淺談綠色化學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用

陳 勇，王加平

(江蘇輝豐農(nóng)化股份有限公司，江蘇 鹽城 224100)

淺談綠色化學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用

陳 勇，王加平

(江蘇輝豐農(nóng)化股份有限公司，江蘇 鹽城 224100)

化學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得人民的物質(zhì)生活得到提高，給我們的生活帶來日新月異的變化，但是同時(shí)帶來的負(fù)面效應(yīng)也不容忽視。傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)具有高消耗、高污染、高浪費(fèi)的缺點(diǎn)且隨著時(shí)間的積累已經(jīng)開始影響人們的生活環(huán)境，帶來了一些亟待解決的環(huán)境問題。因此，綠色化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，已經(jīng)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代化工生產(chǎn)中。本文就綠色化學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用給出簡要的探討。

綠色化學(xué)；環(huán)境保護(hù)；化工；應(yīng)用

科技和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使得人們的生活水平得到提升，能夠利用的資源也逐漸增多，但是我們的生活環(huán)境卻變得越來越差，很多工業(yè)城市和大都市常常籠罩在霧霾之中，影響人們的正常生活，同時(shí)也制約經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。造成這些問題出現(xiàn)的一個(gè)主要原因是由于化工企業(yè)“三廢”(廢氣、廢水、廢渣)的排放。為防止環(huán)境的進(jìn)一步惡化，也為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，很多企業(yè)開始重視對綠色化學(xué)工業(yè)的研究，力求探索出一條工業(yè)技術(shù)優(yōu)化之路，用高效、環(huán)保、安全的綠色化學(xué)工業(yè)來控制化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境的污染。

綠色化學(xué)[1]又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)和清潔化學(xué)，是近年來發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，它可以通過改變化學(xué)物質(zhì)或化學(xué)過程的內(nèi)在本質(zhì)來降低或消除化學(xué)性危害從而在源頭上阻止環(huán)境污染。開發(fā)和運(yùn)用綠色化學(xué)工藝，利用最少的能源，排放最少的有害物質(zhì)，產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益，是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 光催化劑對大氣中氮氧化物的凈化

1.1 氮氧化合物廢氣介紹

氮氧化物[2]指的是只由氮、氧兩種元素組成的化合物。常見的氮氧化物有一氧化氮(NO，無色)、二氧化氮(NO2，紅棕色)、一氧化二氮(N2O)、五氧化二氮(N2O5)等，它們是最常見的大氣污染物之一。天然排放的NOx，可以被土壤和海洋中有機(jī)物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程，一般情況下可以達(dá)到排放和分解的動(dòng)態(tài)平衡。人為活動(dòng)排放的NOx，大部分來自化石燃料的燃燒過程，如汽車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及工業(yè)窯爐的燃燒過程，也來自生產(chǎn)、使用硝酸的過程，如氮肥廠、有機(jī)中間體廠、有色及黑色金屬冶煉廠等，其中由人為活動(dòng)產(chǎn)生的NOx是造成大氣污染的主要原因。

1.2 氮氧化合物廢氣危害

氮氧化物的肆意排放會(huì)引起一系列的環(huán)境問題，毒害人類身體，危及人類的健康，破壞地球的生態(tài)環(huán)境。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界每年由于人類活動(dòng)向大氣中排放的NOx約5300萬t。NOx對環(huán)境的損害作用極大，它是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，也是形成光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)，吸入過量的氮氧化物會(huì)對肺部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響，長期處于高濃度氮氧化物的環(huán)境下，可以導(dǎo)致眼睛腫脹，甚至失明。

1.3 氮氧化合物廢氣的治理方法

近年來，半導(dǎo)體光催化劑[3]在環(huán)境污染降解方面已受到人們的廣泛關(guān)注。TiO2作為典型的光催化劑，具有光催化效率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、對人體無毒的特點(diǎn)。它的降解機(jī)理[4]為吸附在催化劑表面的空氣中的氧氣和微量水，分別被光生電子和空穴還原或氧化為·O2-和·OH，為氮氧化物的深度氧化提供了高活性的氧化劑。利用這種作用開發(fā)的產(chǎn)品，廣泛地用于脫臭、防污及環(huán)境凈化，最新研究表明，它們同樣可用于凈化大氣中的 NOx。況棟梁[5]等改性納米二氧化鈦應(yīng)用于凈化汽車尾氣，并取得顯著效果。在國外凈化燃煤煙氣的研究中，研制的填充式床PPCP反應(yīng)器中最常用的填充介質(zhì)就是TiO2。除此之外，已有多種納米TiO2光催化劑產(chǎn)品應(yīng)用于實(shí)際污染處理中，比如納米光催化劑涂料、納米TiO2自清潔涂層等[6]。

2 離子交換樹脂對水體中重金屬的凈化

2.1 水體中重金屬的介紹

“水是生命的搖籃”，但是，近年來由于各種工業(yè)固體廢棄物和廢水的肆意排放，導(dǎo)致水體中毒重金屬元素含量越來越高，已經(jīng)嚴(yán)重影響人們的生活。溶解在水體中的重金屬因?yàn)榫哂休^低的中毒濃度以及較高的移動(dòng)性，使得水生生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬變成了最危險(xiǎn)的物質(zhì)之一。水體中的重金屬無法被生物降解，只能通過攝入被生物體吸收，并且在微生物的作用下，一些重金屬還可能轉(zhuǎn)成具有更強(qiáng)毒性的重金屬化合物。汞是水體中最常見的重金屬之一，環(huán)境污染導(dǎo)致人體中毒以甲基汞中毒較為嚴(yán)重。甲基汞主要損害神經(jīng)系統(tǒng)，出現(xiàn)諸如頭痛、疲乏、健忘、情緒異常等一般癥狀，長時(shí)期、高濃度的甲基汞的攝入會(huì)出現(xiàn)語言障礙、運(yùn)動(dòng)失調(diào)、感覺異常、視野模糊等甲基汞中毒癥狀。鎘是另一種常見的重金屬，其主要通過飲水和食物攝入人體，長期吸攝入低濃度的鎘可導(dǎo)致慢性中毒，如肺炎、肺氣腫、腎功能損害等，慢性的鎘中毒還會(huì)導(dǎo)致肺部組織的纖維化。除此之外，還有銅、鉛、鈷等，為了全面保障人體健康以及生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須采取有效的措施治理水體的重金屬污染。

