绿色化学在环境污染治理中的应用

裴 秀

（酒泉职业技术学院，甘肃酒泉 735000）

改革开放之后，我国的工业化进程逐步加快，人与环境之间的融合力度也在大大加强。近些年以环境保护为主题打造的新型社会发展体系已经逐步步入正轨，并且与人们的生产生活紧密地联系在了一起。绿色化学正是建立在这种社会发展需求的基础上产生的新型技术体系，其源头是进一步阻止污染物形成，降低工业生产对环境产生的影响。在后续发展的过程中，绿色化学技术还需要进行不断地优化和创新，这样才可以满足可持续发展社会的创新需求，促进人与自然的协调发展。

1 基础理论分析

1.1 绿色化学的核心概念

从学术角度上来讲，绿色化学又被称为环境无害化学。是建立在降低或者完全消除对环境的负作用的基础上，将技术以及经济上可行的化学品、化学反应过程应用于工业领域。例如在当前工业加工过程中的合成、分离、分析、催化等环节应用的技术体系[1]，都与绿色化学有一定的关联。而从具体的特点来讲，可以分为以下几个方面。

1.1.1 绿色反应

绿色反应主要是建立在原子经济性的基础上打造的新型反应体系，指的是利用多种反应物中的各个原子，最大限度地利用其价值，促使原料分子中的每一个原子，都可以结合到目标分子中去。通过这种技术可以实现工业生产的0排放，可以实现能源节约降低对环境产生的影响，具备较强的环境友好作用。

1.1.2 绿色原料

工业生产必然会使用大量的原材料进行加工和反应，而部分原材料本身对环境会产生一定的影响，例如在工业生产过程中，氢氰酸本身属于剧毒原料，但是当前已经出现了能够成功代替这种原料的无毒无害原料。比如在特殊反应体系中，可以直接利用一氧化碳进行碳化有机胺产生异氰酸酯技术，不仅可以达成原有的生产效果，也可以避免毒害原料对生产工人以及环境造成影响。

1.1.3 绿色催化剂

在部分传统的工业生产体系中，往往利用硫酸以及碱等酸碱催化剂作为主要的催化剂原料，这些液体催化剂不仅会对设备产生较为严重的腐蚀影响，对于人体也会产生较大危害，另外在生产的过程中，废渣以及废料的排放也会导致环境污染。因此采用多种形式的化学催化以及生物催化技术，能够代替传统催化环节中的催化剂，从而满足绿色生产的需求。比如在化学生产过程中，已经开发出了用分子筛以及超强酸等作为催化剂或者载体的新型工艺。

1.1.4 绿色溶剂

在传统的化学生产以及工业加工过程中，部分有机溶剂本身具有一定的挥发性以及毒害性，就会对环境和人体造成危害。因此绿色溶剂的研究重点往往放在超临界流体、水溶液、离子溶液、固定化溶剂等领域，利用这些新型的绿色溶剂，取代原有的挥发性有毒溶剂，能够有效降低对大气以及水产生的污染概率。比如在部分废弃石油产品回收过程中，利用超临界CO2进行加工，这一过程被称为环境友好过程。

1.1.5 可再生绿色化学品

结合地球当前既有的资源体系来看，木质素以及纤维素是地球上极为丰富的可再生有机资源，年产约为1 641t[2]，远超过石油年产量，但是被人们所利用的有效率还未达到2%。生物质来源于光合作用，燃烧之后产生的CO2并不会增加大气中CO2的含量，因此利用生物质代替矿物燃料，能够达到更好的清洁效果。

1.2 绿色化学技术的基础类型

1.2.1 生物技术

生物技术中，最为典型的便是基因工程、微生物工程、细胞工程、酶工程。其核心特点是可以进一步利用生物质的资源，可以结合能源节约及清洁生产，打造新型的生物技术体系。另外也可以有效应对一般化学技术难以解决的化工难题和生产环节。

1.2.2 催化技术

催化反应是化学生产中的基础反应，因此催化剂也是化学生产工艺中的基础原料，在当前大部分的工业生产过程中，依赖于化学反应来实现加工。因此催化反应是否对环境产生影响是当前工业生产的重点，而绿色催化技术则是建立在酶催化以及纳米催化的基础上打造的新型催化反应。从实际的应用优势角度来讲，酶催化的效率远高于传统化学催化剂的106～1013倍。由于纳米材料的常规性能有一定的差异性，在利用纳米催化剂的过程中，需要结合其催化活性以及选择性进行针对性分析，二者都优于传统的常规催化剂。比如当前研发出了光催化氧化法设备，其操作较为简单，程序易控制，氧化能力较强，并不会产生二次污染，在多种生物难降解的有机废水以及废水二次利用中都有较好的应用前景。

