沈慶科
摘要:隨著我國科技水平的不斷發(fā)展,我國的化工行業(yè)也得到了很大的發(fā)展,并且現(xiàn)階段開始趨于穩(wěn)定發(fā)展,為推動社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻。在化工行業(yè)中精細化工格外的吸引人,因為它不僅推動化工行業(yè)向著精細化的方向發(fā)展,并且?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟效益和社會效益,而在精細化工產品的生產合成過程中會涉及到很多的化學應用。在實現(xiàn)精細化學品清潔生產的基礎研究中,氧化反應是應用最廣,也是最難控制的一類反應。本文將探述精細化學品的綠色氧化合成,實現(xiàn)資源利用過程和自然生態(tài)過程的協(xié)調。
關鍵詞:精細化學品;綠色氧化;合成;固體催化劑;仿生氧化
引言
在實現(xiàn)精細化學品清潔生產的基礎研究中,氧化反應是應用最廣,也是最難控制的一類反應。在化學品中,通過氧化反應生產的產品占有份額最大,由于氧化反應產物大多是熱力學不穩(wěn)定的中間化合物,其反應選擇性始終是最具挑戰(zhàn)性的難題.研究采用不產生污染的氧化劑如分子氧、過氧化氫等,選擇合適的催化劑和有效的反應路徑,采用多種強化方法生產環(huán)境友好的精細化學品,是實現(xiàn)清潔生產的重要研究課題.而采用高效的催化劑、不使用有害的 劑、在溫和的反應條件下,實現(xiàn)資源利用過程和自然生態(tài)過程的協(xié)調,對于精細化學品的研究和開發(fā)過程中資源的有效利用以及環(huán)境的保護具有重大的意義。
1精細化學品定義
從廣義上來講,精細化學品就是精細化工產品的簡稱,可以定義為一種具備針對性功能、制造工藝復雜、步驟繁瑣,且產量小、高純度、高附加價值的化工產品。如果從生產的層面上,對其進行定義,那么則可將精細化學品定義為,通過對大規(guī)?;瘜W品,或通用化學品進行深入加工,所得到的具備特定應用性能或潛在的特定應用性能的化學品。
2精細化工的特點
當前在國際上還沒有對精細化工形成統(tǒng)一的認識和概念,籠統(tǒng)上進行分析,精細化工主要指的是對一些精細化學品進行生產的工業(yè),精細化工品主要具有以下特點,首先其產量不是非常高,而且品種比較多。在產品生產的過程中,具有較快的更新?lián)Q代速度,通常使用間歇式生產的方式進行生產,其次這些產品具有最終使用性或者具有一定的功能,第三,在產品的功能和化學反應之間息息相關,在生產的過程中,主要由生產的工藝和原料對其產品的性能進行確認,第四,在生產的過程中,對質量要求和產品技術要求都比較高,另外這些產品具有很強的商品性質,簡而言之就是他們生產的目的就是為了銷售,最后他們具有較高的附加值,而且技術含量比較高,精細化工品主要是精細化工生產過程中的產物和化學工業(yè)的應用息息相關。
3精細化學品地位
從地位上來看,精細化學品種類多、用途廣,是一種能夠直接服務于國民經(jīng)濟、群眾生活,以及高科技產業(yè)的重要物資。現(xiàn)階段,國際精細化學品市場規(guī)模早已突破了3800億美元,所生產,并投入使用的精細化學品高達10萬余種。從整體上來說,精細化學品早已在國際民生、國防安全、國民經(jīng)濟等方面占據(jù)了重要的地位。
4精細化學品分類
目前,精細化學品的種類極其豐富,導致人們在分類時,形成了差異性的觀點,但現(xiàn)階段,認可度比較高的分類是由大連理工精細化工系的教授,以化學品功能為方向,結合我國精細化工的發(fā)展以及化學品分子結構特征,提出的18個精細化學品類別,包括醫(yī)藥、農藥、涂料、粘合劑、香料等。
5精細化學品的綠色合成研究
5.1催化綠色合成技術
催化法作為中間體合成的主要方法,但傳統(tǒng)工藝存在催化劑無法循環(huán)使用、催化反應腐蝕設備、催化反應污染物形成數(shù)量多等問題。為此,人們開始積極運用支持催化劑分離、循環(huán)使用的多相催化法,來構建連續(xù)化的生產模式,由此實現(xiàn)催化合成工藝的綠色化,提升了精細化學品的綠色生產水平。就目前來看,催化綠色合成技術主要包括烷基化綠色合成技術、?;G色合成技術、酯化綠色合成技術、氧化綠色合成技術等。
