绿色化学

  
 

 
一、名称解释

  按照美国《绿色化学》(GreenChemistry)杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。
 
  绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”,绿色化学是近十年才产生和发展起来的,是一个 “新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。
 

 
二、绿色化学的提出背景

  化学在为人类创造财富的同时,给人类也带来了危难。而每一门科学的发展史上都充满着探索与进步,由于科学中的不确定性,化学家在研究过程中不可避免地会合成出未知性质的化合物,只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质,这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。
 
  传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重,目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨~4亿吨,给环境造成危害,并威胁着人类的生存。严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境,不危害人类生存的可持续发展的道路。化学工业能否生产出对环境无害的化学品?甚至开发出不产生废物的工艺?绿色化学的口号最早产生于化学工业非常发达的美国。1990年,美国通过了一个“防止污染行动”的法令。1991年后在,“绿色化学”由美国化学会(ACS)提出并成为美国环保署(EPA)的中心口号,并立即得到了全世界的积极响应。
 

 
三、绿色化学研究

  绿色化学是20世纪90年代出现的一个多学科交叉的研究领域。它可以诠释为环境友好化学,其核心内涵是反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和生产有害物质。

1.绿色化学的核心

  利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
 
  

绿(green chemistry)

按照绿色化学的原则、在理想的化工生产方式是:
 
  反应物的原子全部转化为期望的最终产物。

2.绿色化学的主要特点

  (1)充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料;
 
  (2)在无毒、无害的条件下进行反应,以减少向环境排放废物;
 
  (3)提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳,实现“零排放”;
 
  (4)生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。
 
  绿色化学给化学家提出了一项新的挑战,国际上对此很重视。1996年,美国设立了“绿色化学挑战奖”,以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。绿色化学将使化学工业改变面貌,为子孙后代造福。

3.绿色化学的12条原则

  绿色化学的研究者们总结出了绿色化学的12条原则,这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。
 
  ●防止污染优于污染形成后处理。
 
  ●设计合成方法时应最大限度地使所用的全部材料均转化到最终产品中。
 
  ●尽可能使反应中使用和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小。
 
  ●设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性。
 
  ●尽量不用辅助剂,需要使用时应采用无毒物质。
 
  ●能量使用应最小,并应考虑其对环境和经济的影响,合成方法应在常温、常压下操作。
 
  ●最大限度地使用可更新原料。
 
  ●尽量避免不必要的衍生步骤。
 
  ●催化试剂优于化学计量试剂。
 
  ●化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型。
 
  ●分析方法应能真正实现在线监测,在有害物质形成前加以控制。
 
  ●化工生产过程中各种物质的选择与使用,应使化学事故的隐患最小。

4.化学实验绿色化的五条途径

  (1)开发绿色实验。如实验室用H2O2分解制O2代替KClO3分解法,实现了原料和反应过程的绿色化。
 
  (2)防止实验过程中尾气、废物等环境的污染,实验中有危害性气体产生时要加强尾气吸收,对实验产物尽可能再利用等。
 
  (3)在保证实验效果的前提下,尽量减少实验试剂的用量,使实验小型化、微型化。
 
  (4)对于危险或反映条件苛刻,污染严重或仪器、试剂价格昂贵的实验,可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法。
 
  (5)妥善处置实验产生的废物,防止环境污染。

5.原子经济性

  最理想的“原子经济”是指反应物的原子全部转化到期望的最终目标产物中,达到原子利用率为100%。

6.符合“绿色化学”要求的化学反应

  7.
 
  5R理论:
 
  1.减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率、减少损失率。减少“三废”排放量。主要是减少废气、废水及废弃物(副产物)排放量,必须排放标准以下。
 
  2. 重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。
 
  3. 回收——Recycling 回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。
 
  4.再生——Regeneration 再生是变废为宝,节省资源、能源,减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。
 
  5.拒用——Rejection 拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用。
 
  化合反应加成反应加聚反应
 

编辑/发表时间:2010-07-05 16:51
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洪石荣