綠色化學(xué)理念及其應(yīng)用

王大偉等

摘要：指出了綠色化學(xué)是國際化學(xué)界提出的一個概念，它力求從源頭上消除化學(xué)、化工生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響，是實現(xiàn)預(yù)防污染最基本和最重要的科學(xué)手段。對綠色化學(xué)的概念、應(yīng)用、與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系、發(fā)展前景進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；化學(xué)工業(yè)；生態(tài)環(huán)境

中圖分類號：X38

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2014）06021702

1 綠色化學(xué)的概念

綠色化學(xué)（Green Chemistry）又稱為環(huán)境友好化學(xué)（Environmentally Benign Chemistry），是近幾十年來國際化學(xué)界提出的一個新概念，它的核心理念是：在化學(xué)反應(yīng)過程和化工生產(chǎn)過程中不使用或減少使用有害物質(zhì)，減少或消除有害產(chǎn)物的生成，從源頭上消除化學(xué)、化工生產(chǎn)對環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響。如今綠色化學(xué)的理念已經(jīng)被全世界化學(xué)工作者所認(rèn)同，提倡按照綠色化學(xué)要求的各項原則進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，將會對生態(tài)環(huán)境和人們的生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。美國在1996年設(shè)立了“綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”，以表彰那些在綠色化學(xué)領(lǐng)域中做出杰出貢獻(xiàn)的企業(yè)和科學(xué)家。

綠色化學(xué)遵循的原則有12條[1]：①從源頭上防止污染，而不是在最后治理污染；②合成方法應(yīng)具有原子經(jīng)濟(jì)性，即盡量使參加反應(yīng)的原子都進(jìn)入最終產(chǎn)物；③在合成方法中盡量不使用和不產(chǎn)生對人類健康和環(huán)境有毒害的物質(zhì)；④設(shè)計具有高使用效益低環(huán)境毒性的化學(xué)產(chǎn)品；⑤盡量不用溶劑等輔助物質(zhì)，必須使用時要用無害的溶劑；⑥反應(yīng)條件溫和，能耗要最低；⑦盡量采用可再生原料，用生物質(zhì)原料代替石油和煤等礦物原料；⑧盡量減少副產(chǎn)物；⑨使用高選擇性的催化劑；⑩化學(xué)產(chǎn)品在使用完后應(yīng)能降解成無害的物質(zhì)，并且能進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)；B11發(fā)展適時分析技術(shù)以便監(jiān)控有害物質(zhì)；B12減少發(fā)生意外事故的風(fēng)險。凡是能夠符合以上原則中的一條或幾條的化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)工藝都可稱之為綠色化學(xué)。

2 綠色化學(xué)的應(yīng)用

在過去的200多年里，人類對化學(xué)理論進(jìn)行了大量的、深入的研究，掌握了豐富的化學(xué)知識，理論的發(fā)展又直接推動了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，從此徹底改變了人類的生活質(zhì)量。如今化學(xué)工業(yè)已經(jīng)在各個工業(yè)化國家的國民經(jīng)濟(jì)中占有很大的比重，發(fā)揮著巨大的作用。但是化學(xué)工業(yè)的發(fā)展也逐漸展現(xiàn)出它的負(fù)面影響，如今物質(zhì)資料越來越豐富，但生態(tài)環(huán)境卻不斷地惡化?，F(xiàn)代社會，人們生活水平并不僅僅由物質(zhì)所決定，同時還受到生活環(huán)境的制約。

綠色化學(xué)的內(nèi)容廣泛，它涉及有機(jī)合成、工業(yè)催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等分支學(xué)科。綠色化學(xué)的價值在于，它在繼續(xù)為人類社會提供源源不斷的物質(zhì)財富的基礎(chǔ)上改善人們的生活環(huán)境，使人們的生活質(zhì)量得到提高。要實現(xiàn)綠色化學(xué)的價值，應(yīng)從以下幾個方面努力。