1.2.3 膜技术

从类型角度来讲，膜技术主要分成膜分离技术以及膜催化技术。膜分离技术中涵盖了微滤、超滤、渗析、电渗析、反渗透、渗透蒸发等技术体系。这其中纳滤以及反渗透技术是社会发展的关注重点。从具体的应用优势角度来讲，膜分离技术成本较低，同时能耗较少，对环境无污染，产生的物质可以进行回收利用，且分离效率较高。膜催化反应则是建立在超平衡基础上进行的均衡催化，能够提高反应选择性以及原料转化率，不仅可以节约资源，也可以降低环境 污染。

1.2.4 高级氧化技术

从分解技术角度来讲，高级氧化技术主要涵盖紫外线法、固相催化剂法、H2O2/Fe2＋法等，其原理为：在反应过程中会产生氧化能力较强的·OH，其可以无选择性地将污染水中的有机污染物氧化，将其转化成CO2以及H2O。

1.2.5 微波技术

常规的微波技术往往应用于加热反应中，其反应速度比传统的加热方式快。当微波应用于有机合成中，能够进一步提升化学反应速率，减少反应时间。尤其是以无机固体物作为载体的无溶剂微波合成反应中，整体的反应速度较快，操作便捷，能够降低或者完全剔除溶剂的使用，最终的生成产物易于分离，且产率较高。在无机合成期间，微波主要用于烧结合成和水热合成。

1.2.6 超声波降解技术

从应用原理角度来讲，超声波降解技术可以依靠强声波，将液相分子之间的吸引力打破，这样会形成空化核，而空化核的寿命往往在0.1μs左右，在爆炸的瞬间能够生成4 000K以及100MPa的高压和高温环境，快速产生110m/s的强冲击波射流。这样的反应可以撕裂有机物的化学键，而高温分解以及自由基反应，又可以将废水中的有机污染物进行快速降解。

1.2.7 等离子技术

大部分的等离子体都是由清洁高能粒子构成的，并不会对环境以及人体造成污染和危害，等离子体本身的反应速度较快，在反应完成之后能够将原料进行最大程度的转换，不仅可以实现原子反应，也能够减少副反应，真正实现清洁生产和零排放。

2 绿色化学技术在环境污染治理中的实际应用

绿色化学技术是建立在工业生产以及化学加工的基础上打造的新型技术体系，其服务于社会生产生活，同时也服务于环境保护，而从工业生产以及化学反应角度来讲，对于环境产生影响的领域较多，例如大气污染、水污染、固废污染是当前较为常见的污染类型，因此绿色化学技术的实际应用也需要综合不同的污染结果和不同的领域进行针对性分析。

2.1 绿色化学在大气污染中的应用

从本质上来讲，大气污染主要以硫化物为主，而大部分的硫化物往往来自于化工燃料，比如煤炭燃烧必然会产生大量的二氧化硫。这些二氧化硫在与大气混合之后会形成酸雨，会导致空气污染，而酸雨会直接影响人们的生活环境和生态环境。目前煤炭脱硫的方式往往以燃烧前脱硫、燃烧过程中固硫以及燃烧后的烟气脱硫为主。而从绿色化学技术的角度来讲，燃烧之前的脱硫工艺是预防污染的主要技术体系，而后两者则隶属于污染治理。在当前以及未来的发展过程中，针对煤炭燃烧来讲，需要将重点放置在脱硫技术的更新和优化方面。生物脱硫技术的反应条件较为温和，投资较少，能够降低对环境产生的污染，这其中经常使用的方法往往为煤炭生物脱硫法，其中生物浸出法、表面处理浮选法和微生物絮凝法较为常见。另外当前已有研究人员将煤炭脱硫的生物技术进行了升级，打造出了新型的生物和非生物综合新技术，能够进一步缩短脱硫时间；同时微生物种群方面的控制也有了新的研究进展，国内通常利用驯化传统菌种选育的方式，综合遗传学来打造新型的技术体系，改良原有的脱硫微生物。这种技术体系已经初步投入应用，并且产生了较好的效果，未来有较为明朗的应用前景。

2.2 绿色化学在水污染中的应用

水环境污染已经成为当前工业生产以及城市发展的核心问题，尤其是在人与环境交流日益密切的前提下，城市水环境以及自然水环境，逐步与人们的生活有了更加紧密的联系，而人们的生产活动对于水环境产生的影响较大。因此在水污染控制中，水处理技术的绿色化转型重点为生物氧化、光、声、电、无毒氧化剂等手段的联合应用[4]。同时也要结合不同区域的水环境污染需求进行针对性分析。

