郑凌玲

（广州科技贸易职业学院，广东 广州 511442）

化学是一把双刃剑，人类在享受化学所带来的各种便利和好处的同时，也承受着化学所带来的各种负面影响。目前化工行业是受国家政策关注的6大高耗能、高污染行业之一。人们越来越意识到发展经济不能以牺牲生存环境为代价，应该向着绿色生态文明发展，从而实现经济的可持续性发展，低碳经济就是在这种背景下提出来的。

“低碳经济”（Low-carbon Economy）的概念最早是在2003年的英国能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》中提出来的。低碳经济的特征就是以减少温室气体排放为目标，构筑低能耗、低污染为基础的经济发展体系，国家“十二五”建设规划中新增了10项指标，其中涉及新能源和节能减排的就有6个，这些指标的确立，给绿色经济和低碳技术的发展创造了极大的契机，同时也促使化工行业在生产、运输、使用、回收过程中不断地进行技术创新。

1 大力发展低碳化学品

低碳化学品就是以温室气体为原料生产的各种化学品，以及在生产过程可显著降低温室气体排放的化学品。温室气体主要是指生产和生活中所排放的CO2气体。

低碳化学品技术开发在各高校、科研机构、企业已引起高度重视，投入的技术力量、经费不断增加。目前，低碳化学品已然成为技术开发的一大热点，成为企业新上项目优先考虑的领域、企业降低碳排放的首选措施，也将是全球低碳合作的重要内容。

以CO2为原料可以合成的无机化工产品有硼砂、水杨酸、尿素等；有机化工产品包括合成胺、合成甲酸及其衍生物及醛类等；合成有机高分子化合物（如碳酸酯等）［4］。在国内，广东省依托中山大学于2009年成立了广东省低碳化学与过程节能重点实验室，该实验室通过化学化工、材料科学和物理科学等学科的交叉融合，开展节能减排技术的应用基础、技术开发和产业化推广示范等方面的研究。其重点研究领域之一就是二氧化碳的资源化利用，研究内容包括高效催化二氧化碳合成全降解塑料技术、高效催化二氧化碳与甲醇直接合成碳酸二甲酯技术、二氧化碳全降解塑料改性应用开发技术及工业废水催化处理及回收技术。其中孟跃中教授的研究团队在可降解二氧化碳共聚物的合成、二氧化碳全降解塑料产业化及产品应用研究领域取得了一系列的研究成果，并且在河南天冠集团建立了全球最大规模的年产5 000t二氧化碳合成全降解塑料生产线。

中科院广州化学有限公司从1985年开始就开展了调聚二氧化碳树脂和泡沫塑料的研究，并取得了多项研究成果。以二氧化碳和环氧化合物为主要原料，通过调节聚合制备液体脂肪族聚碳酸酯树脂技术，进而制备降解型聚氨酯泡沫塑料，由此制备的聚氨酯泡沫塑料可以完全生物降解且无有害物质，减轻了废弃塑料的“白色污染”。中科院广州化学有限公司与江苏省泰兴市民营企业金龙公司正式签订“利用二氧化碳制备聚碳酸亚酯和可降解型泡沫塑料”技术合同，以中科院广州化学有限公司技术为依托，由企业投资进行该项技术的转化。二氧化碳制生物降解塑料技术创造了良好的经济意义，为绿色环保和低碳经济的发展做出了巨大贡献。

江苏中科金龙化工有限公司十多年来主要从事二氧化碳资源化利用及新材料制备的研发。公司拥有世界唯一1条万吨级全生物降解CO2基树脂生产线。公司研发的聚碳酸亚丙酯多元醇是采用国内外首创的具有独立知识产权的环流反应装置，以独创的催化剂将工业废气CO2与环氧丙烷共聚而成的。聚碳酸亚丙酯多元醇是聚酯型聚氨酯的主要原料之一，以其合成的聚氨酯弹性是当今理想的橡塑工程材料之一，实现了将工业废气CO2资源化，转化成实用的新型材料，符合低碳经济的理念，同时给企业带来了巨大的利润。