2.1 化學(xué)反應(yīng)原料綠色化，從源頭避免污染

為了解決化學(xué)工業(yè)對環(huán)境造成污染的問題，化工企業(yè)（包括石油化工、試劑制造、制藥、農(nóng)藥、材料制造等行業(yè)）在設(shè)計化工合成路線時應(yīng)盡量選用無毒無害的化學(xué)原料。將已有的舊工藝路線進(jìn)行改造，提高原料的利用率。例如，國外研發(fā)了在固態(tài)熔融的狀態(tài)下，采用雙酚A和碳酸二甲酯聚合生產(chǎn)聚碳酸酯的新技術(shù)，新方法取代了原有的光氣（劇毒）合成路線，使原料無毒無害化，符合綠色化學(xué)的理念。

2.2 化工產(chǎn)品綠色化，減少排放污染

設(shè)計化工合成路線時要考慮到產(chǎn)物的收率，產(chǎn)物收率高才有更高的經(jīng)濟(jì)效益，也會減少向環(huán)境中的排放量。還應(yīng)該盡量減少副產(chǎn)物的生成，即原子經(jīng)濟(jì)化，特別是一些有機(jī)化工生產(chǎn)過程，往往會有多種副產(chǎn)物產(chǎn)生，這些副產(chǎn)物做無害化處理時一般比較復(fù)雜。另外對于將那些毒性大、危險性高、三廢處理困難的化工項目應(yīng)作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，力求做到生產(chǎn)工藝的安全環(huán)保。例如，生物催化可通過催化高立體選擇性反應(yīng)來防止廢物的產(chǎn)生，通過生物催化，廉價的可再生資源可用于合成光學(xué)純化合物，這樣人們可以按照綠色化學(xué)的原則來設(shè)計藥物合成路線[3]。

2.3 使用無毒溶劑

化工生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境污染問題不僅來源于原料和產(chǎn)品，還來源于在生產(chǎn)過程中使用的輔助物質(zhì)。最常見的輔助物質(zhì)是在反應(yīng)介質(zhì)、分離純化和配方中所用的溶劑。液態(tài)有機(jī)化合物是當(dāng)前廣泛使用的溶劑，常見的有苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙腈、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等試劑。這些有機(jī)溶劑在使用過程中會進(jìn)入大氣和水體中，較難降解，從而造成污染。因此，水（H2O）作為一種安全無毒、價格低廉的溶劑，又重新受到化學(xué)家的重視。目前在綠色化學(xué)領(lǐng)域，有大量研究致力于使用H2O作為反應(yīng)溶劑，改造原有的合成路線。無溶劑化學(xué)反應(yīng)的研究是另一個研究熱點[4]，所謂無溶劑化學(xué)反應(yīng)就是反應(yīng)物無需溶解在其他介質(zhì)中而直接發(fā)生反應(yīng)，從而避開使用其他有毒溶劑。例如，將幾種液體反應(yīng)物直接混合反應(yīng)或?qū)⒐腆w反應(yīng)物溶解到另一種液體反應(yīng)物中使其反應(yīng)。

2.4 降低能耗

化工生產(chǎn)是高能耗產(chǎn)業(yè)，能源主要來源于電力、煤炭、燃油和天然氣。煤炭、燃油和天然氣的使用本身會產(chǎn)生大量的污染物，這些污染物與化工生產(chǎn)的廢物一起排放到環(huán)境中，對環(huán)境造成更嚴(yán)重的危害，因此采用低能耗生產(chǎn)工藝和使用清潔能源符合綠色化學(xué)的理念。

3 綠色化學(xué)對生態(tài)環(huán)境的影響

我國東部地區(qū)化學(xué)工業(yè)發(fā)達(dá)，如江蘇、山東、浙江等省份，地方政府積極建設(shè)化學(xué)工業(yè)園，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展起到帶動作用。但是，化工企業(yè)的生產(chǎn)會對當(dāng)?shù)氐耐寥?、空氣和水源造成污染?；瘜W(xué)工業(yè)園通常建在城市與農(nóng)村相銜接地帶，對地方政府而言，化工與農(nóng)業(yè)的和諧發(fā)展是目前面臨的重要問題。綠色化學(xué)從源頭上防止污染的理念和采用可再生原料的理念將會減輕生態(tài)環(huán)境面臨的壓力，有利于生態(tài)系統(tǒng)的自我清潔和恢復(fù)。地方政府在引進(jìn)化工項目時，符合綠色化學(xué)概念的化工項目應(yīng)該優(yōu)先考慮。