其中,烷基化技術是指一種,基于酸堿催化反應機理,通過將芳環(huán),及其側鏈進行基化處理,實現(xiàn)中間體合成的合成技術。在具體的技術應用中,人們通過用HSZM-5代替?zhèn)鹘y(tǒng)的AlCl3-HCl作為催化劑,構建出了烷基化清潔工藝,能夠實現(xiàn)催化劑的分離和復用,且有害生成物也更少,使烷基化技術成為了一種綠色化的精細化學品中間體合成技術。
?;夹g作為香料化工生產領域中的一項重要技術,其的主要作用機理為,通過催化反應,對芳環(huán)的Friedel-Crafts予以?;幚?,以制備出芳酮作為香料精細化學品的中間體。傳統(tǒng)條件下,人們會選用酸液作為催化劑,但這種催化劑具有污染大、能耗多等弊端,但現(xiàn)階段,人們已經(jīng)應用了環(huán)境優(yōu)化的固體酸催化劑,構建出了綠色化的?;夹g,達到了中間體綠色化合成的效果。
5.2非常規(guī)綠色合成新技術
非常規(guī)綠色合成新技術,可以被分為非常規(guī)熱能技術、非熱能物理技術等多種類型。在精細化學品生產中應用此技術進行中間體合成,能夠提高反應效率、降低能耗、減少廢物排放,極為符合綠色化的精細化工發(fā)展趨勢。但現(xiàn)階段,普及應用較為廣泛的非常規(guī)綠色合成新技術主要有三種,即微波強化技術、電化學技術、超聲強化技術。
其中,微波強化技術是指一種借助波長1cm~1m、頻率300GHz~300MHz的電磁波,進行中間體合成反應的綠色合成技術。此項技術最早由科學家Vanderhoff提出,其用微波爐加熱,來進行乳液聚合反應,并發(fā)現(xiàn)在電磁波的作用下,聚合反應會明顯加快,由此首次實現(xiàn)將電磁波用于有機合成,此后,Gedye與同事在微波爐中進行了酯化反應,才讓微波技術成為了有機合成新技術。在中間體合成中應用此技術,能夠讓合成反應效率更高、副產物更少、純化更方便,由此使合成反應進入環(huán)境友好的狀態(tài),同時,此技術無需額外的催化劑等化學藥劑,而且能耗較低,所以此技術還具有明顯的經(jīng)濟性,提升了精細化工中間體合成反應綠色化水平
電化學技術也可以被稱為電解合成技術,此技術的主要作用機理在于,通過對反應物施加電力,使其的電子轉移,形成新的物質,實現(xiàn)合成反應。在中間體合成中,人們借助該技術,可以用電力來代替高污染、劇毒有害的傳統(tǒng)氧化、還原劑,同時也支持合成反應在溫和的條件下發(fā)生,因此,此技術不僅清潔,而且無需工作者花費過多的成本創(chuàng)造反應條件,使中間體合成反應更具經(jīng)濟性。此外,該技術也具備極強的可控性,支持工作者通過調整電解條件、電解質、電極這幾項要素,對合成反應進行選擇性的控制,由此清潔、高效地獲取目標產物。
超聲強化技術是指利用高于20kHz聲波的超聲空化作用,進行合成反應的綠色合成技術。一般來說,在超聲空化作用下,局部區(qū)域可以達到5000℃高溫、10-9k/s溫度變化率、500大氣壓,同時,還會引發(fā)極強的射流、沖擊波和放電,由此創(chuàng)作出一個能夠促進合成反應進行的環(huán)境。而在此背景下,用超聲波代替三廢大、成本高、效率低的傳統(tǒng)氧化、還原劑,顯然能夠獲得更好的中間體合成綠色化建設效果。此外,超聲波應用所需的能耗較低,而且可以減少副反應的發(fā)生,使合成反應效果達到更高的反應物利用率,因此,應用該技術還可以削減反應成本,深入優(yōu)化中間體合成綠色化水平。
結束語:
現(xiàn)階段,精細化工的具體發(fā)展情況還處于在初步階段,因此需要大量的資金、時間投放到其中,而綠色精細化工具有非常多的優(yōu)點,所以對其的研發(fā)更需要積極的投入。綠色精細化工可以使化工生產能夠進行正常的運行,對環(huán)境也不會造成嚴重的污染等,做到了環(huán)保性的生產應用。因此,在未來的發(fā)展中需要對其進行大量的研發(fā),這樣可以為社會帶來更多的福利。
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