2.2 離子交換樹脂對水體中重金屬的凈化

離子交換樹脂是利用離子交換基團(tuán)高分子特性實(shí)現(xiàn)汞、銅、鉑等重金屬的有效處理[7]。離子交換樹脂所用溶液大多是與酸性溶液無法相溶的堿性溶液，其內(nèi)部成分多是高分子多孔性的固體聚合化物。相比其他工業(yè)污水處理技術(shù)，離子交換樹脂技術(shù)不但可以處理、過濾低濃度污水與高重金屬含量污水，還可使工業(yè)污水與硫化鈉相互配合，實(shí)現(xiàn)污水的二級處理，全面保障工業(yè)污水達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。而且，離子交換樹脂是封閉式循環(huán)運(yùn)作的，運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，污水排放的速度快。其處理完畢的污水可直接通過循環(huán)系統(tǒng)回收與利用，進(jìn)而為工業(yè)生產(chǎn)提供工業(yè)補(bǔ)水，降低工業(yè)用水成本。

3 固體廢棄物的資源化利用

3.1 固體廢棄物的介紹

我國人口眾多，產(chǎn)生的生活垃圾的量也比較大，而由于固體廢棄物所引起的環(huán)境問題也日益突出，如何更好的利用這些“垃圾”，使之變廢為寶，成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)[8]。為了更好利用固體廢棄物，按照固體廢棄物的不同來源，可分為礦業(yè)固體廢物、工業(yè)固體廢物、城市垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物和放射性固體。固體廢棄物的種類多、數(shù)量大、成分雜，是造成環(huán)境污染的主要原因之一，其危害程度不亞于大氣污染和水污染，應(yīng)該引起高度重視。

3.2 等離子體技術(shù)使“垃圾”變廢為寶

等離子體是不同于固體、液體和氣體的第四態(tài)物質(zhì)。它的內(nèi)部含有大量高能電子、正負(fù)離子、自由基、激發(fā)態(tài)分子等活性粒子。粒子能量達(dá)到幾個(gè)到幾十電子伏特，大于聚合材料的結(jié)合能。等離子體技術(shù)通過電弧放電可以產(chǎn)生高達(dá) 5000 K 的等離子體，將垃圾加熱至很高的溫度，從而迅速有效地摧毀廢物?？扇嫉挠袡C(jī)成分充分裂解氣化，轉(zhuǎn)化成合成氣(CO+H2)，其他物質(zhì)則變成類似玻璃體的熔渣[9]。合成氣可進(jìn)行發(fā)電，也可用來生產(chǎn)乙醇、甲醇和生物柴油；熔渣則可以加工成建筑材料。目前，等離子體在綠色制備催化劑方面也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

可持續(xù)發(fā)展作為我們國家的一項(xiàng)基本國策，對我們化學(xué)從業(yè)人員也提出了新的要求。綠色化學(xué)可以從源頭上減少或者杜絕廢棄物的產(chǎn)生與排放，從短期看，綠色工藝相關(guān)設(shè)備的引入可能會(huì)耗費(fèi)較大的財(cái)力、物力，但是從長遠(yuǎn)來看，綠色化學(xué)卻能提高經(jīng)濟(jì)效益，造福子孫后代。因此，為了資源的合理利用，環(huán)境的有效保護(hù)，也為了經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，必須合理應(yīng)用綠色化學(xué)。

[1]高兆林,譚丕亨,李海靜. 綠色化學(xué)淺說[J].山東化工,1999(4):1-5.

[2]張 燕.城市大氣污染與防治策略探析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2016,41(1):54-55.

[3]馬 睿,譚 欣,趙 林,等.光催化轉(zhuǎn)化氮氧化物的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(8):2215-2217.

[4]薛韓玲,李建偉,葛嶺梅,等.納米材料催化凈化燃煤煙氣中NOx的新技術(shù)[J].能源環(huán)境保護(hù),2004,18(1):9-12.

[5]況棟梁,裴建中,李 蕊,等.改性納米二氧化鈦在凈化汽車尾氣中的應(yīng)用研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2014,28(20):18-22.

[6]趙卓凡.納米二氧化鈦光催化劑在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(27):182-183.

[7]畢向光,余建民,楊金富,等.陽離子樹脂凈化鉑族金屬溶液的研究[J].礦冶工程,2015,35(3):87-95.

[8]侯小潔.我國固體廢棄物處理現(xiàn)狀及對策分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2014(1):79-81.

[9]李 珣,尚書勇.固體廢棄物收集、處理及資源化利用技術(shù)進(jìn)展[J].廣東化工,2016,43(5):122-123.

(本文文獻(xiàn)格式：陳 勇，王加平.淺談綠色化學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用[J].山東化工,2017,46(5):139-140.)

2016-12-05

陳 勇(1988—)，男，江蘇鹽城人，安全工程師，主要從事綠色化研究。

X13

A

1008-021X(2017)05-0139-02