綠色化工技術(shù)在精細化工中的應(yīng)用研究

張在根 李朝兵 李君

摘 ? 要：科技進步帶動了化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，研究如何讓化工向著綠色環(huán)保方向發(fā)展有著巨大的現(xiàn)實意義。從概述綠色化工技術(shù)入手，逐步介紹6大綠色化工技術(shù)在精細化工中如何被有效利用，并對未來綠色化工技術(shù)的發(fā)展趨勢進行展望。

關(guān)鍵詞：綠色化工;精細化工;現(xiàn)代科技

化工企業(yè)在發(fā)展過程中必須加強精細化，不能只關(guān)注生產(chǎn)能力而忽略擴大生產(chǎn)所帶來的環(huán)境破壞。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的落實，化工企業(yè)的生產(chǎn)模式也正在逐步向精細化工轉(zhuǎn)變，逐步將綠色化工技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中。

1 ? ?綠色化工技術(shù)概述

綠色化工技術(shù)是指在實際化工生產(chǎn)過程中，采取環(huán)保的形式進行操作，力求最大限度地降低各種類別的污染物的排放，達到綠色環(huán)保的目的。只有把綠色化工技術(shù)融會貫通到化工生產(chǎn)的每一環(huán)節(jié)中，使化工生產(chǎn)精細化，才能最大限度地提升資源的使用效率。讓綠色技術(shù)和現(xiàn)代化工技術(shù)更好地結(jié)合在一起，創(chuàng)新化工技術(shù)，使化工產(chǎn)業(yè)的相關(guān)機械和設(shè)備達到環(huán)境保護的指標，讓化工企業(yè)在創(chuàng)造經(jīng)濟價值的同時獲取更多的社會效益。

首先，綠色化工是將工業(yè)廢料排放降到最低且對環(huán)境毫無污染的一種化學(xué)工藝。通過綠色化工的技術(shù)支持，使化學(xué)工業(yè)的各類精細化機械設(shè)備能高效率地完成生產(chǎn)工作，進而充分利用化工原料，降低生產(chǎn)成本。確保在生產(chǎn)過程中不會再產(chǎn)生污染環(huán)境的隱患。

其次，綠色化工技術(shù)能充分地利用化工原料和能源，符合可持續(xù)發(fā)展原則。在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，要將對生態(tài)環(huán)境的保護和對員工身體健康的保障作為指標。

最后，為了達成“零污染、零排放”的主要目標，綠色化工技術(shù)要求化工工業(yè)所使用的生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施都采用無毒無公害的綠色環(huán)保材料。也可使用最新的綠色工藝對化工原料進行加工，如膜分離技術(shù)、超臨界流體技術(shù)等。

我國目前的大部分化工產(chǎn)業(yè)都在逐步將綠色化工技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)過程中。在綠色化、精細化技術(shù)下開展的化工產(chǎn)業(yè)，從應(yīng)用各類化學(xué)原料到各類化學(xué)設(shè)備機械都能創(chuàng)造綠色環(huán)保價值。相較于傳統(tǒng)的化工產(chǎn)業(yè)，綠色化工技術(shù)能將工業(yè)廢料對周圍環(huán)境的破壞性污染降到最低。

2 ? ?精細化工中綠色化工技術(shù)的有效應(yīng)用

2.1 ?納米技術(shù)

納米技術(shù)從推出至今，仍是全球范圍內(nèi)的熱門話題和尖端科技，主要原因就是納米科技下的全新材料會在各方面都遠超同類材料。如經(jīng)過納米科技處理的銅，比常規(guī)銅要堅硬6倍左右;經(jīng)過納米科技處理的鐵，韌性要比常規(guī)鐵提高12倍左右[1]。隨著納米科技的不斷發(fā)展，各種各樣的納米材料層出不窮，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬、拓深。

2.1.1 ?化工轉(zhuǎn)化及催化

納米技術(shù)因其優(yōu)異的化工轉(zhuǎn)化和催化能力正在被大力推廣于化工產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域中。納米型多孔材料被大量用于催化劑領(lǐng)域，并還在不斷開發(fā)與研究中，為大量化工合成工業(yè)企業(yè)的現(xiàn)代化和科技進步奠定了有力的基石。在石油加工工業(yè)的冶煉工程中，納米型多孔材料因其所含有的沸石被應(yīng)用多年，這種催化劑能把甲烷完整地轉(zhuǎn)化成液體工業(yè)燃料，顯著減少生產(chǎn)成本。

2.1.2 ?化工過濾及分離

納米技術(shù)制造出來的新型材料也廣泛運用于化工材料的過濾及分離。主要應(yīng)用領(lǐng)域為水和空氣的提純過程及其他相關(guān)工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括生物酶的萃取和生物制藥、工業(yè)廢料的排除、油水成分的分離等。

