綠色化學(xué)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用

裴 秀

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅酒泉 735000）

改革開(kāi)放之后，我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程逐步加快，人與環(huán)境之間的融合力度也在大大加強(qiáng)。近些年以環(huán)境保護(hù)為主題打造的新型社會(huì)發(fā)展體系已經(jīng)逐步步入正軌，并且與人們的生產(chǎn)生活緊密地聯(lián)系在了一起。綠色化學(xué)正是建立在這種社會(huì)發(fā)展需求的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新型技術(shù)體系，其源頭是進(jìn)一步阻止污染物形成，降低工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。在后續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，綠色化學(xué)技術(shù)還需要進(jìn)行不斷地優(yōu)化和創(chuàng)新，這樣才可以滿足可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的創(chuàng)新需求，促進(jìn)人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 基礎(chǔ)理論分析

1.1 綠色化學(xué)的核心概念

從學(xué)術(shù)角度上來(lái)講，綠色化學(xué)又被稱(chēng)為環(huán)境無(wú)害化學(xué)。是建立在降低或者完全消除對(duì)環(huán)境的負(fù)作用的基礎(chǔ)上，將技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。例如在當(dāng)前工業(yè)加工過(guò)程中的合成、分離、分析、催化等環(huán)節(jié)應(yīng)用的技術(shù)體系[1]，都與綠色化學(xué)有一定的關(guān)聯(lián)。而從具體的特點(diǎn)來(lái)講，可以分為以下幾個(gè)方面。

1.1.1 綠色反應(yīng)

綠色反應(yīng)主要是建立在原子經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上打造的新型反應(yīng)體系，指的是利用多種反應(yīng)物中的各個(gè)原子，最大限度地利用其價(jià)值，促使原料分子中的每一個(gè)原子，都可以結(jié)合到目標(biāo)分子中去。通過(guò)這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的0排放，可以實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約降低對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，具備較強(qiáng)的環(huán)境友好作用。

1.1.2 綠色原料

工業(yè)生產(chǎn)必然會(huì)使用大量的原材料進(jìn)行加工和反應(yīng)，而部分原材料本身對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定的影響，例如在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，氫氰酸本身屬于劇毒原料，但是當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)了能夠成功代替這種原料的無(wú)毒無(wú)害原料。比如在特殊反應(yīng)體系中，可以直接利用一氧化碳進(jìn)行碳化有機(jī)胺產(chǎn)生異氰酸酯技術(shù)，不僅可以達(dá)成原有的生產(chǎn)效果，也可以避免毒害原料對(duì)生產(chǎn)工人以及環(huán)境造成影響。

1.1.3 綠色催化劑

在部分傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)體系中，往往利用硫酸以及堿等酸堿催化劑作為主要的催化劑原料，這些液體催化劑不僅會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕影響，對(duì)于人體也會(huì)產(chǎn)生較大危害，另外在生產(chǎn)的過(guò)程中，廢渣以及廢料的排放也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。因此采用多種形式的化學(xué)催化以及生物催化技術(shù)，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)催化環(huán)節(jié)中的催化劑，從而滿足綠色生產(chǎn)的需求。比如在化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了用分子篩以及超強(qiáng)酸等作為催化劑或者載體的新型工藝。

1.1.4 綠色溶劑

在傳統(tǒng)的化學(xué)生產(chǎn)以及工業(yè)加工過(guò)程中，部分有機(jī)溶劑本身具有一定的揮發(fā)性以及毒害性，就會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成危害。因此綠色溶劑的研究重點(diǎn)往往放在超臨界流體、水溶液、離子溶液、固定化溶劑等領(lǐng)域，利用這些新型的綠色溶劑，取代原有的揮發(fā)性有毒溶劑，能夠有效降低對(duì)大氣以及水產(chǎn)生的污染概率。比如在部分廢棄石油產(chǎn)品回收過(guò)程中，利用超臨界CO2進(jìn)行加工，這一過(guò)程被稱(chēng)為環(huán)境友好過(guò)程。

