＊慈曉琳

（上海永道環(huán)境技術(shù)有限公司 上海 200092）

1.綠色化學(xué)的重要地位

綠色化學(xué)也叫環(huán)境無害化學(xué)，其是指在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)開始就最有效的利用原料，采用預(yù)防的科學(xué)手段及環(huán)境友好的化學(xué)反應(yīng)，最大限度地降低能耗，最大的生產(chǎn)出環(huán)保、有用的產(chǎn)品，在整個(gè)生產(chǎn)始末過程中，均為零排放或者零污染。

(1)人類生存的需要

人類社會(huì)的發(fā)展過程就是自然資源消耗及應(yīng)用的過程，在化工為我們提供物質(zhì)基礎(chǔ)、改善生存條件的同時(shí)，也帶來了很多因自然環(huán)境破壞而產(chǎn)生的不利人類生存的危害，如全球變暖、臭氧層空洞、霧霾及紫外線輻射等。

(2)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要

隨著技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)工業(yè)在推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染問題也隨之產(chǎn)生，由于企業(yè)對污染物處理成本的增加，進(jìn)而對于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。

(3)企業(yè)健康發(fā)展的需要

企業(yè)在化工生產(chǎn)的同時(shí)產(chǎn)生了無經(jīng)濟(jì)價(jià)值并對環(huán)境有害的廢水、廢氣及廢渣，嚴(yán)重破壞了自然界的生態(tài)環(huán)境，增加了企業(yè)處理的成本，降低了企業(yè)的競爭力。

以上因化學(xué)工業(yè)而導(dǎo)致的問題都可以使用綠色化學(xué)技術(shù)得以緩解及解決，所以在化工生產(chǎn)過程中推行綠色化學(xué)是相當(dāng)必要的。

2.綠色化學(xué)的理念

從科學(xué)角度來看，傳統(tǒng)化學(xué)的思維方式因綠色化學(xué)產(chǎn)生而更新和發(fā)展，綠色化學(xué)的核心是研發(fā)新的合成方法、新的工藝路線，尋找傳統(tǒng)化工原料的替代品，特別是可再生的生物資源，使用新的反應(yīng)條件，如環(huán)境無害化反應(yīng)介質(zhì)、超臨界流體，最終設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出環(huán)境友好型產(chǎn)品。從環(huán)境角度來看，在源頭上消除了環(huán)境污染是綠色化學(xué)的宗旨，其從源頭上避免使用對生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)原料、化學(xué)溶劑及反應(yīng)催化劑，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或副產(chǎn)物無害化，生產(chǎn)出不污染環(huán)境并且有利于環(huán)境的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)的“零排放”與“原子經(jīng)濟(jì)性”。從經(jīng)濟(jì)角度來看，綠色化學(xué)使資源和能源得到了更合理利用，使生產(chǎn)成本降低，其符合了經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。

(1)P.T.Anastas和J.C.Waner綠色化學(xué)12原則

①防止污染物的產(chǎn)生比生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染物后再處理要好。

②在進(jìn)行合成方法設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使全部原輔材料盡量的、最大程度的轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。

③盡最大可能的使生產(chǎn)過程中使用的原輔材料及產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境無污染。

④合成的化合物既要具有所需要的性能，又應(yīng)具備低毒、低污染特性。

⑤在設(shè)計(jì)合成方法時(shí)應(yīng)盡量降低反應(yīng)所需能耗，還需考慮化學(xué)反應(yīng)對環(huán)境及經(jīng)濟(jì)的影響。常溫、常壓下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)是有效降低反應(yīng)能耗的重要手段。

⑥在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益允許情況下，最大限度的回收廢棄物中可重復(fù)利用的原料。

