“綠色化學(xué)”與節(jié)能減排

李倩（東北大學(xué)理學(xué)院）

“綠色化學(xué)”與節(jié)能減排

李倩（東北大學(xué)理學(xué)院）

“綠色化學(xué)”就是用化學(xué)技術(shù)和方法，從根本上減少或消滅那些對人類健康或環(huán)境有害的原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑和試劑等的生產(chǎn)和應(yīng)用。“綠色化學(xué)”應(yīng)遵循的十二條原則中有六條原則直接與節(jié)能減排相關(guān)?！熬G色化學(xué)”技術(shù)在石油與化學(xué)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用對人類合理利用能源、發(fā)揮能源的支撐作用、實現(xiàn)節(jié)能降耗具有不可替代的作用。

綠色化學(xué) 節(jié)能減排 關(guān)系 地位與作用

隨著“綠色化學(xué)”學(xué)科的崛起，國內(nèi)外科研人員一直致力于“綠色化學(xué)”與節(jié)能減排關(guān)系的研究，即：如何發(fā)揮該學(xué)科在節(jié)能減排領(lǐng)域的作用，突出該學(xué)科在節(jié)能減排領(lǐng)域的地位。文章從“綠色化學(xué)”的基本內(nèi)容及其內(nèi)涵出發(fā)，闡述與探討了“綠色化學(xué)”對節(jié)能減排工作的支撐作用，為進一步做好當(dāng)前的節(jié)能減排工作提供了很好的思路和借鑒。

1 “綠色化學(xué)”的基本概念及其內(nèi)涵

“綠色化學(xué)”又被稱為環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好 化 學(xué) 和 清 潔 化 學(xué)[1]。 在 美 國 《綠 色 化 學(xué)》（Green Chemistry）雜志對“綠色化學(xué)”給出定義之后，美國 環(huán) 境 保 護 署 AnastasPT 等[2-3]又 對 “ 綠 色 化 學(xué) ”進行了重新定義，即：“綠色化學(xué)”就是用化學(xué)技術(shù)和方法，從根本上減少或消滅那些對人類健康或環(huán)境有害的原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑和試劑等的生產(chǎn)和應(yīng)用。這充分體現(xiàn)了“綠色化學(xué)”的深刻內(nèi)涵，即：突出環(huán)境保護，促進節(jié)能減排，服務(wù)經(jīng)濟社會，促進和諧發(fā)展。

“綠色化學(xué)”的誕生及其定義給出之后，科研人員又對“綠色化學(xué)”的研究內(nèi)容、應(yīng)符合的要求[4-6]以及應(yīng)遵循的原則進行了總結(jié)與探索?！熬G色化學(xué)”應(yīng)遵循的原則，這一領(lǐng)域的學(xué)者和科研人員將其 總 結(jié) 為 十 二 條 原 則[6-9]。 這 里 在 綜 合 參 考 文 獻(xiàn)[1-9]對“綠色化學(xué)”十二條原則進行總結(jié)描述的基礎(chǔ)上，對十二條原則當(dāng)中有關(guān)節(jié)能減排的條款進行簡要解讀，具體如下：

第一條是零排放原則。這一原則的核心就是要求在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，應(yīng)確保盡可能少地產(chǎn)生廢棄物，杜絕產(chǎn)生了廢物以后再進行處理這一被動做法，這也是該原則中所提到的防止廢物的生成要比在其產(chǎn)生后再處理更好，即預(yù)防比治理更重要。這樣，既可以防止更多廢物的產(chǎn)生，又可以減少損失，因為預(yù)防費用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于處理的費用，從這種意義上來講，該原則也滲透著節(jié)能減排技術(shù)對“綠色化學(xué)”研究的必然要求。

第二條是經(jīng)濟性原則。該原則是基于“原子經(jīng)濟性”化學(xué)反應(yīng)理論提出的，它要求實現(xiàn)原子經(jīng)濟反應(yīng)最大化，其核心是確保在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)過程當(dāng)中，減少原材料的浪費，即保證參加化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)的各個物質(zhì)的每個原子都能被充分利用。這樣既可提高化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)反應(yīng)的效率，又可減少廢棄物的排放，進而實現(xiàn)節(jié)約資源和能源、減少浪費的目的。

第六條是低能耗原則。該原則要求在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)中盡量減少能源的消耗。在此過程中，在考慮環(huán)境要求的同時，還要考慮經(jīng)濟方面的要求，更要考慮生產(chǎn)過程中能耗對成本和環(huán)境的影響程度。基于這一點，建議最好采用溫和的生產(chǎn)方法，即采用常溫常壓下的合成方法，既可以滿足環(huán)境要求，又能夠滿足節(jié)能的要求。該原則體現(xiàn)了節(jié)能減排技術(shù)對“綠色化學(xué)”科技的核心要求。