2.2.1 工业及城市废水绿色化学应用

结合社会发展状态来看，工业以及城市生活废水是我国水环境污染的核心问题，而工业生产以及城市发展是水环境污染的核心源头。尤其是在工业生产规模不断扩大的环境下，含有高浓度有机废水的污染源逐步增多，因此在城市以及工业生活废水污染治理的过程中，落实好零排放污水处理技术的创新是关键。而零排放污染处理技术是建立在污染源控制、排放过程控制、最终排放指标控制的基础上打造的全过程控制体系，能够最大限度地进行节水以及污染管控，是21世纪水资源污染控制的主要发展方向。

从具体的技术发展历程来讲，在1970年左右，循环冷却水零排污技术出现，逐步应用于工业生产以及城市水循环系统中，能够达到零污染排放。在大部分以美国为主的西方国家有较好的应用效果，而国内也结合工业生产进行了针对性的研究，例如开发的热水锅炉零排污技术，能够有效降低再生废盐水、启停用冲洗水、煮炉水、连续排污水、定期排污水的排放管理，不仅能够实现零排放，还可以直接对接污水处理以及二次循环系统，实现资源的循环再利用。

2.2.2 农业用水的污染处理

农业用水的污染处理往往指的是农药污染，尤其是针对部分经济发达程度较低的区域，由于农民本身的环境保护意识较差，在农业种植的过程中采取的高毒品种农药，会对地区的水环境造成污染，而主要的污染对象为地下水以及地表水。从绿色化学技术研发角度来讲，需要将研发重点放置在绿色农药研发以及应用中，比如当前我国已经生产了具有较好应用效果的生物农药、现代化学农药、光活化农药等。

这些农药能够代替传统的化学性农药，不仅可以达到农作物病虫害防治的目的，也可以降低对环境产生的影响，最主要的是在提升水环境治理效果的同时，也可以维持人们的身体健康。

2.2.3 化工生产废液排放处理

化工生产本身有一定的专业性，例如以化学实验为主的实验科学，在生产的过程中必然会产生较多的生产废液，这些生产废液不仅具有较强的毒害性，也具备消解难度大、时间长的特点。而部分化学实验室的设备以及管理体系较为落后，缺乏有效的生产废液处理和管控体系。那么从绿色化学的角度来讲，首先需要建立在化学实验室专业化管理和标准化建设的基础上，合理地落实废弃物的分类和处理，结合实际情况进行回收利用，借助化学原理进行危害消除。

2.3 绿色化学在固废污染物中的应用

2.3.1 城市垃圾的处理

我国城市垃圾处理方法通常有以下几种：首先是无害化的垃圾卫生填埋，这种技术体系较为简单，但是单次投资较大，会占用大量的土地资源，同时其中部分有害垃圾无法进行无害化处理，在垃圾掩埋的过程中产生的危害较大，且降解时间较长；其次便是较为常见的垃圾焚烧，往往以生活垃圾清洁焚烧技术为主，能够实现部分资源的转化，但是燃烧过程中产生的废气含有大量的二氧化硫以及重金属物质，会对环境产生较为严重的二次污染。

因此从绿色化学的角度来讲，在处理城市垃圾的过程中，可以选择利用当前较为常见的热风选煤气化技术、固体废弃物电离气化技术等相关新型的技术体系进行优化，不仅可以彻底解决固体废弃物中的有害物质，也可以实现资源的二次利用，降低二次污染，或者完全消除二次污染。前期投入虽然较大，但是在后期运行的过程中，短期便可以实现资金回笼。

2.3.2 矿山废弃物污染

矿山开采与我国能源行业有着紧密的联系，而矿山开采过程中会产生大量的废弃矿石以及尾矿，其中有部分二次资源可以进行利用，但是长时间暴露在外，经过雨水冲刷以及风化作用，会产生较为严重的资源浪费以及重金属污染。

因此进行污染治理和优化的主要目的是提升资源的利用效率，减少污染产生的影响。从绿色化学角度来讲，可以直接选择环境友好治理方式，例如生物浸出、非氰化法，可以将废弃矿石中的金属进行回收，溶解速率快，毒性小，对环境不产生污染，符合绿色化工的要求。

3 结束语

绿色化学技术是建立在新时期社会发展需求的基础上，针对传统的化学技术进行改革和创新产生的新型成果，是建立在环境友好的高度，结合环境系统物流运动打造闭路循环体系。将绿色化学技术应用于大气污染治理、水环境污染治理、固废污染物治理领域，不仅能够提升污染治理的效果，还可以全面加强我国的工业发展稳定性，全面提升城市发展质量。