1.1.5 可再生綠色化學(xué)品

結(jié)合地球當(dāng)前既有的資源體系來(lái)看，木質(zhì)素以及纖維素是地球上極為豐富的可再生有機(jī)資源，年產(chǎn)約為1 641t[2]，遠(yuǎn)超過(guò)石油年產(chǎn)量，但是被人們所利用的有效率還未達(dá)到2%。生物質(zhì)來(lái)源于光合作用，燃燒之后產(chǎn)生的CO2并不會(huì)增加大氣中CO2的含量，因此利用生物質(zhì)代替礦物燃料，能夠達(dá)到更好的清潔效果。

1.2 綠色化學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)類(lèi)型

1.2.1 生物技術(shù)

生物技術(shù)中，最為典型的便是基因工程、微生物工程、細(xì)胞工程、酶工程。其核心特點(diǎn)是可以進(jìn)一步利用生物質(zhì)的資源，可以結(jié)合能源節(jié)約及清潔生產(chǎn)，打造新型的生物技術(shù)體系。另外也可以有效應(yīng)對(duì)一般化學(xué)技術(shù)難以解決的化工難題和生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

1.2.2 催化技術(shù)

催化反應(yīng)是化學(xué)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)反應(yīng)，因此催化劑也是化學(xué)生產(chǎn)工藝中的基礎(chǔ)原料，在當(dāng)前大部分的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，依賴(lài)于化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。因此催化反應(yīng)是否對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的重點(diǎn)，而綠色催化技術(shù)則是建立在酶催化以及納米催化的基礎(chǔ)上打造的新型催化反應(yīng)。從實(shí)際的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)角度來(lái)講，酶催化的效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)化學(xué)催化劑的106～1013倍。由于納米材料的常規(guī)性能有一定的差異性，在利用納米催化劑的過(guò)程中，需要結(jié)合其催化活性以及選擇性進(jìn)行針對(duì)性分析，二者都優(yōu)于傳統(tǒng)的常規(guī)催化劑。比如當(dāng)前研發(fā)出了光催化氧化法設(shè)備，其操作較為簡(jiǎn)單，程序易控制，氧化能力較強(qiáng)，并不會(huì)產(chǎn)生二次污染，在多種生物難降解的有機(jī)廢水以及廢水二次利用中都有較好的應(yīng)用前景。

1.2.3 膜技術(shù)

從類(lèi)型角度來(lái)講，膜技術(shù)主要分成膜分離技術(shù)以及膜催化技術(shù)。膜分離技術(shù)中涵蓋了微濾、超濾、滲析、電滲析、反滲透、滲透蒸發(fā)等技術(shù)體系。這其中納濾以及反滲透技術(shù)是社會(huì)發(fā)展的關(guān)注重點(diǎn)。從具體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)角度來(lái)講，膜分離技術(shù)成本較低，同時(shí)能耗較少，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，產(chǎn)生的物質(zhì)可以進(jìn)行回收利用，且分離效率較高。膜催化反應(yīng)則是建立在超平衡基礎(chǔ)上進(jìn)行的均衡催化，能夠提高反應(yīng)選擇性以及原料轉(zhuǎn)化率，不僅可以節(jié)約資源，也可以降低環(huán)境 污染。

1.2.4 高級(jí)氧化技術(shù)

從分解技術(shù)角度來(lái)講，高級(jí)氧化技術(shù)主要涵蓋紫外線法、固相催化劑法、H2O2/Fe2＋法等，其原理為：在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氧化能力較強(qiáng)的·OH，其可以無(wú)選擇性地將污染水中的有機(jī)污染物氧化，將其轉(zhuǎn)化成CO2以及H2O。

1.2.5 微波技術(shù)