第七條是可再生、可回收利用原則?！熬G色化學(xué)”研究與生產(chǎn)要求力爭實現(xiàn)可再生、可回收利用，即確保資源利用最大化。只要技術(shù)上和經(jīng)濟上可行，使用的原材料應(yīng)是可再生的和可回收的，即利用可再生、可回收的材料代替消耗性材料，從而減少了資源的消耗，可間接地促進節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)。

第八條是原子效率原則。該原則要求盡量避免毒、副反應(yīng)的產(chǎn)生；最大限度地避免不必要的衍生過程，也就是盡量避免使用不必要的衍生物，目的是降低原料的消耗及對人類健康與環(huán)境的影響，為節(jié)能減排打下良好的基礎(chǔ)。

第九條是理想化原則。該原則強調(diào)要選用理想的催化劑，即使用選擇性高的催化劑，因為該類催化劑可以提高原料的利用率，更有利于節(jié)能減排。

2 “綠色化學(xué)”在節(jié)能減排領(lǐng)域的地位與應(yīng)用

在“綠色化學(xué)”的主要研究內(nèi)容以及所遵循的原則當(dāng)中，都提到了提高原子經(jīng)濟和能量的使用效率以及降低化學(xué)生產(chǎn)過程能耗的問題，這充分反映了“綠色化學(xué)”在節(jié)能減排領(lǐng)域的重要作用和重要地位。“綠色化學(xué)”技術(shù)研究已經(jīng)成為節(jié)能減排研究領(lǐng)域的熱點課題之一。

“原子經(jīng)濟性”和降低化學(xué)過程能耗研究作為“綠色化學(xué)”的重要內(nèi)容之一，可為節(jié)能減排工作提供更加可靠的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，其中“原子經(jīng)濟性”化學(xué)反應(yīng)理論在石油化工企業(yè)節(jié)能減排工作中的應(yīng)用將會更加直接、更加廣泛、更具有發(fā)展前景 。 這 是 由 于 “ 原 子 經(jīng) 濟 性 ” 化 學(xué) 反 應(yīng) 研 究[4-5,10-13]旨在用來評估資源與能源的利用效率，同時根據(jù)其利用率情況，進一步探索如何提高其利用率，達(dá)到節(jié)能減排的效果，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。而“原子經(jīng)濟性”化學(xué)反應(yīng)所研究的核心就是指在石油化工生產(chǎn)與研究過程中，凡是涉及到化學(xué)反應(yīng)的，要使得參與反應(yīng)的各個反應(yīng)物中的每個原子都能被充分利用，目標(biāo)是使原子經(jīng)濟反應(yīng)最大化，提高化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)反應(yīng)效率，避免原材料的浪費，也就是說要確保參加化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)的各個物質(zhì)的每個原子都被充分利用，進而發(fā)揮“綠色化學(xué)”利用資源、節(jié)能降耗、防止污染的作用。反應(yīng)的“原子經(jīng)濟性”的概 念是美 國 著名 有 機化學(xué) 家 、美國 Stanford 大 學(xué) 的TrostBM 教 授 提 出 的[5,10,12-13]。 這 一 概 念 的 提 出 ， 不僅為“綠色化學(xué)”的研究與應(yīng)用提出了明確的目標(biāo)，也為節(jié)能減排與環(huán)境保護工作指明了方向。

石油與化學(xué)工業(yè)的主要原料是石油、天然氣和煤炭等資源能源，而石油、天然氣和煤炭作為重要的能源之一，已經(jīng)引起國際社會的關(guān)注，況且石油、天然氣和煤炭 又是 一種 不可 再生的資源和能 源[14-16]，隨著石油、天然氣和煤炭的開采與開發(fā)，其儲量在不斷降低。那么，在有限的資源狀況下，充分發(fā)揮石油、天然氣和煤炭這些能源在人類經(jīng)濟社會進步中的作用尤為重要，所以，探索“綠色化學(xué)”技術(shù)在石油與化學(xué)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用對人類合理利用能源、發(fā)揮能源的支撐作用、實現(xiàn)節(jié)能降耗具有不可替代的作用。

隨著“綠色化學(xué)”研究的不斷深入，使得該學(xué)科在生產(chǎn)與科研中的應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，節(jié)能效果日漸突出，節(jié)能地位顯著提高，特別是在石油化工行業(yè)的實際應(yīng)用非常豐富，下面僅通過甲醇羰基化法合成乙酸 （CH3COOH）這一實例來進一步說明“綠色化學(xué)”技術(shù)在石油化工行業(yè)節(jié)能減排領(lǐng)域的地位和作用。

