綠色化工技術在化學工程工藝中的應用研究

姜英磊

（許昌技術經(jīng)濟學校，河南 許昌 461500）

引言

隨著我國化工行業(yè)的發(fā)展，在帶來巨大經(jīng)濟效益的同時，環(huán)境污染也成為了國民的關注要點。目前常見的綠色化學技術主要用于污染物的處理和化工產品生產中的催化，在我國大型化工廠中都有大量的應用，但由于技術缺陷，目前某些技術并未得到有效的推廣和普及?；诖?，為響應我國對“綠色環(huán)?！钡奶栒?，在化學生產中，應當大力開發(fā)綠色化工技術，減少污染源的排放，實現(xiàn)對環(huán)境的保護。

1 化學工程工藝中常見綠色化工技術及其應用

1.1 生物技術

生物技術作為綠色化工技術的一種，本質上是生物學、化學和工程學三門學科的綜合，在包括化工行業(yè)在內的多個行業(yè)中都有廣泛的應用[1]。在化學工程工藝中，生物技術在其中的應用主要以生物酶為主，生物酶作為一種由活細胞產生的有機物，其催化能力在化學工程工藝中有大量的應用，常見的有紡織工業(yè)中的棉織物的退漿、蠶絲的脫膠和織物的漂白整理等；生物酶除了在化學工程工藝中的使用優(yōu)勢外，其本身產生污染的概率相對也比較小，即使將某些酶直接置入自然環(huán)境中，也不會對環(huán)境產生污染[2]。除此之外，生物技術中生物膜技術在化工行業(yè)中也有廣泛的應用，并且具有消耗低、利用率高的優(yōu)點。

1.2 清潔技術

清潔技術在化學工程工藝中主要用于化工廢料、廢水、廢氣等污染物的處理，其能從多方面處理和治理污染源問題，進一步優(yōu)化化學工程工藝流程，保護工廠周邊環(huán)境。傳統(tǒng)的污染物處理一般是在污染物已經(jīng)產生之后進行處理，清潔技術則是融入于化學工程工藝流程中，提前降低和避免污染物的產生，從源頭控制污染問題[3]。同時，隨著科技的發(fā)展，越來越多的技術人員開始著力于利用清潔技術將污染物轉化為可供生產使用的新型材料，由此可見，這種技術的發(fā)展一方面能降低環(huán)境污染，另一方面污染物的回收利用也能在一定程度上降低企業(yè)生產的成本，創(chuàng)造更大效益[4]。

1.3 催化技術

在化工生產中，由于涉及到大量的化學反應，因此通常需要使用各種催化劑。但在整個化學工程工藝流程中，催化劑的用量較大，很多企業(yè)出于對企業(yè)經(jīng)營利潤的考慮，通常在催化劑的選用中更為注重價格，這也使得實際的化工生產中部分催化劑的使用是不符合標準的，同時也給周邊的生態(tài)環(huán)境造成了很大負擔。隨著人們環(huán)保意識的提升，綠色催化劑的研究也在不斷深入，雖然催化技術的使用會在一定程度上提高成本，但從長遠的角度考慮，這種技術不僅能提高化工產品的質量，還能減少污染物的產生，間接地降低了污染物的處理成本，整體而言，會使得化工生產的效益更高[5]。

2 綠色化工技術在化學工程工藝中的應用

為研究綠色化工技術在化學工程工藝中的應用，以該技術中的催化技術為例，通過催化技術中的光催化氧化法處理化工廢水研究綠色化工技術的應用。光催化氧化法是以半導體為催化劑，利用光激發(fā)引起的“氧化—還原反應”分解化工廢水中污染物的廢水處理方法[6]。以光催化氧化法凈化廢水實驗為例。

