关于化学工程工艺中绿色化工技术的应用

杨霈霖

摘要：为解决由于工业及化工生茶等过程造成的环境污染问题，本文提出包含生物技术、催化技术、膜技术、高级氧化技术和微波技术在内的几项绿色化工技术，并对其原理、特点、优势及应用进行分析，以期为相关人员提供参考。

关键词：绿色化工技术;生物技术;催化技术;膜技术;高级氧化技术;微波技术

绿色化工技术是指在绿色化学基础上开发的从源头上阻止环境污染的化工技术。绿色化工技术的出现与应用为化学和化工生产实现绿色环保目标提供了技术解决方案，对适应当前节能减排和环境保护要求有重要作用。

1生物技术

生物技术是指根据工程学、生物学及化学基本原理，利用生物催化剂完成物料加工，生产有用物质。这项技术的主要特点为可最大限度利用不同的自然资源，减少能源消耗和污染，为清洁生产目标的实现提供助力，并且还能制备采用一般化学技术很难或根本无法制备的产品。目前对生物技术进行的分类主要有下列四种：第一种是作为主导的基因工程;第二种是作为基础的细胞工程;第三种是作为条件的酶工程;最后一种则是作为关键的微生物发酵工程。其中，基因工程还可称之为遗传工程，以基因重组技术为核心，按要求将目标DNA片段利用工具酶于离体状态下进行拼接、剪切与组合，然后利用宿主主细胞实现复制与标定，以此实现生物特性的改性，得到目标性状的产品[1]。

2催化技术

催化剂作为化学工艺的一个重要基础，使很多化学反应在工业中得到应用，现在依然有很多化工产品都依靠催化反应制得。对绿色化学而言，催化技术的应用表现在以下几个方面：通过固体催化剂合理应用，使工艺过程达到简化，减少三废排放;在合成化学中，可将大孔分子筛作为反应催化剂;对于精细化工生产，通过不对称催化合成技术的应用，可生产出光学纯手性产品，以此减少对有毒原料的使用，并能避免有毒产物;借助茂金属催化剂能对具备指定物理特性的高分子烯烃聚合物进行合成;对于药物合成，依靠超分子催化剂可实现分子记忆与模式识别;依靠生物催化法可将石油馏分所含金属盐、硫与氮去除，并减少有机合成三废;就当前的合成化学而言，电催化起到了至关重要的作用，因为它与环境的相容性更好;对于固定与移动能源，通过催化燃烧可提供无污染的动力[2]。

3膜技术

膜技术实际上是膜分离与膜催化的总称。若按化学组成，可将膜分成无机膜与有机高分子膜两类;若按结构，可将膜分成对称膜与不对称膜两类（其中，对称膜为单层膜，而不对称膜为多层复合膜）;而若按照用途，还可将膜分成分离膜与膜反应器两类。对于膜分离技术，它主要具有以下优势：费用与能耗较低，但效率高，基本无污染，且可以对有用的物质进行回收;而对于膜催化反应，主要具有以下优势：可实现超平衡，使反应更具选择性，提高原料反应转化率，从而减少各类资源的消耗，降低排放。所有膜分离工艺均为纯物理形式的分离，不仅没有热学性变化，而且也没有生物性及化学性变化。另外，由于膜分离过程采用组件形式完成，所以不同组件适用不同情况，可灵活满足不同生产要求[3]。

4高级氧化技术

该技术的基本原理为反应过程中有·OH（羟基自由基）产生，其氧化能力极强，可对水中所有有机污染物进行氧化，生成无害的水与二氧化碳。该技术的主要优势为：反应快速且过程可控，对几乎所有有机污染物均可降解。然而，该技术也存在一些缺点，如部分处理过程十分复杂，所需处理费用较高，尤其是要消耗大量氧化剂，这也是这项技术无法得到大规模推广的原因，只能在流量不大且浓度较高的污废水处理领域使用。若按照使用的氧化剂与催化条件，可将该技术分成以下几种类型：

（1）化学氧化类，即使用化学氧化剂进行氧化，使废水所含无机物及有机物被氧化成对环境和人体基本无害的物质。

（2）化学催化氧化类，以现有湿式氧化处理为基础，通过添加催化剂来降低反应需要达到的温度和压力，以此增强氧化能力，提高反应效率，在降低成本的同时避免设备腐蚀。

（3）湿式氧化类，基于高温高压环境，将空气含有的氧气作为氧化剂对有机污染物进行氧化，生成无害物[4]。

（4）超临界水氧化类，其原理为采用超临界进行氧化，使有机物分解。

（5）光降解类，部分有机物在受到光的照射后会被氧化成一些中间产物，并最终生成水和二氧化碳等无害物。

（6）电化学氧化还原类，采用电极使污染物发生电化学反应，或通过电极生成强氧化剂，由强氧化剂对污染物进行氧化还原。其中，前者为直接反应，而后者则为间接反应。

5微波技术

频率在300MHz-300kMHz范围内的电磁波被称为微波，包括毫米波、厘米波与分米波。微波属于内加热，有很快的加热速度，一般仅需不超过1/10s的时间;除了加热速度快，还能使受热体系的温度保持均匀，防止滞后;另外，微波不会污染反应体系，是典型的清洁技术。

对于无机合成，这样技术主要在烧结合成与水热合成中应用。其中，基于微波技术的烧结合成指的是将传统热源替换为微波辐照，微波被吸收后温度快速升高，在加热至一定程度后，开始燃烧合成反应，目前这项技术在合成陶瓷中应用较多。由于加热均匀且升温快，还能对燃烧传播进行控制，所以对陶瓷焊接及加工均十分有利。而基于微波技术的水热合成主要在金属氧化物和磁性材料中使用。

对于有机合成，因采用微波技术可以加快反应速度，尤其是采用无机固化物作为载体的基于微波技术的有机合成，不仅操作方便和简单，而且所用溶剂数量很少，反应产物的分离纯化难度低，产率很高。

6结语

总而言之，事实上绿色化工技术还有很多，限于篇幅，以上只提出了当下比较主流的生物技术、催化技术、膜技术、高级氧化技术和微波技术，通过对这些技术的应用，能在满足各项生产要求的基础上，加快效率、降低成本、减少污染及排放。

参考文献：

[1]李连峰，熊东，方磊，周峰.化学工程工艺中绿色化工技术应用的几点探究[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（10）：238-239.

[2]秦翠翠，冯巧，陈爱欣，徐丽敏，贾涛.化学工程与工艺中绿色化工技术的应用[J].當代化工研究，2020（07）：120-121.

[3]黄栋学，熊照.化学工程与工艺中的绿色化工技术探析[J].现代盐化工，2020，47（01）：42-43.

[4]井博勋，莒菲.浅议绿色化工技术在化学工程工艺中的应用[J].天津化工，2015，29（03）：10-11.