国内已有多个企业利用CO2生产碳酸二甲酯，每生产1吨碳酸二甲酯就可消耗0.49吨CO2。山东石大胜华化工集团股份公司是中国石油大学（华东）的校办企业，年产10万吨碳酸二甲酯的装置产能规模，是目前亚洲同行业中的最大生产厂商。随着碳酸二甲酯下游市场的逐步开发，用CO2生产碳酸二甲酯将成为重要的低碳技术之一。

2 提高煤炭化工业的利用率

煤是碳含量最高的化石能源，我国是煤炭生成和消费大国，给环境带来了严重的污染，尤其是产生了大量的温室气体。为了适应全球CO2减排的潮流和应对我国可持续发展面临的能源瓶颈问题，应用低碳理念引导煤化工产业的发展，节能减排，提高燃料利用率。

提高煤炭的利用率，减少煤炭行业所带来的污染，关键是进行技术革新。北京低碳清洁能源研究所成立于2009年12月，主要致力于发展新技术，改善煤炭利用效率，在低阶煤热解技术、费托合成催化剂、煤炭气化、直接液化残渣利用、煤制天然气转化、甲烷化催化剂等领域取得了重大进展。副所长刘科在大规模煤制清洁燃料关键技术及工艺集成研究、煤炭清洁高效可持续开发利用有着独到的见解。通过对煤炭进行分级炼制，在较低温度下（200～350°C）去除煤中的水分，然后在550°C左右，煤中类似油的挥发份释出。煤中类似石油的高价值组分挥发份等得以分离，所得到的煤焦油（挥发份的一部分）再拿到炼油厂去炼制可得高价值的油品和化学品，而在500°C左右时水银和有机硫化物等也释出，转移到油、气中的硫和汞，有相对成熟的脱硫脱金属技术去脱除。经过高值加工利用后，液体产物加工成化学品和油品，气体产物用做清洁燃料，而脱水，脱汞，脱硫后的固体产物是燃烧或者是气化的更清洁的优质原料，最终实现高水分、高挥发分煤的全质利用。在煤分级炼制过程中，一部分能够对空气造成严重污染的硫、水银等都被离析出来，水和挥发份脱除后，提质煤的孔隙率增加，燃烧时其氮氧化物排放也相应减少。这样在产油的同时，把煤变得更干净了，而且还有一部分高价值的焦油被炼制出来。在这个过程中，还可将干燥和热解过程分离，使用系统中废弃的低品位热源（如燃烧废热、煤气废热或者干熄焦废热等）完成干燥，而燃气产生的高品位热来完成热解，通过这样的能量分级利用来提高煤的转化效率。在刘所长的带领下，一项具有自主知识产权的煤分级炼制技术即将运用到呼伦贝尔年处理100万t褐煤提质项目上。

3 发展清洁化学能源

3.1 低碳清洁燃料电池

低碳化学电源是指在二氧化碳低排放的前提下，将化学能连续不断地转化为电能和存储过程的装置。长春应化所是国内较早开展清洁化学电源的单位之一，在燃料电池、太阳能电池、超级电容器等方向上取得若干具有影响力的创新成果。2010年以该研究所先进化学电源实验室为平台成立了“吉林省先进低碳化学电源重点实验室”，以新型低碳化学电源相关基础科学问题和关键技术为主要研究方向，着力开展高性能长寿命电池材料及其制备技术、新型关键部件制备技术、智能化电能转化装置集成技术的研发。郉巍研究员所在的研究团队的低碳清洁燃料电池研究成果获得了教育部自然科学二等奖，吉林省科学技术进步二等奖等多个奖项。

3.2 甲醇制取低碳烯烃（DMTO）技术

乙烯、丙烯等低碳烯烃是基本的有机化工原料，传统的生产技术强烈依赖于石油资源，而我国石油资源不足，煤炭资源相对丰富，因而发展以煤为原料制取石油类产品的煤化工技术，由此替代石油，将会影响国家经济长期稳定发展和能源安全。