運用納米科技將氧原子從氮氧化物分子結(jié)構(gòu)中脫除的制作工藝制取純液態(tài)氧，擺脫了傳統(tǒng)依托深冷液化工藝高昂的費用和復(fù)雜的操作，極大地減少了生產(chǎn)成本，同時因為能自由且精準地控制眼徑的大小，該工藝的適用范圍變得極為廣泛。

2.2 ?微化工技術(shù)

傳統(tǒng)的化學(xué)生產(chǎn)設(shè)備和工藝就是微化工技術(shù)的開端。相較于傳統(tǒng)化工設(shè)備，微化工技術(shù)主要通過利用微通道反應(yīng)器來完成化學(xué)加工，具有傳熱能力高、反應(yīng)持液量少的優(yōu)點。

在研發(fā)微化工技術(shù)的過程中，學(xué)者們把研究微反應(yīng)器作為工作的重點和核心內(nèi)容。微反應(yīng)器又稱為微通道反應(yīng)器，主要利用微加工技術(shù)和精密儀器加工技術(shù)來完成三維結(jié)構(gòu)原件在化學(xué)反應(yīng)中的制作。同時在三維結(jié)構(gòu)反應(yīng)器中做到換熱、混合、分離、分析[2]。微反應(yīng)器能有效地篩選催化劑，并隨著微反應(yīng)器的更新?lián)Q代，篩選的效率還在不斷地上升，篩選的模式也在不斷優(yōu)化、更新。

微反應(yīng)器在近些年的發(fā)展中，已經(jīng)逐漸應(yīng)用到化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過程中。通過提升反應(yīng)效率，有利于整體工藝的優(yōu)化，推動化工產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化升級。目前，我國已逐步重視起微化工技術(shù)對于企業(yè)生產(chǎn)效率的提升，伴隨著企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的不斷提高，微化工技術(shù)的科技水平也在不斷提高。

2.3 ?綠色分離技術(shù)

在化工行業(yè)中，無論是精細化工行業(yè)還是傳統(tǒng)化工行業(yè)都會使用分離技術(shù)。和傳統(tǒng)化工行業(yè)不同的是，精細化工大量使用綠色化工技術(shù)?，F(xiàn)階段綠色化工在分離技術(shù)上表現(xiàn)為樹脂吸附技術(shù)、微波萃取技術(shù)和膜分離技術(shù)[3]。

樹脂吸附技術(shù)主要應(yīng)用于藥物的制備過程，通過大孔樹脂對藥物中的有效成分進行吸附，再通過洗脫回收，去除雜質(zhì)，達到提純藥物的目的。在分離技術(shù)的實際應(yīng)用中，綠色化工技術(shù)的消耗更低、污染更最小、效率更高，所以目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

2.4 ?生物化工技術(shù)

生物化工技術(shù)囊括細胞工程、遺傳工程及酶工程，是一項復(fù)雜且具有極大現(xiàn)實意義和價值的尖端科技。生物化工生產(chǎn)技術(shù)和生物化工催化技術(shù)是其亮點項目。

2.4.1 ?生物化工生產(chǎn)技術(shù)

生物化工生產(chǎn)技術(shù)是一種顛覆傳統(tǒng)化工生產(chǎn)模式的新興科技，開創(chuàng)了化工生產(chǎn)的全新生產(chǎn)思路和模式。如甘油發(fā)酵生產(chǎn)法可以取代傳統(tǒng)的提取法和化解法，極大地降低了化工原料的生產(chǎn)成本，擴大了甘油的生產(chǎn)產(chǎn)量。甘油發(fā)酵法對生產(chǎn)設(shè)備的要求很低，生產(chǎn)原料來源也十分廣泛且成本低廉，有著廣闊的發(fā)展前景。

可用于甘油生產(chǎn)的原料有釀酒酵母、耐高滲壓酵母等，在生物化工科技的實際應(yīng)用中將其合成。在信息技術(shù)和自動化技術(shù)的支持下，生物化工生產(chǎn)技術(shù)將有更快的發(fā)展速度。

2.4.2 ?生物化工催化技術(shù)

化工產(chǎn)品在生產(chǎn)時需要催化劑參與其中，生物化工催化技術(shù)就是將原本無機物的催化物換成各種酶。這些酶的來源十分廣泛，有微生物、植物、動物等，其中，微生物是酶最主要的來源。其原因在于微生物的種類繁多、培養(yǎng)簡單，最重要的一點是，從微生物中提取酶要比植物和動物簡單，并且成本更低。

以酶作為化工生產(chǎn)的催化劑存在回收困難、穩(wěn)定性差、難以提純等缺點[4]?？梢宰尶紫恫牧献鳛槊傅妮d體，如瓊脂、纖維素等，通過物理吸附、生物結(jié)合等方式將其聚合在一起，實現(xiàn)以酶作為催化劑的實際應(yīng)用目的。

