綠色化學(xué)的進(jìn)展以及利用

賈軍偉　張濤

摘要：綠色化學(xué)可以簡單理解為：研究從一種物質(zhì)向另一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化的科學(xué)。傳統(tǒng)化學(xué)雖然可以發(fā)現(xiàn)人類需要的新物質(zhì)，但在很多情況下卻沒有有效地利用資源，既浪費(fèi)了資源，也產(chǎn)生了大量的廢棄物污染環(huán)境，在生態(tài)環(huán)保方面帶來很大的壓力。因此，發(fā)展綠色化學(xué)是我國的當(dāng)務(wù)之急。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；物質(zhì)轉(zhuǎn)換；溶劑

一、 綠色化學(xué)的概念和理念

近幾年，綠色化學(xué)逐漸出現(xiàn)在人們的眼中，綠色化學(xué)的最大特點(diǎn)在于，它是在化學(xué)反應(yīng)開始就考慮到污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過程和終端均為零污染或零排放。由于它在通過化學(xué)轉(zhuǎn)化獲取新物質(zhì)的過程中就已經(jīng)充分利用了每個原料的原子，具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，因此綠色化學(xué)既充分地利用了資源，又有效地防止了環(huán)境污染。顯然，綠色化學(xué)并不是過去對產(chǎn)物或過程污染進(jìn)行控制或進(jìn)行處理，所以它區(qū)別于那些通過對已產(chǎn)生的廢棄物加以處理與利用來治理污染的化學(xué)方法，因?yàn)檫@些化學(xué)方法都是對已經(jīng)產(chǎn)生的污染進(jìn)行控制而不是在化學(xué)反應(yīng)的開始就進(jìn)行預(yù)防。綠色化學(xué)可以變廢為寶，可使經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高，它是環(huán)境友好型技術(shù)的基礎(chǔ)，但同時(shí)它也更突出對化學(xué)基礎(chǔ)的研究；綠色化學(xué)與環(huán)境化學(xué)是既相關(guān)又有區(qū)別，環(huán)境化學(xué)研究對環(huán)境影響的化學(xué)，而綠色化學(xué)研究與環(huán)境友好的化學(xué)反應(yīng)。對于傳統(tǒng)化學(xué)中那些破壞環(huán)境的反應(yīng)，綠色化學(xué)的出現(xiàn)將尋找新的環(huán)境友好型反應(yīng)來代替它們。

二、 綠色化學(xué)的產(chǎn)生及普及

19世紀(jì)以來，隨著化工學(xué)科和化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化石燃料等自然資源遭到掠奪式的開采，廢水、廢氣、固體廢棄物被隨意地大量排放，化肥、農(nóng)藥以及其他許多被認(rèn)為具有“重要價(jià)值”的新物質(zhì)（如利昂等）被不斷開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用，其結(jié)果導(dǎo)致地球生態(tài)環(huán)境的急劇變化，各種生態(tài)災(zāi)害從天而降。于是，越來越多的人對化學(xué)技術(shù)及其產(chǎn)品產(chǎn)生懷疑和抵制，人們幻想能使用不含任何“化學(xué)物質(zhì)”添加的化妝品，甚至拒絕購買有“人工添加劑”的食品，在西方的媒體中出現(xiàn)了一個新詞匯“ChemoPhobia”（化學(xué)恐懼癥）。在這種情形下，一種倡導(dǎo)人類與環(huán)境友好相處的理念——“綠色化學(xué)”便應(yīng)運(yùn)而生。

綠色化學(xué)由美國化學(xué)會（ACS）在1991年率先提出，而后迅速得到世界各國的積極響應(yīng)。其主導(dǎo)思想是實(shí)施“環(huán)境無害化學(xué)”，變當(dāng)今的污染治理為污染預(yù)防，最終實(shí)現(xiàn)人類與自然的和諧相處。為此，要求化學(xué)反應(yīng)全過程自始至終追求綠色化，保證危害環(huán)境物質(zhì)的零排放。