⑦盡可能避免衍生反應(yīng)合成化合物，因衍生反應(yīng)過程中需額外添加反應(yīng)物及產(chǎn)生無用的廢棄物。

⑧使用反應(yīng)催化劑比化學(xué)計(jì)量數(shù)試劑更占優(yōu)勢。

⑨盡量使用可降解材料設(shè)計(jì)產(chǎn)品，材料降解后生成無害的產(chǎn)物，不污染環(huán)境。

⑩使用在線監(jiān)控的分析方法，將對環(huán)境有害的產(chǎn)物在產(chǎn)生前就對反應(yīng)加以控制。

(2)綠色化學(xué)5R原則

①Reduction（減量），在化學(xué)反應(yīng)過程中，應(yīng)減量使用原輔料，達(dá)到節(jié)約自然資源，減少“三廢”排放的目的。

②Reuse（重復(fù)使用），重復(fù)使用是降低生產(chǎn)成本，減少污染物排放的重要手段。如化學(xué)工程中催化劑、載體等，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮重復(fù)使用。

③Recycling（回收），通過回收未反應(yīng)的原料、不參加反應(yīng)的溶劑、反應(yīng)副產(chǎn)物及反應(yīng)助劑，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、減少污染和節(jié)約成本的目的。

④Regeneration（再生），在生產(chǎn)過程中使原材料得到再生，提高資源、能源利用率，減少污染物排放。

⑤Rejection（拒用），拒絕使用對環(huán)境有污染性且不可回收、不可再生、不可替代的原輔料。

3.綠色化學(xué)的發(fā)展方向

（1）探索綠色化學(xué)的反應(yīng)原料。參加反應(yīng)過程的化學(xué)原輔料，要符合綠色化學(xué)5R要求。

（2）提高原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)。原子經(jīng)濟(jì)性的氧化反應(yīng)、催化的加成反應(yīng)、周環(huán)反應(yīng)中具有代表性的Diels-Alder反應(yīng)。

（3）提高反應(yīng)的選擇性。使用定向合成的方法，減少副反應(yīng)產(chǎn)生及衍生物的產(chǎn)生。

（4）開發(fā)環(huán)境友好型催化劑。選擇使用催化劑，除關(guān)注催化劑活性、選擇性及催化壽命外，要考慮催化劑的環(huán)境友好性。如雜多化合物在催化氧化、烷基化、異構(gòu)化等石油化工領(lǐng)域使用。

（5）使用物理方法促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。使用微波、輻照等物理方法促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，減少化學(xué)品的使用及污染物的排放。

（6）計(jì)算機(jī)輔助助力綠色化學(xué)設(shè)計(jì)和模擬。利用計(jì)算機(jī)可進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)分析、化學(xué)反應(yīng)程度預(yù)測及化工流程控制等方面的計(jì)算和模擬，為開發(fā)出符合綠色化學(xué)12原則的最佳工藝路線及產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案提供助力。

（7）研發(fā)環(huán)境友好產(chǎn)品。如可降解塑料、環(huán)境友好農(nóng)藥、綠色燃料、綠色涂料等。

4.環(huán)境保護(hù)中綠色化學(xué)的應(yīng)用

化學(xué)工業(yè)具有行業(yè)復(fù)雜，品種多，工藝差別大等特點(diǎn)，是國民經(jīng)濟(jì)的重要支撐之一。但隨著現(xiàn)階段全球生態(tài)危機(jī)的加劇，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為了世界各國特別關(guān)注的重點(diǎn)問題。綠色化學(xué)作為預(yù)防及治理環(huán)境的有效手段，近年在環(huán)境保護(hù)方面具有廣泛的應(yīng)用，具體如下。

(1)綠色化學(xué)在大氣污染預(yù)防中的應(yīng)用

煤炭燃燒產(chǎn)生的二氧化硫，二氧化硫是大氣污染中最主要的污染物，大氣污染預(yù)防的關(guān)鍵在于減少、控制二氧化硫的排放。綠色化學(xué)中預(yù)防和治理空氣污染最有效的方法是使用煤炭脫硫技術(shù)。目前有三種燃煤脫硫技術(shù)，第一種從污染預(yù)防角度出發(fā)，在煤炭燃燒之前，使用物理及化學(xué)方法對煤炭進(jìn)行燃前脫硫處理；第二種在煤炭燃燒過程中，從污染治理角度出發(fā)，對煤炭進(jìn)行固硫處理；第三種，從污染治理角度出發(fā)，對煤炭燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行煙氣脫硫處理。綠色化學(xué)中煤炭生物脫硫技術(shù)是人工加速自然界硫循環(huán)的方法，采用該技術(shù)在環(huán)境保護(hù)方面效果好、經(jīng)濟(jì)效益高、反應(yīng)溫和等特點(diǎn)，目前該技術(shù)是大氣污染防治的主要發(fā)展方向。生物脫硫技術(shù)分為處理浮選法、生物浸出法及微生物絮凝法。在煤炭生物脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上，煤炭生物—非生物脫硫技術(shù)也是當(dāng)前煤炭脫硫技術(shù)研究的新方向，此技術(shù)可有效縮短脫硫時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。此外，在現(xiàn)有馴化菌種選育研究基礎(chǔ)上，正努力探索利用遺傳學(xué)新技術(shù)、新成果對煤炭脫硫生物進(jìn)行改良研究[2]。