綠色化學(xué)所遵循原則的第③條顯得尤其重要，即“在化工合成方法中盡量不使用和不產(chǎn)生對人類健康和環(huán)境有毒害的物質(zhì)”。目前，以低毒化工產(chǎn)品代替高毒化工產(chǎn)品已經(jīng)產(chǎn)生了良好的生態(tài)效益。例如，白花除蟲菊中含有天然除蟲菊酯，可作為衛(wèi)生和農(nóng)用殺蟲劑，具有高效、低毒、廣譜、低殘留等優(yōu)點[5]。新型除蟲菊酯類殺蟲劑的研制迅速取代了過去高毒性且不易降解的有機(jī)氯和有機(jī)磷殺蟲劑。近年來，一系列新型環(huán)保制冷劑的研制和應(yīng)用正在逐漸淘汰舊的氟利昂制冷劑，對保護(hù)臭氧層和大氣環(huán)境起到了積極的作用。

在新材料領(lǐng)域，人們對淀粉基生物降解塑料、纖維素基生物降解塑料進(jìn)行了深入的研究[6，7]，希望能夠在食品包裝領(lǐng)域替代聚乙烯和聚氨酯塑料，減少白色污染。

農(nóng)村地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)薄弱，政府投入到農(nóng)村環(huán)保的財政經(jīng)費(fèi)較少，所以農(nóng)村地區(qū)適合發(fā)展利用生物質(zhì)原料的化工項目。例如，利用剩余糧食（玉米、紅薯）生產(chǎn)生物乙醇；種植高產(chǎn)油料作物（如小桐子油）生產(chǎn)生物柴油；利用木材、秸稈生產(chǎn)生物質(zhì)復(fù)合材料。這類項目的原材料易于降解，毒性小，即使產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)入環(huán)境，也能較快分解。

4 綠色化學(xué)的前景展望

綠色化學(xué)是實現(xiàn)污染預(yù)防最基本和最重要的科學(xué)手段，其目的是實現(xiàn)污染物排放低、資源和能源消耗少的化學(xué)反應(yīng)和生產(chǎn)工藝。綠色化學(xué)的理念會給企業(yè)帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益，減少生態(tài)環(huán)境承載的壓力，盡可能降低對人們身體健康的危害。因此綠色化學(xué)的發(fā)展會受到政府、企業(yè)、群眾的歡迎?；诰G色化學(xué)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，綠色化學(xué)領(lǐng)域的研究將會成為高校、科研機(jī)構(gòu)、高技術(shù)企業(yè)的重要研究方向；另一方面，要趕超發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平，政府也會逐漸增加投入。

綠色化學(xué)理念的提出對化學(xué)與化工行業(yè)來說既是挑戰(zhàn)又是機(jī)遇，任何國家或企業(yè)如果抓住機(jī)遇，積極面對挑戰(zhàn)，就有可能在未來的競爭中處于有利的地位，解決好經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的難題。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陳振明，劉金華，陶軍華. 生物催化在綠色化學(xué)和新藥開發(fā)中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)進(jìn)展， 2007，19 （12）.

[4]余富朝，嚴(yán)勝驕，林 軍.無溶劑反應(yīng)在雜環(huán)合成中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 有機(jī)化學(xué)， 2010 （10）.

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[6]陳 慶，崔 彪.全淀粉生物降解塑料技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].塑料工業(yè)， 2010 （增刊）.

[7]張元琴，黃 勇.以纖維素材料為基質(zhì)的生物降解材料的研究進(jìn)展[J]. 高分子材料科學(xué)與工程，1999 （5）.endprint