綠色化學(xué)工藝的開發(fā)與應(yīng)用

沈紅支

（河南鑫安利安全科技股份有限公司，鄭州 450000）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們生活質(zhì)量也隨之得到顯著的改善，但是也造成自然環(huán)境日益的惡化，諸多城市市場出現(xiàn)重大的空氣污染情況，對人們的身體健康與日常出行造成嚴(yán)重影響。要想對這一現(xiàn)象進(jìn)行有效的改善，世界各國均重視對綠色化學(xué)工藝進(jìn)行研究，期望通過綠色化學(xué)對現(xiàn)階段的化學(xué)工業(yè)進(jìn)行改善，降低化工生產(chǎn)過程中對環(huán)境帶來的危害。通過應(yīng)用綠色化學(xué)工藝能夠使化工生產(chǎn)實現(xiàn)零污染、零排放，對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用。

2 綠色化工及綠色化學(xué)技術(shù)概念簡介

隨著科學(xué)技術(shù)迅猛的發(fā)展，人們環(huán)保意識的不斷提高，推動現(xiàn)代化工業(yè)逐漸朝向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。綠化化工是指利用科學(xué)的方法對化工生產(chǎn)過程中的原料、能源、催化劑以及溶劑等加以綠色化處理，進(jìn)而使化工生產(chǎn)過程中擁有更高的利用率，進(jìn)而對化工生產(chǎn)對環(huán)境造成的危害進(jìn)行有效的遏制與解決。對于綠色化學(xué)技術(shù)而言，其最終的目標(biāo)在于對現(xiàn)代化工技術(shù)進(jìn)行改善，通過采取科學(xué)合理措施，亦或是對化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行完善，實現(xiàn)對化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物盡可能減少，避免因為化工廢物排放造成對環(huán)境的不利影響。

3 綠色化學(xué)工藝的開發(fā)

3.1 保證原料無毒害

企業(yè)在對化學(xué)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)時，首要便是要對生產(chǎn)原料進(jìn)行有效的選擇，同時生產(chǎn)原料也會對生產(chǎn)流程與方法起到直接的決定作用。從綠色化學(xué)工藝角度來說，其要求在進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，所有的原料必須要保證無毒害，同時在對化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行使用時，也要盡可能減低其危害性。此外，在推動化工發(fā)展過程中，必然會使用到大量的化學(xué)材料，并且所使用的化工原料也會對最終產(chǎn)生廢物數(shù)量具有直接的影響，如果在化工生產(chǎn)過程中，一旦選擇不合格原料將會使環(huán)境遭受巨大的破壞與影響。在對化工原料進(jìn)行選擇過程中，要做到嚴(yán)格遵守材料選擇相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，堅決不能購買不合格的原料。在對原料進(jìn)行使用過程中，要盡可能減少原料浪費情況的發(fā)生，這樣才能從根本上減低化學(xué)物質(zhì)造成的環(huán)境污染。要想能夠從根本上對化工原料帶來的污染進(jìn)行消除，可以在生產(chǎn)過程中利用可再生天然物質(zhì)作為原料，諸如蔗渣、稻草、木屑、麥秸、蘆葦?shù)萚1]。

3.2 保證催化劑無毒害

在化工生產(chǎn)過程中，催化劑在其中擁有非常重要的作用，同時綠色化學(xué)工藝也對其制定了相應(yīng)的要求，即在保證高效性基礎(chǔ)上，催化劑同樣要確保無毒害?，F(xiàn)階段化工生產(chǎn)當(dāng)中，超過9成的反應(yīng)均需要通過添加催化劑使反應(yīng)速率得到不同程度的提升。在對新型化學(xué)研究過程中，對無毒害催化劑相關(guān)的研究也是一項重要課題，諸如在硫酸是化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中普遍使用添加劑，但是硫酸擁有非常強(qiáng)的腐蝕性與酸性，在反應(yīng)中添加硫酸將會對化工反應(yīng)設(shè)備造成嚴(yán)重的損害，進(jìn)而造成整個工藝成本出現(xiàn)一定的增加。如果硫酸出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，對土壤、人類以及動植物等均會帶來嚴(yán)重的影響。因此，多外眾多研究所已經(jīng)開始研究能夠?qū)し磻?yīng)中硫酸進(jìn)行替代的其他高效催化劑，比方說上海石化研究所研發(fā)出來的丙二醇醚固體酸便擁有諸多的優(yōu)勢，諸如回收率高、污染小、能耗低等[2]。

3.3 提升反應(yīng)選擇性

對于石油化工而言，其中有大量強(qiáng)放熱形式的反應(yīng)，同時目標(biāo)產(chǎn)物通常是狀態(tài)不是更穩(wěn)定的反應(yīng)中間體，導(dǎo)致其極易被其他產(chǎn)物所氧化，這類反應(yīng)是所有催化劑反應(yīng)房中選擇性最低的一種反應(yīng)。同時部分產(chǎn)品由于存在異構(gòu)體形式，要想使原料能夠盡可能多地轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物，常常要在其中使用具有高選擇性的添加劑。因此，通過對反應(yīng)選擇性進(jìn)行提升，不但可以使生產(chǎn)成本與資源使用有所降低，減少對環(huán)境帶來的不利影響，而且可以有效減低產(chǎn)品分離與產(chǎn)物提存過程中的難度。針對提升反應(yīng)選擇性方面的研究，一方面是根據(jù)反應(yīng)機(jī)理對新型催化劑進(jìn)行研究，另一方面則是根據(jù)催化劑特點對反應(yīng)器與工藝進(jìn)行開發(fā)。

