1、 通过绿色化学实现零排放可持续发展必经之路摘要 随着工业的快速发展，能源的消耗与自然资源的利用在满足人类社会生存和发展的同时也给生态环境带来了大量的威胁，因此，为了缓解工业生产给环境带来的压力，开发和应用绿色化学工艺，成为现代化学工业的发展趋势和前沿技术。绿色化学的最终目的是实现“零排放” ，从生产过程至产品的使用中完全或者几乎没有原子浪费或排放。关键词： 绿色化学 零排放绿色化学工艺即是以绿色化学为基础的化学工艺，体现在化学品的生产过程中，充分利用资源和能源，减少或避免有毒有害物质的使用与产生，实现废物的零排放，使产品与环境和生态友好的一门新兴的化学分支，以“原子经济性”为原则，研究如何在产
2、生目的产物的过程中充分利用原料，减少有害物质的释放。绿色化学旨在从物质产生的源头控制废物的产生，减少对环境的污染，其核心内涵是反应过程和化工生产中，尽量减少或彻底消除使用和生产有害物质。绿色化学有它的 12 项原则：1防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。2讲原子经济，应该设计这样的合成程序，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。3较少有危害性的合成反应出现，无论如何要使用可以行得通的方法，使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。4设计要使所生成的化学产品是安全的，设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能，还应具有最小的毒性。5 溶剂和辅料是较安全的，
3、尽量不同辅料（如溶剂或析出剂） ，当不得已使用时，尽可能应是无害的。6设计中能量的使用要讲效率，尽可能降低化学过程所需能量，还应考虑对环境和 经 济 的 效 益 。 合 成 程 序 尽 可 能 在 大 气 环 境 的 温 度 和 压 强 下 进 行 。 7用可 以 回 收 的 原 料 ， 只 要 技 术 上 、 经 济 上 是 可 行 的 ， 原 料 应 能 回 收 而 不 是 使 之变 坏 。 8尽 量 减 少 派 生 物 ， 应 尽 可 能 避 免 或 减 少 多 余 的 衍 生 反 应 （ 用 于 保 护基 团 或 取 消 保 护 和 短 暂 改 变 物 理 、 化 学 过 程 ） ，
4、因 为 进 行 这 些 步 骤 需 添 加 一些 反 应 物 同 时 也 会 产 生 废 弃 物 。 9催 化 作 用 ， 催 化 剂 （ 尽 可 能 是 具 选 择 性的 ） 比 符 合 化 学 计 量 数 的 反 应 物 更 占 优 势 。 10要 设 计 降 解 ， 按 设 计 生 产的 生 成 物 ， 当 其 有 效 作 用 完 成 后 ， 可 以 分 解 为 无 害 的 降 解 产 物 ， 在 环 境 中 不继 续 存 在 。 11 防 止 污 染 进 程 能 进 行 实 时 分 析 ， 需 要 不 断 发 展 分 析 方 法 ， 在实 时 分 析 、 进 程 中 监 测 ， 特 别
5、 是 对 形 成 危 害 物 质 的 控 制 上 。 12特别 是 从 化学 反 应 的 安 全 上 防 止 事 故 发 生 ， 在 化 学 过 程 中 ， 反 应 物 （ 包 括 其 特 定 形 态 ）的 选 择 应 着 眼 于 使 包 括 释 放 、 爆 炸 、 着 火 等 化 学 事 故 的 可 能 性 降 至 最 低 。绿色化学主要有以下四个特点：第一，绿色化学能够实现对自然资源的充分利用，提高能源的利用率；第二，在不对环境造成危害的前提下实现化学反应，减少废物的排放量；第三，提高对原子的利用率，提高化学物质的分解率，实现工业生产的“零排放” ；第四，生产出对环境和人类健康有利的化学产
6、品。为了节约资源和减少污染, 化学合成效率成了绿色化学研究中关注的焦点.合成效率包括两个方面: 一是选择性( 化学、区域、非对映体和对映体选择性) ; 另一个是原子经济性, 即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物. 一个有效的合成反应不但要有高度的选择性, 而且必须具备较好的原子经济性, 尽可能充分地利用原料分子中的原子. 如果参加反应的分子中的原子100% 都转化成了产物, 实现“零排放”, 则既充分利用资源, 又不产生污染. 这是理想的绿色化学反应.在许多场合, 要用单一反应来实现原子经济性十分困难, 甚至不可能. 但我们可以充分利用相关化学反应的集成, 即把一个反应排出的废物作为另
7、一个反应的原料, 从而通过“封闭循环”实现零排放。所谓的零排放，主要包括两个方面的内容：其一是要对在工业生产过程中所产生的各种废弃物的排放量进行控制，降低到零排放；其二是对化工生产过程中产生的废弃物进行循环利用，进而提高资源的利用率，降低废弃物的排放。但是，从不同的角度来说，它的内涵也有所差异。从零排放实现过程的角度来说，就是将一种工业生产过程中产生的废弃物转化成为另一种工业生产的原料或者其他有利用价值的物质，进而通过循环的化学反应形成工业生产生态系统。从技术的角度来说，零排放就是在工业生产的过程中能够实现原料、资源、能源的自然转化，提高各种能量之间的转化率，降低废弃物的排放量。零排放实现的主
8、要依据是能量守恒定律和物质不灭的自然规律，尽管在化工生产的过程中出现了一定能量的损耗，但是这些损耗的能量是以其他形式，例如空气、水等形式被排放到了环境中去。但是，无论是从哪种角度对零排放进行阐述，他们的本质都是相同的，就是生态环境保护。化工生产所产生的废弃物主要有三种，即废水、废气、废物。只要在生产中根除这三种废弃物对环境的破坏，就会达到零排放。目前，我国对于在化工成产过程中产生的废水，一般都会建造一个专业的污水处理机构，将工业废水经过过滤、消毒实现循环利用，进而降低工业废水对江河湖泊的污染；化工生产所产生的固体废弃物都是通过专门的处理机构，进行销毁或者循环利用；而对于废气的排放则是比较复杂，
