对绿色化学工艺的应用与发展的探究

王馨苒（天津市南开中学，天津市300100）

对绿色化学工艺的应用与发展的探究

王馨苒（天津市南开中学，天津市300100）

随着化学工业的迅速发展，由有毒、有害废液废渣不合理排放引起的环境污染问题也日益突出。在此形势下，绿色化学工艺应运而生，由于其具有"可从源头上阻止污染物产生"的巨大优势而倍受科学界关注。本文通过检索文献的方法探究了绿色化学工业的兴起过程、基本原则与发展前景，以其应用实例体现了绿色化学的优势所在，并结合离子液体造成的“绿色非绿”现象说明了其瓶颈。由此阐述说明充分开发、推广和应用绿色化学的重要性。

绿色化学工艺；原子经济性；环境治理

引言

化学工业的发展极大地丰富了人类的物质生活，我们每个人几乎都每时每刻都在使用着各种的化工产品。从农业肥料、金属冶金，到日常生活中的食品添加剂，合成纤维到涂漆涂料，我们的衣食住行无一不与化学息息相关。毫不夸张地说，化学工业造福了人类，现代文明也离不开化学工程。

然而，化学工业的发展也带来了一系列的环境问题，各类污染导致了生态平衡的严重失调。面对这些环境问题，对策不是远离工业，而是建立绿色、环保的化学工业，其中，最具发展潜力和应用前景的方法，就是绿色化学工艺。

本文试图通过探索环境保护的发展与沿革，探讨绿色化学的兴起和特点，结合它在实际工业中的应用实例与发展的瓶颈，为读者介绍绿色化学，希望能引起人们的重视和进一步对它的研究。

1　环境治理的历史沿革与发展

现代化学工业主要是因为其废液废渣废气的不合理处理、排放而对生态环境产生不良影响，在八大公害事件中，这种不良影响通过食物链传递、空气污染等方式严重威胁到人类身体健康。

环境问题的治理经历了三个主要阶段。一是稀释污染物时期，人们相信只要某一化学物质的浓度降得足够低，就不会对环境造成污染。然而这种思想忽略了化学物质在环境中的长期积累效应，众所周知，当工业排放的污染物数量超过环境的自净能力时，会对环境造成破坏，简单地稀释污染物最终导致了很多环境公害问题，如骨痛病、水俣病等等。后来的很长一段时间内，人们对化工污染的处理方法停留在末端治理的阶段，即在排放前集中处理污染物。然而这种方法效率低，成本高，不能有效地到达环境保护的目的。而近几年兴起的绿色化学（又称环境友好化学）则提出，通过改进工艺，从源头上拒绝污染，是一种环境保护的新科学和新方法。

如今雾霾日益严重，由工业问题引起的污染日益凸显，说明改善化工合成路线迫在眉睫。因此，我们需要通过大力提倡绿色化学工艺，改变现有化学工业的技术路线，从而改变如今大多数化学工业仍采用“末端治理”方法的现状、从源头上防止污染，改善人类生存环境、提高人类生活质量。

2　绿色化学概述

绿色化学通过在最大程度上避免化工生产中有毒有害原料、催化剂、溶剂等的使用以及副产物的产生，从而达到从源头上阻止污染物产生的目的。绿色化学将“原子经济性”理念贯穿化工始终，因而其理想结果是在处理过程和终端均表现为“零污染和零排放”。不论从资源利用率方面、还是从环境保护方面来看，绿色化学均可称作一门符合我国可持续发展要求的科学技术方法。

3　绿色化学工艺在工业生产中的应用实例

近年来，绿色化学因其环境友好，减少能耗等特性获得了广泛的研究，新的工艺被不断的开发。以下笔者将从原子经济性与使用无毒原料这两条原则出发，给出两个绿色化学工艺的实际案例。

3.1银催化法制取环氧乙烷

这个工艺的原子利用率经计算只有25.43%

而绿色化学工业中以银作催化剂，使得制取环氧乙烷的反应中反应物的每一个原子都得到充分使用，并避免了副产物的产生，原子利用率达到了100%。

绿色化学的主要特点之一是原子经济性，与产率不同，原子经济性关注的是充分利用每一个原子，而产率即使在100%的情况下也能生产出大质量的副产物（如Witting反应，引入基团=CH2的摩尔质量只有14g/mol，而废物O=PPh3的摩尔质量却达到了278g/mol）。

传统工业制取环氧乙烷的工艺采用两步，第一步中，氯气水解产生的次氯酸与乙烯加成形成氯乙醇，其副产物中含有盐酸等对反应容器有强烈腐蚀性的物质，对环境造成影响。反应方程如下所示，

第一步：CH2=CH2+Cl2+H2O→ClCH2CH2OH+HCl

第二步：ClCH2CH2OH+Ca（OH）2+HCl→C2H4O+CaCl2+H2O

总反应：CH2=CH2+Cl2+Ca（OH）2→C2H4O+CaCl2+H2O

3.2二氧化碳法制取聚氨酯

以下是聚氨酯的传统制取方法，有机胺与光气在第一步中反应生成一氰酸酯和盐酸，中间产物一氰酸酯再与醇反应制取聚氨酯。由于此反应中以光气为原料，光气是一种极为活泼的有毒气体，吸入后会损害呼吸道，严重的中毒症状包括昏迷甚至死亡，对人类的健康造成了威胁，所以其安全性较差。

RNH2+COCl2→RNCO+2HCl

RNCO+R′OH→RNHCOOR′

绿色化学工业中，把原反应工艺中剧毒的光气改为无毒无害的二氧化碳从而改善了化学合成路线，大大增强了反应的安全性，也避免了传统制法中盐酸的处理问题，从源头上防止了污染物、有毒有害物质的产生。

RNH2+CO2→RNCO+H2O

RNCO+R′OH→RNHCOOR′

4　绿色化学工艺的发展瓶颈

然而，绿色化学的发展也遭遇着很多的限制和瓶颈，“绿色非绿”的现象就是其中之一。它指的是尽管某种反应的生产过程是绿色的，但其前端或者后端却存在着巨大的污染。一个著名的例子是离子液体。

传统的有机溶剂挥发性大，容易进入到环境中造成危害。而离子液体，顾名思义，就是液态的盐，它的不对称性使它在室温下仍然呈现液态，但几乎不具有挥发性，是标准的绿色溶剂。虽然离子液体在电化学领域和吸收有害气体方面正有着越来越广泛的应用，但是其制备过程需要耗费大量的化学试剂和能源，因此其绿色化受到质疑。

5　结语

绿色化学以其“源头上避免污染”的优点和符合“原子经济性”的特点受到社会的广泛关注，世界各国的许多科研机构与政府部门都致力于绿色化学的开发、推广和应用，在节约原料、保护环境、保障人类健康与安全方面发挥了日益显著的作用。绿色化学体现了化学科学、技术与社会的相互联系，是化学科学高度发展以及社会对化学科学发展的作用的产物，对化学本身而言是一个新阶段。对于绿色化学的研究已经成为一门重要的化学学科分支，是我们人类通向绿色生活的必由之路。

[1]纪红兵，和佘远斌.绿色化学化工基本问题的发展与研究[J].化工进展，2007（5）：605-14.

[2]谢萍华，和陆伟.绿色化学与我国化工行业的可持续发展[J].杭州化工，2008（2）：5～12.

[3]周 清.离子液体：绿色化工新宠[J].科学世界，2013（12）：50～55.

TQ030

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2095-2066（2016）31-0243-02

2016-10-12