浅谈绿色化学及在工业中应用

2012-12-28李延龙

中国新技术新产品 2012年11期

李延龙

（大庆蓝星环保工程有限公司，黑龙江大庆 163114）

1 绿色化学概述

1.1 绿色化学概念

绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学，是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放和零污染，是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护，绿色化学不是被动地治理环境污染，而是主动的防止化学污染，从而在根本上切断污染源，所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。

1.2 绿色化学的核心内容

原子经济性是绿色化学的核心内容，这一概念最早是1991年美国Stanford 大学的著名有机化学家Trost（为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖）提出的，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性，认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。原子利用率的表达式是：

原子利用率=（预期产物的式量/反应物质的式量之和）×100%

如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用乙基蒽醌法，即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成，2-乙基蒽醌复出并可循环使用。此反应原子利用率为100%，体现了原子经济性，减少废物的生成和排放,是典型的零排放例子。

2 绿色化学在工业生产中的应用

2.1 玻璃工业

色彩斑烂的玻璃制品给人以赏心悦目的感觉，为我们生活增添了不少的情趣。可是，在这个五彩缤纷的玻璃世界中，却包含着有害的甚至剧毒的元素，如铅、铬、镉、镍、铜、锰、砷等重金属，以及氟、氯、硫等非金属。在工业生产过程中，这些元素会释放、气化，污染大气、水源，以致对人类造成伤害。

2.2 玻璃制品的绿色化

为了避免或减少玻璃容器中有害物质的溶出，首先必须优化玻璃的化学成分。在铅玻璃中加入一定数量的Al2O3并用Na2O 代替 K2O 可减少铅的溶出量。氧化砷在玻璃的制造中用作澄清剂，但其毒性较大。用砷酸钠代替氧化砷,可使毒性减至1/60，且在运输过程中无粉尘飞扬。

2.3 炉渣玻璃

钢铁工业及有色冶金工业的发展产生了大量炉渣。以我国为例,每年的冶金炉渣排放量便超过了700 万吨，累计多达2000 多万吨。目前利用率不到5%。若用以生产炉渣玻璃陶瓷制品，由于配料中可加入50%～60%的炉渣无疑是保护生态环境的一种最有效的方法。不仅如此，尚能产生巨大的经济效益。炉渣玻璃比普通玻璃具有更高的抗弯、抗压强度，极高的耐磨性能，良好的热性能(能耐1000℃的冷热温差)，优良的电绝缘性能和稳定的化学性能。

2.1.4 生态环境玻璃

生态环境玻璃材料是指具有良好的使用性能或功能，对资源能源消耗少，和对生态环境污小，再生利用率高或可降解与循环利用，在制备、使用、废弃直到再生利用的整个过程与环境协调共存的玻璃材料。我们称其为光催化降解生态环境玻璃材料，或简称为光化解环境玻璃。这种生态玻璃具有降解大气中由于工业废气和汽车尾气以及室内装饰材料所产生的污染；还可以降解积聚在玻璃表面的液态有机物；同时能起到抗菌、杀菌和防霉的作用。

2.2 涂料

涂料中的化学物质除成膜基质外，其余物质如溶剂、增塑剂、添加剂等，大都是易挥发性的有机物，并带有一定的毒性，这些物质是涂料污染大气的主要来源。特别是有机溶剂，使用量大，挥发性强，对人畜损害程度较大。涂料施工后，全部有机溶剂挥发释放到大气中。据报道，全世界每年向大气排放的碳氢化合物约达2000 万吨,其中约有350 万吨是涂料中的有机溶剂。有机溶剂挥发到大气中通过呼吸进入人体后会损害人体。

2.2.1 水性涂料

主要特性是以无毒的水代替有毒的有机物作为涂料溶剂，减少或消除涂料挥发性的有机物对大气的污染。水性涂料仍然会含部分有机溶剂（作助溶剂，但量较少）。

2.2.2 无溶剂涂料

无溶剂涂料包括粉末涂料和光固化涂料。由于涂料不含溶剂，环境的污染问题可得到较彻底的解决。因此，它们受到极大的重视，发展十分迅速。

2.3 农药

据世界卫生组织（WHO）对19个国家的统计，全世界每年发生50 万起农药急性中毒事故，涉及200 万人，其中大约4 万人死亡。每10万个接触农药的农业人口中，每年有6～79个发生农药中毒事故。除了急性中毒外，在自然界中不能降解的农药，通过食物链的传递和浓缩，最终到达人类体，在内脏、脂肪中累积而引起各种疾病，甚至癌症。据统计，农村小孩白血病中50%与农药有关，而新生儿畸型的比率比城市多一倍，也与农药有关。1997年癌症研究国际组织已证明在动物试验中有足够致癌证据的农药26种，有一定致癌证据的农药16 种。其中不少农药至今仍在生产和使用。

2.3.1 超高效低毒农药

所谓超高效低毒农药，就是指新开发的农药对靶标生物活性高，每公顷耕地施用量仅10克～100 克，且对人畜基本上无毒，对害虫天敌和益虫无害，易在自然界中降解、无残留或低残留的农药。

2.3.2 氨基酸类农药

作农药用的氨基酸衍生物由于具有毒性低、高效无公害、易被生物全部降解利用、原料来源广泛等特点，因此一出现就显示出强大的生命力。

3 绿色化学使可持续发展战略任务逐步向前推进

传统的化工生产，给我们的生活创造了非常丰富的物质基础和能源。其在对人类历史的发展进步的工程中所做的贡献是不不忽略的。但是呢，又由于化工产品生产的原材料和生产过后的残余物中，存在着大量的有毒有害物质，这些物质又造成了很多环境污染问题以及生态平衡的失调。这样，就又阻碍了社会经济的继续发展。新世纪，面对严峻的环境污染所提出的挑战，可持续发展战略这种道路的选择，成为了历史的必然。

实现社会经济的可持续发展，已经成为了我国的一项基本的国策。作为社会经济的重要组成部分的化学工业，在这一基本国策的指导之下，最行之有效的实现可持续发展战略的方法便是绿色化学的开发和利用。绿色化学，不单单是指那些对环境产生的有害影响小甚至没有有害影响的化学生产过程，更重要的是包括那些行之有效的且作用明显的价格平民化的化学化工技术的研究以及应用。绿色化学的生产过程只产生非常少量的废物处理，或者不产生废物处理。其最主要的特点便是在生产的过程中，最大程度地充分利用资源，使原材料转化为产品，尽量不产生污染。有利于化学化工产业的发展以及可持续发展战略这一道路的切实执行。