談綠色化工中無毒無害溶劑的應(yīng)用

李美榮

摘 要：該文論述了無毒無害溶劑在綠色化工中四個發(fā)展方向，綠色溶劑、超臨界流體、水和不使用溶劑各有其特點(diǎn)和應(yīng)用。這四個方向代表了以后化工溶劑的基本發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：綠色溶劑 超臨界流體 綠色化工

中圖分類號：O643 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0097-01

綠色化學(xué)也被稱為環(huán)境友好化學(xué)、環(huán)境無害化學(xué)和清潔化學(xué)。綠色化學(xué)就是通過科學(xué)的技術(shù)和手段來減少和消滅對人體或環(huán)境有害的原料、反應(yīng)催化劑、溶劑和試劑的使用和產(chǎn)生，以確保對人類生活和生態(tài)環(huán)境沒有損害，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。綠色化學(xué)就是在化工生產(chǎn)過程中堅(jiān)持采用預(yù)防污染的手段，從原料到中間產(chǎn)物，再到目的產(chǎn)品都要做到無污染，實(shí)現(xiàn)零污染，甚至零排放。綠色化學(xué)的最高理想就是在整個化工生產(chǎn)過程中不使用任何有毒有害的物質(zhì)作原料、催化劑和中間產(chǎn)物，對環(huán)境和人類不再有傷害。綠色化學(xué)是一門從源頭上就不再污染環(huán)境的化學(xué)，集合了生物化學(xué)、分析化學(xué)和生態(tài)化學(xué)的綜合學(xué)科。

化工生產(chǎn)中大量的污染物質(zhì)不僅來源于生產(chǎn)的原料和制造的產(chǎn)品，而且在化工生產(chǎn)過程中大量的中間產(chǎn)物也會對環(huán)境產(chǎn)生大量的危害。其中最常見的污染來源來自于溶劑，這些溶劑被廣泛應(yīng)用于反應(yīng)介質(zhì)中，在物質(zhì)分離也大量采用溶劑。目前在化工生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的溶劑大部分是具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物，這些有機(jī)化合物在應(yīng)用過程中不僅會引起當(dāng)?shù)厮吹奈廴荆視鸬孛娉粞醯男纬?。這是因?yàn)槿軇┳鳛榛瘜W(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，它的用量是非常巨大的，通常是反應(yīng)底物的數(shù)倍甚至幾十倍。因此，如果能夠采用無毒無害的綠色溶劑來替代這些對環(huán)境有害的有機(jī)化合物作化學(xué)反應(yīng)的溶劑，那對人體健康和環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了可靠的保障。正因?yàn)檫@樣，采用無毒無害的綠色溶劑，少用或不用對環(huán)境有害溶劑已經(jīng)成為了當(dāng)前化工生產(chǎn)的研究方向。為了減少環(huán)境污染，綠色化工中無毒無害溶劑的應(yīng)用有以下四個方面。

1 選用綠色溶劑代替不利于環(huán)保的溶劑

烴類溶劑和氯化溶劑是過去化工生產(chǎn)常用的溶劑。烴類溶劑和氯化溶劑的優(yōu)點(diǎn)是不容易燃燒，表面張力小和黏度，滲透能力很強(qiáng)，可以很容易清除狹小縫隙中的污垢。溶解油污能力強(qiáng)，特別是在金屬加工油、油脂等方面。烴類溶劑和氯化溶劑最大的優(yōu)點(diǎn)是沸點(diǎn)很低，非常適合利用蒸汽進(jìn)行清洗油污的方式。但是烴類溶劑和氯化溶劑的毒性非常高，它們在空氣中的允許濃度非常低，一旦超標(biāo)將會對生產(chǎn)車間的工人身體損害極大。正因?yàn)槿绱?，歐盟和美國等許多西方國家已經(jīng)限制生產(chǎn)和進(jìn)口這些種類的清洗劑。

現(xiàn)在化工生產(chǎn)中對環(huán)境和人體有害的溶劑，正越來越多的被無毒無害的綠色溶劑所取代。比如：砧烯和過氧化氫之類的清潔劑正逐漸替代烴類溶劑和氯化溶劑。砧烯和過氧化氫之類物質(zhì)能夠生物降解的非常徹底，不會留下殘留物質(zhì)，對環(huán)境不會造成污染，而且對臭氧層造成破壞。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，在油漆、衣物洗滌劑和電子產(chǎn)業(yè)中被越來越多的應(yīng)用。價格高是帖烯類溶劑最大的缺點(diǎn)，這造成了成本的提高，縮小了它的應(yīng)用界限。

高速發(fā)展的電子工業(yè)對電路板的需求量越來越大，因而帶動了清洗劑大量需求，目的是除去電路板中過多的摻雜物。過氧化氫由于其清潔無污染的特性正在被廣泛應(yīng)用。在使用后過氧化氫分解成了水和氧氣，一點(diǎn)都不會構(gòu)成污染，近年來超級純過氧化氫每年的需求量正以11.6%的速度增長。