目前，在石油化工行業(yè)生產(chǎn)乙酸的原料主要有礦 石 、 木 材 、 石 油 、 煤 炭 和 天 然 氣[17]。 隨 著 科 技 和技術(shù)的進步，國內(nèi)外科研人員一直在探索利用自然界中的物質(zhì)作為原料生產(chǎn)乙酸，同時，還要保證在生產(chǎn)和科研工作中，嚴(yán)格遵循“綠色化學(xué)”的十二條原則，特別是“原子經(jīng)濟性”原則和低能耗原則 。 文 獻(xiàn)[18]介 紹 了 生 產(chǎn) 乙 酸 的 幾 種 方 法 ： 包 括 乙 醛氧化法、甲醇羰基化法、丁烷及輕油液相氧化法和乙烯直接氧化法。在上述四種生產(chǎn)路線當(dāng)中，由于甲醇羰基化法可利用自然界中的物質(zhì)作為原料進行合成與生產(chǎn)，可以 100%實現(xiàn)“原子經(jīng)濟”化學(xué)反應(yīng)，所以許多國家都在不斷推廣使用這種方法生產(chǎn)乙酸。各國都在不斷探索和改進該項技術(shù)，目前不僅可以充分利用原料，而且還可以實現(xiàn)不依賴于石油 等 能 源 物 質(zhì) 進 行 乙 酸 的 大 量 生 產(chǎn)[17]， 同 時 ， 該 項技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用也為節(jié)約能源開辟了一條新的途徑。

3 結(jié)語

綜上所述，“綠色化學(xué)”與節(jié)能減排是兩個密不可分的統(tǒng)一體，節(jié)能減排離不開“綠色化學(xué)”技術(shù)的開發(fā)，“綠色化學(xué)”技術(shù)的開發(fā)又推動著節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展，所以，要大力開發(fā)“綠色化學(xué)”技術(shù)，不斷開展“綠色化學(xué)”科學(xué)研究，以此來全面推動節(jié)能減排技術(shù)的不斷提升。

[1]李 美 超,徐 志 花,馬 淳 安,等.有 機 合 成 中 的 綠 色 化 學(xué)[J].浙 江 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報,2002,30（5）:500-504.

[2]AnastasPT，WilliamsonTC． Green chemistrydesigning chemistry for the environment[M]．Symposium Series 626th，Washington D C USA；AmericanChemicalSociety，1996：254-260．

[3]李樹元,梅光軍,金玉健.綠色水處理劑的研究與應(yīng)用進展[J].江 蘇環(huán)境 科 技,2006,19（1）:51-54．

[4]劉斌.綠色化學(xué)技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用[J].廣州化工,2009,37（8）:185-187．

[5]安立敦,徐秀峰,索掌懷,等.綠色化學(xué)與催化[J].工業(yè)催 化 ,2001,9（1）:3-8．

[6]何鳴元,戴立益.離子液體與綠色化學(xué)[J].化學(xué)教學(xué), 2002（6）:1-3．

[7]程慶龍.綠色化學(xué)的特征及其原則[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2010（8）:119．

[8]AnastasRT，WarnerJC．Greenchemistrytheory andpractice[M].OxfordUniversityPress,1998．

[9]顏魯婷,劉蓮云,鄭妍鵬,等.綠色化學(xué)選修課教學(xué)模式探 討 [J].大 學(xué) 化學(xué),2008,23（1）:21-28．

[10]許峰,王煤,李敏杰.綠色化學(xué)與有機合成[J].化學(xué)與生物 工 程,2005（5）:7-11．

[11]吳魏,閔恩澤.綠色可持續(xù)發(fā)展石油化工生產(chǎn)技術(shù)的新進展[J].化工進展 ,2004,23（3）:231-237．

[12]王靜康,陳建新,李天祥.化工可持續(xù)發(fā)展的思考[J].現(xiàn) 代化工 ,2003,23（10）:1-12．

[13]劉華暉,陳學(xué)恒.綠色化學(xué)中的不對稱有機催化反應(yīng)[J].五 邑大學(xué) 學(xué) 報（自然科學(xué) 版）,2008,22（4）:41-48.

[14]楊錦宗.新世紀(jì)的精細(xì)化工[J].中國工程科學(xué),2002,4（10）:21-25．

[15]閆有旺.21 世紀(jì)綠色可再生資源——生物質(zhì)[J].貴州化工,2003,28（5）:1-3．

[16]白爾錚.基礎(chǔ)有機原料工業(yè)的綠色催化工藝[J].精細(xì)與 專用化 學(xué) 品,2005,13（10）:1-5．

[17]章小林,呂小婉,李耀會,等.甲醇羰基化合成乙酸催化劑的研究進展[J].精細(xì)石油化工進展,2004,5（2）:39-41．

[18]王新平,房克功,蔡天賜.國內(nèi)外乙酸生產(chǎn)狀況和新合成 方法[J].石化技 術(shù) 與應(yīng)用 ,2001,19（6）:351-355．

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.008.025

2013-04-21）

李倩，東北大學(xué)理學(xué)院在讀碩士研究生，應(yīng)用化學(xué)研究方向， E-mail：liqianqq@126.com，地址 ：遼寧 省沈陽 市和平 區(qū)文化路3號巷11號，110004。