大连化物所从20世纪80年代开始，围绕甲醇制烯烃催化剂和工艺技术进行了30多年的研究工作，在催化剂、反应工艺、工程化及工业化等方面取得了一系列技术发明和创新，形成了具有自主知识产权的甲醇制烯烃技术。

2010年，我国利用DMTO技术建设完成了世界首套甲醇制烯烃工业化装置，2011年起正式进入商业化运营，我国率先实现了甲醇制烯烃核心技术及工业应用“零”的突破。甲醇制取低碳烯烃技术获得了2014年度的国家科学技术发明一等奖。

4 微波合成方法

在化工行业，大量的化学合成往往需要通过加热来实现，传统的加热方式主要有酒精灯加热、电热套加热、蒸汽加热、电炉加热、水浴加热（100°C以下），油浴加热、沙浴等。这些加热方式都是采用外部热源进行传导加热，这种方法受制于对流和材料的导热性能，因此传热速度慢，效率低，需要通过持续的不断加热，因而消耗了大量的能源。而且在加热过程中，器壁温度高于内部反应物，被加热的物质内部由于受热不均存在着温度梯度，会导致局部过热，产生大量的副产物。

1986年Ryamnod，J.Giugere等人发现用微波照射4-氰基苯氧离子与氰苄的SN2亲核取代反应可以将反应速度提高1 240倍，而且产率也获得不同程度的提高［2］。从此微波加快反应速度在化学合成领域迅速引起了科学研究人员的重视。早在60年代后期，美国麻省理工学院就曾对微波能在化学中的应用作了不少研究。在国内，浙江大学的金钦汉教授首创了微波化学学科，中国科学院、兰州化物所、吉林大学、云南大学、兰州大学、四川大学等高校在微波等离子体化学和微波合成及反应化学方面的研究都起步较早，并取得了有影响的成果。作为一门新兴的前沿交叉学科，微波化学已经在广泛的实际应用中显示出空前强大的生命力，尤其是化学合成领域。

微波加热能大大缩短反应时间。广州大学郑成教授的研究团队长期致力于微波合成在精细化工领域的研究。为了研究微波加热提高反应速度的机理，课题组采用常温加热和微波加热两种方式来合成十二烷基甲基二羟乙基溴化铵，通过讨论两种合成途径下的动力学方程发现，微波合成降低反应的活化能［3］。刘波等人［4］用二甲基十二烷基胺和氯乙醇在85℃下，传统加热方式下合成十二烷基二甲基羟乙基氯化铵需要51.5h，而在微波加热下合成类似的十八烷基甲基二羟乙基溴化铵［5］仅需25min，转化率高达95.3%。采用微波加热大大缩短了加热时间，减少了能耗，提高了产物的转化率，符合绿色化工的理念，也迎合了低碳经济的思想。

此外，微波技术还在分析化学领域得到了广泛的应用，比如微波等离子体原子光谱分析法，MWP原子发射光谱分析法等，大大地提高了检测的速度和准确性。

低碳经济理念的提出，促使化工行业在发展经济的同时，更要在技术方面进行创新，本文介绍了四种低碳化工技术。低碳经济的提出，将促使化工行业不断进行技术革新，从源头上减少碳气体的排放，减少能耗，开发清洁能源，发展绿色化工，保护我们的生存环境。

［1］李金芳，于欣伟，郑成.绿色化学的研究现状与发展趋势［J］.广东化工，2004（8）:5-7.

［2］Gedy R.N.，Smith F.Microw ave assisted syntheses in household microwave ovens［J］.Terth Lett，1986，27（03）:279-282.

［3］郑成，毛桃嫣，卫云路，等.沸腾状态下十二烷基甲基二羟乙基溴化铵微波合成的动力学研究［J］.精细化工，2009（26）：131-135.

［4］刘波，司波.氯化十二烷基二甲基羟乙基铵的合成及性能［J］.辽宁化工，2006，35（1）:13-14.

［5］程文静，郑成，毛桃嫣，等.十八烷基甲基二羟乙基溴化铵的微波合成及性能［J］.化工学报，2011（62）:566-573.