9、由于气体的扩散性，即使再严密的气体过滤设备也会使得气体通过空隙向空气中，这就加剧了废气零排放的处理难度。但是，零排放的实现与企业的经济状况也是息息相关。高科技的废弃物处理设备对于具有足够的经济实力的企业可以负担得起，但是对于一些小企业却无法实现。此外，目前的一些化工企业不得已对废弃物进行循环利用，达到“零排放”的要求，但是他们也仅仅是在废弃物的排放方式、地点、渠道等方面进行改变，因此，这些化工生产所产生的废弃物并没有真正的销毁，最终还会排放到环境中。所以，从化工生产的零排放的实现程度上说，它只是一种理想状态，零排放的实现是一个复杂而艰巨的任务。从原料上采用无毒无害的原料为了从源头上防止环境污染
10、，应选用可再生的自然物质如生物质(包括农作物、野生植物)作原料。用对人类健康和环境危害小的物质为起始原料,去设计实现某一化学过程,则此过程会更为安全。在现有的化工生产中,仍在大量使用一些危险的有毒的基本原料如:氢氰酸,氢氟酸,盐酸等。今后应该通过绿色化学的研究以减少或避免使用这些物质。工业化的发展为人类提供了许多新物料，它们在不断改善人类物质生活的同时，也带来大量生活废物，使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平，又不破坏环境，我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。从生产过程中使用剂上采用无毒无害的溶剂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
11、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。安全性是溶剂选择必须考虑的因素，包括毒性和易燃、易爆、易挥发性。工业上大量使用的溶剂是挥发性有机溶剂，既有使用风险又会带来环境污染。更多地采用无毒无害溶剂也是绿色化学工艺的方向之一。应提倡使用更安全的传统溶剂(比如水)或替代品，尽量用无毒或低毒物替代剧毒物，用不燃或可燃物替
12、代易燃物。从反映辅助剂上采用无毒无害的催化剂在化学合成中使用催化剂,可以改变化学反应途径,降低反应的活化能,从而提高产率,降低能耗,实际上,催化剂在考虑和利用原子利用率高,对环境友好的合成方法时具有重要的作用。目前，约 90%以上的化学反应要实现工业化生产，必须采用催化剂提高其反应速率。开发新型高效、无毒无害的催化剂是绿色化学工艺的方向之一。绿色化学工艺要求催化剂自身应该是无毒的，特别杜绝催化剂在高温下分解，产生有毒气体，催化反应的后序分离过程也应该是环境友好操作，比如萃取操作萃取剂的选择。同时要达到经济性原则，必须保证催化剂具有低廉的造价，稳定的化学性质，较好的活性等特点。从反应过程上“原子
13、经济”反应:选择最佳反应途径, 提高原子利用率理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放” 。原子经济性可用原子利用率来衡量。我们把原子利用率定义为: 原子利用率= (期望产品的摩尔质量化学方程式中计量所得物质的摩尔质量) 100% 。由原子利用率可看出, 原子经济性的反应有两个显著优点: 一是最大限度地利用了原料; 二是最大限度地减少了废物的排放, 适应了社会的要求, 是合成方法发展的趋势。对于工业化生产这个很重要，这个可以为工厂节约很多资源，有的基本有机原料的生产所采用的反应，已由二步反应，改成采用一步的原子经济反应。开发新的原子经济反
14、应应与符合绿色化学要求的有机合成结合起来, 在选择合成途径时, 除了考虑理论产率外, 还应考虑和比较不同途径的原子利用率。在化工生产中要尽量减少化学反应的步骤, 从原料到产品尽可能做到直达, 在生产过程中尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的物料。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。从反应产物上环境友好的绿色产品绿色化学的“更安全”这个概念不仅是对人类健康的影响,还包括化合物整个生命周期中对生态环境,动物,水生生物和植物的影
15、响;除了直接影响外,还要考虑间接影响转化产物或代谢物的毒性,并要求对化合物的暴露,接触途径,摄入,吸收,分布机制及进入生物体内毒性作用机理进行更深入的研究和理解。所谓绿色产品,是指产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康,产品具有合理的使用功能及使用寿命,产品易于回收、利用和再生,报废后易于处理,在环境条件下容易降解。日常生活中适用的包装材料,用后可以进行再利用,不但可节约宝贵的资源,还可以减少固体废弃物的排放。结语：绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展; 从环境观点认识, 它是从源头上消除污染; 从经济观点认识, 它合理利用资源和能源, 降低生产成本, 符合经济可持续发展的要求
16、。其目的就是要把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染” 。 而绿色化学是从源头上阻止污染物的生成, 即所谓污染预防。既然没有污染物的使用、生成和排放, 也就没有环境被污染的问题。因此, 只有通过绿色化学的途径, 从科学研究出发, 发展环境友好化学、化工技术, 才能解决环境污染与经济可持续发展的矛盾。绿色化学的根本目的是从节约能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, 可以从治标转向治本. 这是人类在清醒地理性认识了自身和环境的关系所取得的重大步骤, 也是人类成熟的标志和当今世界经济与科学技术发展的必然结果.可以预见， 在 21 世纪， 高效、低耗、节能、安全、洁净的化工绿色化工将全面取代传统化工，使化学工业真正走上可持续发展之路。