常規(guī)的微波技術(shù)往往應(yīng)用于加熱反應(yīng)中，其反應(yīng)速度比傳統(tǒng)的加熱方式快。當(dāng)微波應(yīng)用于有機(jī)合成中，能夠進(jìn)一步提升化學(xué)反應(yīng)速率，減少反應(yīng)時(shí)間。尤其是以無(wú)機(jī)固體物作為載體的無(wú)溶劑微波合成反應(yīng)中，整體的反應(yīng)速度較快，操作便捷，能夠降低或者完全剔除溶劑的使用，最終的生成產(chǎn)物易于分離，且產(chǎn)率較高。在無(wú)機(jī)合成期間，微波主要用于燒結(jié)合成和水熱合成。

1.2.6 超聲波降解技術(shù)

從應(yīng)用原理角度來(lái)講，超聲波降解技術(shù)可以依靠強(qiáng)聲波，將液相分子之間的吸引力打破，這樣會(huì)形成空化核，而空化核的壽命往往在0.1μs左右，在爆炸的瞬間能夠生成4 000K以及100MPa的高壓和高溫環(huán)境，快速產(chǎn)生110m/s的強(qiáng)沖擊波射流。這樣的反應(yīng)可以撕裂有機(jī)物的化學(xué)鍵，而高溫分解以及自由基反應(yīng)，又可以將廢水中的有機(jī)污染物進(jìn)行快速降解。

1.2.7 等離子技術(shù)

大部分的等離子體都是由清潔高能粒子構(gòu)成的，并不會(huì)對(duì)環(huán)境以及人體造成污染和危害，等離子體本身的反應(yīng)速度較快，在反應(yīng)完成之后能夠?qū)⒃线M(jìn)行最大程度的轉(zhuǎn)換，不僅可以實(shí)現(xiàn)原子反應(yīng)，也能夠減少副反應(yīng)，真正實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和零排放。

2 綠色化學(xué)技術(shù)在環(huán)境污染治理中的實(shí)際應(yīng)用

綠色化學(xué)技術(shù)是建立在工業(yè)生產(chǎn)以及化學(xué)加工的基礎(chǔ)上打造的新型技術(shù)體系，其服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)生活，同時(shí)也服務(wù)于環(huán)境保護(hù)，而從工業(yè)生產(chǎn)以及化學(xué)反應(yīng)角度來(lái)講，對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生影響的領(lǐng)域較多，例如大氣污染、水污染、固廢污染是當(dāng)前較為常見(jiàn)的污染類(lèi)型，因此綠色化學(xué)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用也需要綜合不同的污染結(jié)果和不同的領(lǐng)域進(jìn)行針對(duì)性分析。

2.1 綠色化學(xué)在大氣污染中的應(yīng)用

從本質(zhì)上來(lái)講，大氣污染主要以硫化物為主，而大部分的硫化物往往來(lái)自于化工燃料，比如煤炭燃燒必然會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫。這些二氧化硫在與大氣混合之后會(huì)形成酸雨，會(huì)導(dǎo)致空氣污染，而酸雨會(huì)直接影響人們的生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。目前煤炭脫硫的方式往往以燃燒前脫硫、燃燒過(guò)程中固硫以及燃燒后的煙氣脫硫?yàn)橹?。而從綠色化學(xué)技術(shù)的角度來(lái)講，燃燒之前的脫硫工藝是預(yù)防污染的主要技術(shù)體系，而后兩者則隸屬于污染治理。在當(dāng)前以及未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，針對(duì)煤炭燃燒來(lái)講，需要將重點(diǎn)放置在脫硫技術(shù)的更新和優(yōu)化方面。生物脫硫技術(shù)的反應(yīng)條件較為溫和，投資較少，能夠降低對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，這其中經(jīng)常使用的方法往往為煤炭生物脫硫法，其中生物浸出法、表面處理浮選法和微生物絮凝法較為常見(jiàn)。另外當(dāng)前已有研究人員將煤炭脫硫的生物技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)，打造出了新型的生物和非生物綜合新技術(shù)，能夠進(jìn)一步縮短脫硫時(shí)間；同時(shí)微生物種群方面的控制也有了新的研究進(jìn)展，國(guó)內(nèi)通常利用馴化傳統(tǒng)菌種選育的方式，綜合遺傳學(xué)來(lái)打造新型的技術(shù)體系，改良原有的脫硫微生物。這種技術(shù)體系已經(jīng)初步投入應(yīng)用，并且產(chǎn)生了較好的效果，未來(lái)有較為明朗的應(yīng)用前景。

