浅谈绿色化学在化学工程中的应用

陈 勇，王加平

(江苏辉丰农化股份有限公司，江苏 盐城 224100)

浅谈绿色化学在化学工程中的应用

陈 勇，王加平

(江苏辉丰农化股份有限公司，江苏 盐城 224100)

化学技术的快速发展，使得人民的物质生活得到提高，给我们的生活带来日新月异的变化，但是同时带来的负面效应也不容忽视。传统的化工生产具有高消耗、高污染、高浪费的缺点且随着时间的积累已经开始影响人们的生活环境，带来了一些亟待解决的环境问题。因此，绿色化学应运而生，已经逐渐应用到现代化工生产中。本文就绿色化学在化学工程中的应用给出简要的探讨。

绿色化学；环境保护；化工；应用

科技和经济的飞速发展，使得人们的生活水平得到提升，能够利用的资源也逐渐增多，但是我们的生活环境却变得越来越差，很多工业城市和大都市常常笼罩在雾霾之中，影响人们的正常生活，同时也制约经济的持续发展。造成这些问题出现的一个主要原因是由于化工企业“三废”(废气、废水、废渣)的排放。为防止环境的进一步恶化，也为经济的可持续发展，很多企业开始重视对绿色化学工业的研究，力求探索出一条工业技术优化之路，用高效、环保、安全的绿色化学工业来控制化学物质对环境的污染。

绿色化学[1]又称环境无害化学、环境友好化学和清洁化学，是近年来发展起来的一门新兴科学，它可以通过改变化学物质或化学过程的内在本质来降低或消除化学性危害从而在源头上阻止环境污染。开发和运用绿色化学工艺，利用最少的能源，排放最少的有害物质，产生最大的经济效益，是实现社会可持续发展的必由之路。

1 光催化剂对大气中氮氧化物的净化

1.1 氮氧化合物废气介绍

氮氧化物[2]指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。常见的氮氧化物有一氧化氮(NO，无色)、二氧化氮(NO2，红棕色)、一氧化二氮(N2O)、五氧化二氮(N2O5)等，它们是最常见的大气污染物之一。天然排放的NOx，可以被土壤和海洋中有机物的分解，属于自然界的氮循环过程，一般情况下可以达到排放和分解的动态平衡。人为活动排放的NOx，大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程，也来自生产、使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等，其中由人为活动产生的NOx是造成大气污染的主要原因。

1.2 氮氧化合物废气危害

氮氧化物的肆意排放会引起一系列的环境问题，毒害人类身体，危及人类的健康，破坏地球的生态环境。据不完全统计，全世界每年由于人类活动向大气中排放的NOx约5300万t。NOx对环境的损害作用极大，它是形成酸雨的主要物质之一，也是形成光化学烟雾的重要物质，吸入过量的氮氧化物会对肺部结构产生不可逆转的影响，长期处于高浓度氮氧化物的环境下，可以导致眼睛肿胀，甚至失明。

1.3 氮氧化合物废气的治理方法

近年来，半导体光催化剂[3]在环境污染降解方面已受到人们的广泛关注。TiO2作为典型的光催化剂，具有光催化效率高、化学性质稳定、对人体无毒的特点。它的降解机理[4]为吸附在催化剂表面的空气中的氧气和微量水，分别被光生电子和空穴还原或氧化为·O2-和·OH，为氮氧化物的深度氧化提供了高活性的氧化剂。利用这种作用开发的产品，广泛地用于脱臭、防污及环境净化，最新研究表明，它们同样可用于净化大气中的 NOx。况栋梁[5]等改性纳米二氧化钛应用于净化汽车尾气，并取得显著效果。在国外净化燃煤烟气的研究中，研制的填充式床PPCP反应器中最常用的填充介质就是TiO2。除此之外，已有多种纳米TiO2光催化剂产品应用于实际污染处理中，比如纳米光催化剂涂料、纳米TiO2自清洁涂层等[6]。

2 离子交换树脂对水体中重金属的净化

2.1 水体中重金属的介绍

“水是生命的摇篮”，但是，近年来由于各种工业固体废弃物和废水的肆意排放，导致水体中毒重金属元素含量越来越高，已经严重影响人们的生活。溶解在水体中的重金属因为具有较低的中毒浓度以及较高的移动性，使得水生生态系统中的重金属变成了最危险的物质之一。水体中的重金属无法被生物降解，只能通过摄入被生物体吸收，并且在微生物的作用下，一些重金属还可能转成具有更强毒性的重金属化合物。汞是水体中最常见的重金属之一，环境污染导致人体中毒以甲基汞中毒较为严重。甲基汞主要损害神经系统，出现诸如头痛、疲乏、健忘、情绪异常等一般症状，长时期、高浓度的甲基汞的摄入会出现语言障碍、运动失调、感觉异常、视野模糊等甲基汞中毒症状。镉是另一种常见的重金属，其主要通过饮水和食物摄入人体，长期吸摄入低浓度的镉可导致慢性中毒，如肺炎、肺气肿、肾功能损害等，慢性的镉中毒还会导致肺部组织的纤维化。除此之外，还有铜、铅、钴等，为了全面保障人体健康以及生态系统的正常运行，必须采取有效的措施治理水体的重金属污染。