(2)綠色化學(xué)在水污染中的應(yīng)用

水污染主要來源于城市污水及工業(yè)廢水，其中工業(yè)廢水中含有大量的酸堿離子、金屬離子，甚至具有放射性性質(zhì)的物質(zhì)[3]。這些工業(yè)廢水中的大部分物質(zhì)可作為生產(chǎn)中的原料來使用，它們具有很高的可回收利用價(jià)值，并且工業(yè)廢水中的物質(zhì)對生物健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。而傳統(tǒng)的水污染治理由于技術(shù)水平低，提取廢水中化學(xué)物質(zhì)效果差，即對大量工業(yè)原材料造成浪費(fèi)，也沒達(dá)到污水治理的目標(biāo)。

當(dāng)前，工業(yè)廢水的凈化效果隨著綠色化學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展而顯著提高，清潔原材料在化工生產(chǎn)中的引入，新型的化工合成技術(shù)和方法的實(shí)施，降低了工業(yè)廢水中有害物質(zhì)提取難度，并降低了工業(yè)廢水的外排量，達(dá)到增加原材料使用率、污水零排放的目的。除從源頭控制化工原料及生產(chǎn)工藝外，水污染處理技術(shù)也得到了長足進(jìn)步，特別是聯(lián)用聲、光、電、磁、微生物氧化等手段的水處理技術(shù)的研究和開發(fā)，并開發(fā)出了高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的水處理技術(shù)[4]。

(3)綠色化學(xué)在固體廢棄物污染中的應(yīng)用

化工生產(chǎn)固體廢棄物、城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)固體廢棄物是自然界中固體污染物的主要來源。傳統(tǒng)的固體廢棄物一般采用填埋法或燃燒法進(jìn)行處理，但燃燒法會(huì)產(chǎn)生大量對環(huán)境有毒有害的氣體，使大氣環(huán)境遭受二次污染；而采用填埋法處理固體廢棄物雖然不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，但占用大量耕地，且廢棄物降解困難，廢棄物在填埋后會(huì)造成土壤的污染，最終造成地下水受到污染。綠色化學(xué)技術(shù)是解決上述問題的有效手段，采用熱分選煤氣化或電離氣化技術(shù)，其在固體廢棄物處理過程中操作簡單，經(jīng)濟(jì)效益高，具有較高的自然資源利用率，處理時(shí)不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，可以避免二次環(huán)境污染現(xiàn)象發(fā)生。另外超聲波降解技術(shù)也有較大進(jìn)步，通過超聲波的聲能對白色污染物進(jìn)處理，能夠在空氣氣泡內(nèi)使有機(jī)物發(fā)生化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，達(dá)到有機(jī)物降解的效果[5]。

5.結(jié)語

綠色化學(xué)是傳統(tǒng)化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展理念相結(jié)合的一門新興的科學(xué)領(lǐng)域，在現(xiàn)階段是前沿性的技術(shù)，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有不可替代的作用。只有不斷的加大綠色化學(xué)研究，不斷創(chuàng)新綠色化學(xué)方法，全力發(fā)展綠色化學(xué)工業(yè)，才能自源頭上預(yù)防環(huán)境污染，提高化學(xué)工業(yè)的“原子經(jīng)濟(jì)性”，實(shí)現(xiàn)化學(xué)工業(yè)“零排放”。