4 綠色化學(xué)工藝的應(yīng)用

4.1 生物技術(shù)

從廣義上講，生物技術(shù)主要由基因技術(shù)、細(xì)胞技術(shù)、酶技術(shù)與微生物技術(shù)組成。該技術(shù)在化學(xué)工藝當(dāng)中主要應(yīng)用在化學(xué)仿生學(xué)與生物化工方面。生物酶形式的催化劑在全部催化劑種類當(dāng)中擁有選擇性好、效率高等優(yōu)勢，在生物合成領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。進(jìn)行化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，應(yīng)用生物技術(shù)是實現(xiàn)綠色化學(xué)工藝重要的一個發(fā)展方向。在最開始的有機(jī)物生產(chǎn)過程中，原料通常是動植物，但隨著技術(shù)不斷發(fā)展，才逐漸應(yīng)用石油或煤炭等作為主要的原料。眾所周知，石油、煤炭與天然氣等屬于不可再生資源。因此，現(xiàn)階段又逐漸將生物質(zhì)作為有機(jī)物生產(chǎn)當(dāng)中所使用的原料，降低化學(xué)物質(zhì)使用所帶來的環(huán)境污染與危害。在化學(xué)工藝反應(yīng)當(dāng)中應(yīng)用生物技術(shù)，大部分催化劑均是利用天然的酶或者是化工合成的，使用生物酶催化劑代替化學(xué)催化劑，不但可以實現(xiàn)無污染生產(chǎn)，而且反應(yīng)過程更加的溫和，產(chǎn)品質(zhì)量也能得到顯著的提升。

4.2 綠色生產(chǎn)技術(shù)

對于綠色化學(xué)工藝而言，其所追求的最高目標(biāo)便是實現(xiàn)清潔、無污染的生產(chǎn)。綠色生產(chǎn)技術(shù)便是一種無廢、無毒且無害的技術(shù)，比如可以實現(xiàn)高效清潔且無害的煤氣化技術(shù)、先進(jìn)的脫硫、脫硝與脫碳技術(shù)、生物質(zhì)進(jìn)行沼氣制取的技術(shù)、對太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮艿葘崿F(xiàn)發(fā)電的技術(shù)等，上述這些技術(shù)均是典型的綠色生產(chǎn)技術(shù)。在現(xiàn)代化綠色生產(chǎn)技術(shù)當(dāng)中，較為典型的先進(jìn)技術(shù)主要有等離子技術(shù)、綠色催化技術(shù)、輻射加工技術(shù)、超臨界流體技術(shù)以及生物工程技術(shù)等。在進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)時應(yīng)用綠色生產(chǎn)技術(shù)，既可以保證生產(chǎn)得到產(chǎn)品是綠色產(chǎn)品，也能保證整個生產(chǎn)過程中不會對環(huán)境造成任何的危害。

5 綠色化學(xué)工藝應(yīng)用趨勢

可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)深入人心，應(yīng)用綠色化學(xué)進(jìn)行化工生產(chǎn)也得到省會普遍的關(guān)注，政府、研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)均已開展關(guān)于綠色化學(xué)工藝方面的廣泛研究，同時已經(jīng)取得良好的應(yīng)用效果。但是我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中消耗了大量礦物能源，造成礦物儲量出現(xiàn)大幅下降，而且環(huán)境污染、資源短缺等問題也逐漸凸顯出來。因此，進(jìn)行綠色化學(xué)工藝方面的開發(fā)與應(yīng)用，構(gòu)建完善的綠色能源工業(yè)體系成為我國今后的主要發(fā)展方向。針對能源短缺情況，需要大力發(fā)展太陽能、水能以及生物質(zhì)能方面的應(yīng)用，降低對礦物能源的消耗。在化學(xué)工藝進(jìn)行應(yīng)用時，有機(jī)溶劑使用不可避免地會造成水源污染，再次需要對綠色化學(xué)工藝進(jìn)行應(yīng)用，能夠確保無害溶劑對化學(xué)溶劑進(jìn)行替代，不會對環(huán)境造成危害。此外，在對綠色化工工藝進(jìn)行應(yīng)用時，可以利用可再生物質(zhì)對不可再生能源進(jìn)行替代，確保生態(tài)環(huán)境能夠得到有效的保護(hù)，同時對不可再生資源進(jìn)行良好的保護(hù)。

人們環(huán)保意識的不斷提升，可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)深入人心，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為刻不容緩的工作。對此我們需要大力推動綠色化學(xué)工藝的發(fā)展與應(yīng)用，從源頭上實現(xiàn)對工業(yè)污染進(jìn)行消除。通過在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用無毒害的催化劑以及原材料，并將綠色生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用其中，能夠有效降低化工生產(chǎn)有毒有害物質(zhì)的排放。對綠色化學(xué)工藝進(jìn)行開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展必然的趨勢，同時也是保證社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要前提條件。因此，通過對綠色化學(xué)技術(shù)進(jìn)行深入的研究，并將其應(yīng)用在化工生產(chǎn)當(dāng)中，對改善環(huán)境質(zhì)量具有重要的意義。