2.2 离子交换树脂对水体中重金属的净化

离子交换树脂是利用离子交换基团高分子特性实现汞、铜、铂等重金属的有效处理[7]。离子交换树脂所用溶液大多是与酸性溶液无法相溶的碱性溶液，其内部成分多是高分子多孔性的固体聚合化物。相比其他工业污水处理技术，离子交换树脂技术不但可以处理、过滤低浓度污水与高重金属含量污水，还可使工业污水与硫化钠相互配合，实现污水的二级处理，全面保障工业污水达到国家规定的排放标准。而且，离子交换树脂是封闭式循环运作的，运行稳定性强，污水排放的速度快。其处理完毕的污水可直接通过循环系统回收与利用，进而为工业生产提供工业补水，降低工业用水成本。

3 固体废弃物的资源化利用

3.1 固体废弃物的介绍

我国人口众多，产生的生活垃圾的量也比较大，而由于固体废弃物所引起的环境问题也日益突出，如何更好的利用这些“垃圾”，使之变废为宝，成为了人们关注的焦点[8]。为了更好利用固体废弃物，按照固体废弃物的不同来源，可分为矿业固体废物、工业固体废物、城市垃圾、农业废弃物和放射性固体。固体废弃物的种类多、数量大、成分杂，是造成环境污染的主要原因之一，其危害程度不亚于大气污染和水污染，应该引起高度重视。

3.2 等离子体技术使“垃圾”变废为宝

等离子体是不同于固体、液体和气体的第四态物质。它的内部含有大量高能电子、正负离子、自由基、激发态分子等活性粒子。粒子能量达到几个到几十电子伏特，大于聚合材料的结合能。等离子体技术通过电弧放电可以产生高达 5000 K 的等离子体，将垃圾加热至很高的温度，从而迅速有效地摧毁废物。可燃的有机成分充分裂解气化，转化成合成气(CO+H2)，其他物质则变成类似玻璃体的熔渣[9]。合成气可进行发电，也可用来生产乙醇、甲醇和生物柴油；熔渣则可以加工成建筑材料。目前，等离子体在绿色制备催化剂方面也已经实现应用。

可持续发展作为我们国家的一项基本国策，对我们化学从业人员也提出了新的要求。绿色化学可以从源头上减少或者杜绝废弃物的产生与排放，从短期看，绿色工艺相关设备的引入可能会耗费较大的财力、物力，但是从长远来看，绿色化学却能提高经济效益，造福子孙后代。因此，为了资源的合理利用，环境的有效保护，也为了经济的持续发展，必须合理应用绿色化学。

[1]高兆林,谭丕亨,李海静. 绿色化学浅说[J].山东化工,1999(4):1-5.

[2]张 燕.城市大气污染与防治策略探析[J].环境与可持续发展,2016,41(1):54-55.

[3]马 睿,谭 欣,赵 林,等.光催化转化氮氧化物的研究进展[J].安徽农业科学,2007,35(8):2215-2217.

[4]薛韩玲,李建伟,葛岭梅,等.纳米材料催化净化燃煤烟气中NOx的新技术[J].能源环境保护,2004,18(1):9-12.

[5]况栋梁,裴建中,李 蕊,等.改性纳米二氧化钛在净化汽车尾气中的应用研究[J].材料导报,2014,28(20):18-22.

[6]赵卓凡.纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用[J].科技创新与应用,2016(27):182-183.

[7]毕向光,余建民,杨金富,等.阳离子树脂净化铂族金属溶液的研究[J].矿冶工程,2015,35(3):87-95.

[8]侯小洁.我国固体废弃物处理现状及对策分析[J].中国高新技术企业,2014(1):79-81.

[9]李 珣,尚书勇.固体废弃物收集、处理及资源化利用技术进展[J].广东化工,2016,43(5):122-123.

(本文文献格式：陈 勇，王加平.浅谈绿色化学在化学工程中的应用[J].山东化工,2017,46(5):139-140.)

2016-12-05

陈 勇(1988—)，男，江苏盐城人，安全工程师，主要从事绿色化研究。

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1008-021X(2017)05-0139-02