然而在綠色化學(xué)產(chǎn)生至今的15年以來，應(yīng)用和普及程度卻并不容樂觀。隨著全球通貨的膨脹、資源和能源的短缺、環(huán)境污染問題日益突出，世界各國政府以及人們在享受現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)給人們帶來巨大便利的同時(shí)，也逐漸意識到人們未來面臨著巨大的環(huán)境問題和資源問題。因此為了喚起人們對環(huán)境保護(hù)的重視和綠色產(chǎn)品的關(guān)注，許多諸如可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色產(chǎn)品、綠色化學(xué)等詞匯大量涌現(xiàn)。盡管當(dāng)今社會“綠色化學(xué)”這個詞的使用頻率非常之高，政府和一些環(huán)境保護(hù)的企業(yè)一直在盡他們的努力普及綠色化學(xué)的概念和理念，但是真正對綠色化學(xué)有所了解的非化工專業(yè)人員卻寥寥無幾。

三、 綠色化學(xué)的利用

（一） 綠色化學(xué)與化工

綠色化工產(chǎn)品要求對環(huán)境的影響達(dá)到最小化，這包括設(shè)計(jì)過程中的生命周期分析和循環(huán)回收、二次開發(fā)利用等。如果一個產(chǎn)品使用中會產(chǎn)生污染，僅僅降低其成本和改進(jìn)其生產(chǎn)工藝是不夠的，化學(xué)工業(yè)需要思考更多的是產(chǎn)品整個生命周期中的成本與收益，特別要考慮社會和環(huán)境的成本。因此，國家在這方面的法律法規(guī)對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否綠色化具有很大的影響。其中發(fā)達(dá)國家對化工產(chǎn)品“綠色化”的要求，以及發(fā)展中國家在“綠色壁壘”的限制，使得化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的綠色化成為趨勢。在綠色化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)要注重再循環(huán)和再利用、降低原料和能量消耗，以及利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行綠色化工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)等原則。

在傳統(tǒng)化工生產(chǎn)中，經(jīng)常要使用到有毒、有刺激并對生態(tài)不利的用于合成的原料，對于這些原料的綠色化是提升化工工藝和技術(shù)綠色程度的重要手段。例如碳酸二甲酯是近年來受到廣泛關(guān)注的用途極廣的基本有機(jī)合成原料，由于其分子中含有甲氧基、羰基和羰甲基，具有很好的反應(yīng)活性，有望在許多重要化工產(chǎn)品的生產(chǎn)中替代光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷及氯甲酸甲酯等劇毒或致癌物。綠色氧化劑如氧氣、雙氧水因最終的氧化產(chǎn)物為水，已經(jīng)在多類反應(yīng)過程中替代傳統(tǒng)的金屬鹽或金屬氧化物氧化劑以及有機(jī)過氧化物，并且使反應(yīng)條件更加溫和，選擇性更高。

（二） 溶劑的綠色化及綠色溶劑

化學(xué)制品的污染不僅僅來源于原料和產(chǎn)品，也源自產(chǎn)品制造生產(chǎn)過程中使用的物質(zhì)。最常見的是在反應(yīng)介質(zhì)、分離中所用的溶劑。目前廣泛使用的溶劑是揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs），其在使用過程中有的會引起臭氧層的破壞，有的會引起水源和空氣污染，因此需要限制這類溶劑的使用。采用無毒無害的溶劑，代替揮發(fā)性有機(jī)化合物作溶劑已成為綠色化學(xué)的重要研究方向。綠色化學(xué)追求在新工藝過程需要限制這些有害溶劑的使用，最好不用，或用環(huán)境友好的代替物。對溶劑實(shí)現(xiàn)閉環(huán)循環(huán)，是解決溶劑對人類和環(huán)境影響最終解決方法。研究開發(fā)出一種無害的綠色溶劑，將會使綠色化學(xué)的研究邁進(jìn)一大步。

四、 總結(jié)

綠色化學(xué)是化學(xué)發(fā)展行業(yè)的一個趨勢，我國應(yīng)該增加綠色化學(xué)科研投資，大力發(fā)展綠色化學(xué)產(chǎn)業(yè)，制造出環(huán)境友好型產(chǎn)品，創(chuàng)建資源節(jié)約型社會，提前為國家未來而發(fā)展做好打算。

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作者簡介：

賈軍偉，張濤，浙江省臨安市，浙江農(nóng)林大學(xué)。