2.2 綠色化學(xué)在水污染中的應(yīng)用

水環(huán)境污染已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)以及城市發(fā)展的核心問(wèn)題，尤其是在人與環(huán)境交流日益密切的前提下，城市水環(huán)境以及自然水環(huán)境，逐步與人們的生活有了更加緊密的聯(lián)系，而人們的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)于水環(huán)境產(chǎn)生的影響較大。因此在水污染控制中，水處理技術(shù)的綠色化轉(zhuǎn)型重點(diǎn)為生物氧化、光、聲、電、無(wú)毒氧化劑等手段的聯(lián)合應(yīng)用[4]。同時(shí)也要結(jié)合不同區(qū)域的水環(huán)境污染需求進(jìn)行針對(duì)性分析。

2.2.1 工業(yè)及城市廢水綠色化學(xué)應(yīng)用

結(jié)合社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)來(lái)看，工業(yè)以及城市生活廢水是我國(guó)水環(huán)境污染的核心問(wèn)題，而工業(yè)生產(chǎn)以及城市發(fā)展是水環(huán)境污染的核心源頭。尤其是在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的環(huán)境下，含有高濃度有機(jī)廢水的污染源逐步增多，因此在城市以及工業(yè)生活廢水污染治理的過(guò)程中，落實(shí)好零排放污水處理技術(shù)的創(chuàng)新是關(guān)鍵。而零排放污染處理技術(shù)是建立在污染源控制、排放過(guò)程控制、最終排放指標(biāo)控制的基礎(chǔ)上打造的全過(guò)程控制體系，能夠最大限度地進(jìn)行節(jié)水以及污染管控，是21世紀(jì)水資源污染控制的主要發(fā)展方向。

從具體的技術(shù)發(fā)展歷程來(lái)講，在1970年左右，循環(huán)冷卻水零排污技術(shù)出現(xiàn)，逐步應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以及城市水循環(huán)系統(tǒng)中，能夠達(dá)到零污染排放。在大部分以美國(guó)為主的西方國(guó)家有較好的應(yīng)用效果，而國(guó)內(nèi)也結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行了針對(duì)性的研究，例如開(kāi)發(fā)的熱水鍋爐零排污技術(shù)，能夠有效降低再生廢鹽水、啟停用沖洗水、煮爐水、連續(xù)排污水、定期排污水的排放管理，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)零排放，還可以直接對(duì)接污水處理以及二次循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)再利用。

2.2.2 農(nóng)業(yè)用水的污染處理

農(nóng)業(yè)用水的污染處理往往指的是農(nóng)藥污染，尤其是針對(duì)部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度較低的區(qū)域，由于農(nóng)民本身的環(huán)境保護(hù)意識(shí)較差，在農(nóng)業(yè)種植的過(guò)程中采取的高毒品種農(nóng)藥，會(huì)對(duì)地區(qū)的水環(huán)境造成污染，而主要的污染對(duì)象為地下水以及地表水。從綠色化學(xué)技術(shù)研發(fā)角度來(lái)講，需要將研發(fā)重點(diǎn)放置在綠色農(nóng)藥研發(fā)以及應(yīng)用中，比如當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)生產(chǎn)了具有較好應(yīng)用效果的生物農(nóng)藥、現(xiàn)代化學(xué)農(nóng)藥、光活化農(nóng)藥等。

