法有3种：恒溫减压溶质与气体分离；恒压升溫溶质与气体分离；吸附分离（在分离器中加入吸附剂吸附不需要的溶质后，萃取物的目标产物与气体分离）。影响萃取效率的因素除萃取物的特性外，主要决定于超临界流体的溫度、压力及改性剂的种类和含星。一般而言，增大压力可提高SCF的浓度，有利于萃取；升高温度可提高溶质的溶解度，有利于溶质的扩散对于动态萃取，SCF流速的增大，萃取率则提高；对于静态萃取，则萃取率随时间的延长而提高超临界流体技术具有许多传统技术所没有的快速、高效、低能耗、污染少等优点，而且超临界流体无毒、不易燃、不污染环境。与传统提取方法相比，超下提取分离，有利于热敏性物质和易氧化物质的萃取，而且几乎保留产品中全部有效成分，产物没有有机溶剂残留，产品纯度高，操作简单、节能。因此，在化工、医药、香料食品及能源工业等领域都得到工业化应用。3.2绿色化学在生物技术方面的应用生物科学是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分，生物化工是21世纪最具有发展潜力的产业之一，它将成为创造巨大社会财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。从发展绿色化学的角度出发，它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程，其产品常常又具有特殊性能。因此，生物技术的研究和应用倍受青睐。3.3绿色化工在高分子材料应用高分子材料由于其本身结构的特点，不容易降解。2000年我国废旧塑料在600万t以上，而回收利用率仅10%。实施高分子材料绿色工程是解决高分子材料带来的环境问题的根本所在。首先应该在材料的合成制备阶段，从源头上制止废弃的高分子污染，在分子链中引入对光、热、氧、生物酶敏感的基团。其次是利用无污染的物理方法来改善废弃高分子材料的相容性和加工流变性，来制备具有一定使用价值的废弃高分子材料，成通过聚合物的可控解聚和降解，从废弃材料中回收有经济价值的单体、低分子量油脂及H它化学品可生物降解塑料包括光降解塑料、生物降解塑料、光降解---------生物降解塑料目前公认的产品是聚乳酸）。另外，对废弃旧塑料主要还是一级和二级回收利用.废旧塑料的一级回收主要有人工法、风力法、磁选法和浮选法二级回收是作为废旧塑料综合利用的最主要途径2002年全世界生物降解塑料的市场已经达到3.5~4.0万t。目前开发的生物降解塑料包括天然高分子的合成、微生物发酵合成以及化学合成三个大类几十个品种，主要应用于医用材料药物送达和缓释体系；可吸收性术后，线；骨科用器材）、包装材料容器；薄膜、片材；发泡）、农用材料和水产用品。4结语绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响，而且将为我国的企业与国际接轨创造条件。参考文献[1]朱清时.绿色化学和新的产业革命[J].现代化工，1998（6）[2]闵思泽.环境友好石油炼制技术的发展[J].化学进展，1998（1）[3]黄培强.绿色合成：一个逐步形成的学科前沿[J].化学进展，1998（4）[4]高兆林.谭丕亨.绿色化学浅说[J].山东化工，1999（2）[5]王延吉.赵新强绿色催化过裎与工艺[M].北京：化学工业出版社.2002.6-7.[6]白林.陈明凯绿色化学实验[J].化学教育.2002(7)[7]任仁.化学与环境[M].化学工业出版社.北京2002(3)406-407[8]李军.化学实验室绿色化之思考[J].化学教育.2002(1)[9]熊文强.绿色环保与清洁生产概论[M].化学工业出版社.北京.2002(4)