2.5 ?分子設(shè)計技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，先進的分子設(shè)計技術(shù)也被應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)中。分子設(shè)計技術(shù)是一項全新技術(shù)，主要利用計算機的高計算力對化學(xué)材料的分子結(jié)構(gòu)進行解析，總結(jié)其規(guī)律和特點。通過這個過程進行精細化工的生產(chǎn)，能節(jié)省大量的實驗時間和實驗經(jīng)費，同時能更直觀、科學(xué)、可靠地對新材料進行探索。

計算機技術(shù)和精細化工的結(jié)合催生了綠色化工中的分子設(shè)計技術(shù)，使化學(xué)工業(yè)中對工藝的研究與探索加快進度，化工行業(yè)整體的科技水平有著顯著的提高。

2.6 ?超臨界流體技術(shù)

超臨界流體技術(shù)屬于綠色化學(xué)化工技術(shù)，在精細化學(xué)、食品、醫(yī)藥等化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2.6.1 ?超臨界二氧化碳萃取技術(shù)

超臨界二氧化碳萃取技術(shù)屬于分離提純技術(shù)的一種。利用超臨界流體，即以溫度高于臨界溫度、壓力高于臨界壓力的熱力學(xué)流體作為萃取劑，能將萃取原料中的金屬離子、香料色素及其他所需要的成分萃取出來。在醫(yī)藥方面，常用于提取中醫(yī)藥草中有效成分、精制熱敏性生物制品藥物、分離脂質(zhì)類混合物;在香料工業(yè)方面，多用于精制合成及天然香料;在食物方面，多用于對人體有害物質(zhì)和食用色素的提取等。

2.6.2 ?超臨界干燥技術(shù)

超臨界干燥的基本原理是：在超臨界狀態(tài)下，液體和氣體之間不再有界面存在，而是成為介于液體和氣體之間的一種均勻的流體。這種流體不存在氣-液界面，從而不存在毛細管力，進而不會引起結(jié)構(gòu)破壞和導(dǎo)致凝膠體收縮。它會逐漸從凝膠中排出，最后材料具有納米孔結(jié)構(gòu)，并且充滿氣體。

氣凝膠是具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料，由于其具備不同特性，應(yīng)用于催化劑或催化劑載體、高效隔熱原料、氣體過濾原料等多個領(lǐng)域。二氧化硅凝膠由于制作流程簡單、原料易獲取，是目前應(yīng)用最廣泛和最早應(yīng)用的一種氣凝膠。主要應(yīng)用于冷凍儲藏罐和真空設(shè)備的絕緣粉狀填料。

3 ? ?精細化工中綠色化工技術(shù)的發(fā)展趨勢

目前我國在精細化工中已經(jīng)大量普及并使用的綠色工藝有納米技術(shù)、微化工技術(shù)、綠色分離技術(shù)、生物催化技術(shù)、分子設(shè)計技術(shù)和超臨界流體技術(shù)，實現(xiàn)了化工產(chǎn)業(yè)的綠色化。

面對全球資源短缺的現(xiàn)實，我國化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展研究仍需要繼續(xù)，這就要求綠色化工的研究也繼續(xù)深入。綠色化工能有效實現(xiàn)在精細化工中把控從原料到生產(chǎn)再到化工廢料處理的全過程。杜絕資源浪費和環(huán)境污染，有助于提高國家的生產(chǎn)水平和確保人民群眾的安全。這也是未來化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向：將新材料、新能源、新工藝相結(jié)合的綠色和精細化工生產(chǎn)。加強對化工企業(yè)的監(jiān)管，貫徹落實節(jié)能減排的生產(chǎn)方案，積極建設(shè)環(huán)境友好型、資源友好型企業(yè)。綠色化工的科技創(chuàng)新應(yīng)當不斷加強，對綠色化工技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用也應(yīng)不斷加強，這也需要化工企業(yè)對精細化工生產(chǎn)投入資金支持和技術(shù)支持。

我國作為人口大國，在開放二胎政策后人數(shù)必定會產(chǎn)生階段性增長，意味著未來我國對化工產(chǎn)品、化工資源的需求也會階段性提升，同時也對生活環(huán)境的要求標準再次提高。普及綠色化工刻不容緩，綠色化工技術(shù)能有效地滿足需求，增加化工產(chǎn)品產(chǎn)量、擴大化工資源來源范圍、減少環(huán)境污染，有利于我國總體的社會發(fā)展。

4 ? ?結(jié)語

我國已經(jīng)逐步將綠色化工技術(shù)中的綠色工藝實際應(yīng)用在精細化工中，并初見成效。我國科研人員仍需要進一步加深對綠色化工技術(shù)的研究，政府也應(yīng)加強對化工企業(yè)將綠色化工技術(shù)落實在精細化工中的監(jiān)督管理，從而推動我國的可持續(xù)發(fā)展。

[參考文獻]

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