N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮是非常重要的化工原料，具有選擇性強(qiáng)和穩(wěn)定性好的溶劑，具有極性強(qiáng)，不容易燃燒，毒性很低、不易揮發(fā)、生物可完全降解、可重復(fù)利用、使用安全等優(yōu)點(diǎn)。而且分子中不包含鹵素，不會破壞臭氧層，在化工產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。譬如在涂料行業(yè)印刷工業(yè)中正越來越多的應(yīng)用。N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮也可用作萃取劑，在化工生產(chǎn)過程中常用作有機(jī)溶劑，在殺蟲劑的生產(chǎn)過程中常用作載體溶劑，在生產(chǎn)滑潤劑過程中常用作萃取劑。總之，酯類溶劑對人體無害，對環(huán)境無污染，前途應(yīng)用廣泛，發(fā)展前景看好。

2 采用超臨界流體作溶劑

超臨界流體的研究是無毒無害溶劑研究中最活躍的開發(fā)項(xiàng)目，這其中應(yīng)用最廣泛的是超臨界二氧化碳被用作化工生產(chǎn)中的溶劑。隨著溫度和環(huán)境的變化，任何物質(zhì)都有三種相態(tài)，三相并存的點(diǎn)叫三相點(diǎn)，氣液兩相成平衡的點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)的溫度和壓力稱作臨界溫度和臨界壓力。超臨界二氧化碳是指在超過臨界溫度和臨界壓力下二氧化碳變作流體。超臨界二氧化碳通常具有液體的密度和氣體的粘度，因而超臨界二氧化碳有著液態(tài)溶劑的溶解度和氣體的傳質(zhì)速度。而且在實(shí)際應(yīng)用過程中可以通過調(diào)節(jié)壓力和溫度來調(diào)節(jié)溶劑溶解度，壓縮性，流體的密度和粘度等性能。沒有毒性、安全可靠、不容易燃燒、成本低等特點(diǎn)是超臨界二氧化碳溶劑與傳統(tǒng)溶劑相比的最大優(yōu)勢。

目前，四川大學(xué)皮革系正把超臨界二氧化碳用在皮革處理的過程中，應(yīng)用前景令人鼓舞。另外在油漆、涂料和塑料的生產(chǎn)過程也已經(jīng)開始應(yīng)用超臨界二氧化碳有機(jī)溶劑。舉個例子，Dow化學(xué)工業(yè)有限公司已成功采用了超臨界二氧化碳作為包裝材料苯乙烯泡沫塑料的發(fā)泡劑，代替了傳統(tǒng)的怕壞臭氧層的氟氯烴。

3 采用水作溶劑

水是自然界最廣泛的物質(zhì)，無毒無害，取材廣泛。早在1980年，Breslow發(fā)現(xiàn)環(huán)戊二烯與甲基乙烯酮的環(huán)加成反應(yīng)在水中速度很快，比傳統(tǒng)上在異辛烷中的反應(yīng)速度快了大約700倍。日本化學(xué)工業(yè)在實(shí)際化工生產(chǎn)過程中成功地用超臨界水生產(chǎn)出了TDA，井已開始大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)行。在以前這些工業(yè)殘?jiān)菑U物垃圾，污染環(huán)境?，F(xiàn)在是變廢為寶，既減少了浪費(fèi)，又防止了環(huán)境污染。這項(xiàng)新技術(shù)不會產(chǎn)生出酸堿，更不需要用作廢水處理。在工業(yè)生產(chǎn)中將塑料中間體進(jìn)行回收是一個新的突破。

4 化學(xué)反應(yīng)不使用溶劑

在固相反應(yīng)和熔融狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)中的某些反應(yīng)有些是不需要溶劑的。旋光性2，2-二氫基-1，1-聯(lián)荼酚采用FeCl3·6H2O為氧化劑進(jìn)行固相反應(yīng)，在50 ℃條件下反應(yīng)持續(xù)2個小時，再用稀鹽酸淋洗就可以得到聯(lián)萘酚，收率95%。隨著人們對環(huán)保要求的日漸提高，無溶劑浸漬漆逐漸開發(fā)并推廣出來。無溶劑浸漬漆是不飽和聚酯樹脂的一片新天地。同時這種浸漬樹脂還有著非常優(yōu)良的滲透性，良好1穩(wěn)定的物理性能和室溫保質(zhì)期。

綠色化學(xué)是在傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)上開發(fā)出的更高層次的化工化學(xué)，符合了時代對化學(xué)工業(yè)的新要求，是化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向。其核心是減少或消除化污染，做到可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)然，綠色反應(yīng)也必然要求具有一定的成本收益，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上要合理。隨著現(xiàn)代對環(huán)境越來也重視，環(huán)保要求越來越高，上面四個無毒無害溶劑的選擇方向在化工生產(chǎn)上應(yīng)用也越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅獻(xiàn)彩.物理化學(xué)[M].北京高等教育出版社，1994.

[2] 沈?qū)毝?生命科學(xué)中的物理化學(xué)[M].杭州大學(xué)出版社，1999.endprint