2.1 實驗材料與方法

2.1.1 實驗試劑及實驗器材

本實驗試劑包括4A 分子篩、硝酸鈰、納米二氧化鈦（粒徑30 nm～50 nm）等。自制的實驗反應裝置見圖1。

圖1 實驗反應裝置

2.1.2 制備催化協(xié)同劑

分子篩負載鈰離子催化協(xié)同劑的制備方法采用等體積浸漬法，具體操作方法如下：第一步，制備2.0 mol/L 的硝酸鈰浸漬液；第二步，取用10 g 4A 分子篩，將4A 分子篩與硝酸鈰浸漬液置入水浴恒溫振蕩器中，設置溫度為30 ℃，振蕩時間設為12 h；第三步，將振蕩過的浸漬液置入恒溫古風干燥箱中，設置溫度為120 ℃，干燥時間設為6 h；第四步，將干燥過的浸漬液置入馬弗爐中，設置溫度為400 ℃，焙燒時間設為4 h；第五步，利用實驗用超細微粉磨將其磨碎，獲得催化劑（細度d97≤5 μm）。

2.1.3 廢水處理

本次實驗的化工廢水選擇某化工廠排放的廢水，取適量廢水進行水質檢測，檢測方法為重鉻酸鉀法，檢測結果為該廢水的COD（化學需氧量）為1 249 mg/L～1 326 mg/L。

2.1.4 實驗方法

為利用光催化氧化法實現(xiàn)廢水的凈化，結合自制的實驗反應器，具體實驗方法如下：第一步，取適量廢水，加入催化劑和催化協(xié)同劑（催化劑的量和催化協(xié)同劑的初始添加量為0.1 g，之后每次實驗以0.1 g 累加，多次重復實驗），之后將其置入反應器中，利用磁力攪拌器攪拌1 h（不打開紫外燈）；第二步，打開紫外燈，由于紫外燈光照會在一定程度上提高反應器內溫度，因此要注意控制反應器內溫度為30 ℃左右，靜置反應45 min；第三步，將反應后的廢水置于離心機中，以3 000 r/min 的轉速離心10 min；第四步，取離心后的廢水的上清液測定其COD，測定方法為重鉻酸鉀法。

2.2 結果與分析

2.2.1 實驗結果

經(jīng)過多次實驗，可以得出催化劑和催化協(xié)同劑的添加量變化時，廢水處理的凈化效果情況。當催化劑添加量為0.1 g～0.5 g 時，廢水的凈化情況（以廢水中COD 值表示）如圖2 所示。圖3 為添加和不添加催化協(xié)同劑時對廢水凈化情況的影響。

圖2 催化劑含量不同時對廢水凈化的影響

圖3 催化協(xié)同劑對廢水凈化的影響

2.2.2 結果分析

根據(jù)實驗結果可知，采用光催化氧化法進行化工廢水處理能有效地提高廢水的水質，使其符合排放要求。當催化劑質量濃度為0.4 g/L 時，廢水的凈化效果最好，催化協(xié)同劑的添加能在催化劑的基礎上進一步提高COD 的去除率，從而使化工廢水的水質有進一步的提高。由此可見，利用綠色化工技術中的催化技術能有效的處理化學工程工藝中產生的廢水，能進一步優(yōu)化化學工程工藝流程，在化工生產與制造中，應當大量推廣和應用綠色化工技術。

3 結論

自21 世紀以來，“綠色環(huán)?！币呀?jīng)成為了全世界關注的要點問題，結合化工企業(yè)的發(fā)展，應當增加對綠色化工技術的研究，并大力應用于化學工程工藝中。目前綠色化工技術已經(jīng)研究出了生物技術、清潔技術、催化技術等相關技術，并且每種技術均有小分支，在目前的化工企業(yè)生產中也有大量的應用。以催化技術中的光催化氧化法為例，該方法已經(jīng)大范圍用于處理化工廢水中，在不造成二次污染的同時提高了廢水排放的水質，減少了環(huán)境的污染。基于此，應當加大對各種綠色化工技術在化學工程工藝中的研究，推廣綠色化工技術的應用，從而實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護。