這些農(nóng)藥能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)性農(nóng)藥，不僅可以達(dá)到農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治的目的，也可以降低對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，最主要的是在提升水環(huán)境治理效果的同時(shí)，也可以維持人們的身體健康。

2.2.3 化工生產(chǎn)廢液排放處理

化工生產(chǎn)本身有一定的專(zhuān)業(yè)性，例如以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)科學(xué)，在生產(chǎn)的過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生較多的生產(chǎn)廢液，這些生產(chǎn)廢液不僅具有較強(qiáng)的毒害性，也具備消解難度大、時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。而部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備以及管理體系較為落后，缺乏有效的生產(chǎn)廢液處理和管控體系。那么從綠色化學(xué)的角度來(lái)講，首先需要建立在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)業(yè)化管理和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的基礎(chǔ)上，合理地落實(shí)廢棄物的分類(lèi)和處理，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行回收利用，借助化學(xué)原理進(jìn)行危害消除。

2.3 綠色化學(xué)在固廢污染物中的應(yīng)用

2.3.1 城市垃圾的處理

我國(guó)城市垃圾處理方法通常有以下幾種：首先是無(wú)害化的垃圾衛(wèi)生填埋，這種技術(shù)體系較為簡(jiǎn)單，但是單次投資較大，會(huì)占用大量的土地資源，同時(shí)其中部分有害垃圾無(wú)法進(jìn)行無(wú)害化處理，在垃圾掩埋的過(guò)程中產(chǎn)生的危害較大，且降解時(shí)間較長(zhǎng)；其次便是較為常見(jiàn)的垃圾焚燒，往往以生活垃圾清潔焚燒技術(shù)為主，能夠?qū)崿F(xiàn)部分資源的轉(zhuǎn)化，但是燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣含有大量的二氧化硫以及重金屬物質(zhì)，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較為嚴(yán)重的二次污染。

因此從綠色化學(xué)的角度來(lái)講，在處理城市垃圾的過(guò)程中，可以選擇利用當(dāng)前較為常見(jiàn)的熱風(fēng)選煤氣化技術(shù)、固體廢棄物電離氣化技術(shù)等相關(guān)新型的技術(shù)體系進(jìn)行優(yōu)化，不僅可以徹底解決固體廢棄物中的有害物質(zhì)，也可以實(shí)現(xiàn)資源的二次利用，降低二次污染，或者完全消除二次污染。前期投入雖然較大，但是在后期運(yùn)行的過(guò)程中，短期便可以實(shí)現(xiàn)資金回籠。

2.3.2 礦山廢棄物污染

礦山開(kāi)采與我國(guó)能源行業(yè)有著緊密的聯(lián)系，而礦山開(kāi)采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄礦石以及尾礦，其中有部分二次資源可以進(jìn)行利用，但是長(zhǎng)時(shí)間暴露在外，經(jīng)過(guò)雨水沖刷以及風(fēng)化作用，會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的資源浪費(fèi)以及重金屬污染。

因此進(jìn)行污染治理和優(yōu)化的主要目的是提升資源的利用效率，減少污染產(chǎn)生的影響。從綠色化學(xué)角度來(lái)講，可以直接選擇環(huán)境友好治理方式，例如生物浸出、非氰化法，可以將廢棄礦石中的金屬進(jìn)行回收，溶解速率快，毒性小，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，符合綠色化工的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

綠色化學(xué)技術(shù)是建立在新時(shí)期社會(huì)發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)技術(shù)進(jìn)行改革和創(chuàng)新產(chǎn)生的新型成果，是建立在環(huán)境友好的高度，結(jié)合環(huán)境系統(tǒng)物流運(yùn)動(dòng)打造閉路循環(huán)體系。將綠色化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于大氣污染治理、水環(huán)境污染治理、固廢污染物治理領(lǐng)域，不僅能夠提升污染治理的效果，還可以全面加強(qiáng)我國(guó)的工業(yè)發(fā)展穩(wěn)定性，全面提升城市發(fā)展質(zhì)量。