绿色化学的发展与前景

绿色化学的发展与前景

摘要：随着社会的发展，化学产业迅速发展，不断推动着人类社会的进步，同时，也给环境带来了极大的负担，威胁着人们的健康和赖以生存的自然环境。然而污染防治虽卓有成效，但仍以治理为主，效果有限且费用昂贵，因此，绿色化学的出现极好地适应了发展趋势，将为社会的进一步发展和化学学科新的飞跃发挥巨大的作用。

关键词：绿色化学清洁生产环境污染

The development of Green Chemistry and

Engineering

Abstract:

Accompanied with the development of the society, the chemistry industry is also developing quickly. As a result, it pushes forward the advance of society. However, meanwhile, it brings great burdens on the environment, which threat the health of man and the nature. Although the preventions of pollution are fruitful, we still mainly depend on treatments after pollution, it works out to a certain extent, and it really costs a lot. So, that’s why Green Chemistry, which fits the tendency of environmental protection well, is greatly welcomed. It will make efforts for the further development of the society and chemistry.

Key words: Green Chemistry, Cleaner Production, Environmental

pollution

随着21世纪的到来, 人类生产生活与化学越来越密不可分。化学科学的研究成果和化学知识的应用为推动人类的进步起了决定性的作用。目前, 化学及其制品已经渗透到人类生活、生产和国民经济的各个领域, 达到人人、事事、处处都离不开化学及其制品的程度。

然而，另一方面, 随着化学品的大量生产和广泛应用, 给人类本来绿色平和的生态环境带来了极大的破坏，威胁着人们的健康, 以及人类赖以生存的自然环境的可持续发展。工厂向大气中排放大量酸性物质，造成雨水被大气中存在的酸性气体污染，pH<5.6,达到酸雨的标准，致使许多建筑物、植物、以及人文自然

CO浓度大景观遭到严重破坏；而在生产过程中的大量有机物燃烧，致使空气中

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幅升高，造成温室效应，使地球生态环境遭威胁；大量氯氟烷烃（如制冷剂、发泡剂、清洗剂等）的生产和使用使臭氧层出现明显的空洞，易使人发生皮肤癌、白内障等疾病，也会削弱人的免疫力，与此同时，对生态环境的影响也显著，会使农作物减产且品质下降，渔业产量下降以及森林被破坏。。。还有黑色的污水、黄色的烟尘、五颜六色的废渣和看不见的无色毒物。

虽然当今的化学污染防治已取得了巨大的成绩, 发展了新的灵敏分析监测手段, 测定环境中的污染物; 能从成千上万的化学品中鉴定出毒化合物的类型; 也发明了化学方法处理废弃物、治理了危险的污染点、减少了废弃物的排放等等, 并对一些全球性的化学污染如原油泄漏、燃煤烟尘、酸雨、汽车尾气、温室效应,、有机氯农药、环境致癌物等的研究、控制、治理已取得了肯定的进展。然而多年来解决化工生产过程中产生的废弃物, 有毒有害物质的大量排放问题, 基本上仍是以治理为主。这些办法的效果是有限的, 所需费用更是昂贵且日益增长。

为了更好地适应社会的发展趋势，实现清洁生产和污染控制，绿色化学应运而生。其旨在从源头治理污染，即所谓污染预防，没有污染物的使用、生成和排放, 也就没有环境被污染的问题。因此, 通过绿色化学的途径, 应该可以有效地解决环境污染与经济可持续发展的矛盾，促进社会的进步发展。

绿色化学又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学、清洁化学(Clean chemistry) 。这一概念最早由美国化学会（ACS）提出，并在世界范围内得到广泛的响应。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，利用以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。其核心是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，从化学反应上来说即反应物的原子全部转化为期望的最终产物，实现百分百的利用率。

绿色化学涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。其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。其它特点包括：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，以减少废物向环境排放；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。

从其研究内容上看，绿色化学是设计研究没有或尽可能小的环境副作用的、并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本和重要的科学手段，研究的内容显然要包括化学反应（化工生产）过程的4个基本要素：一是研究、变换、设计、选择对人类健康和环境友好的原材料或起始物；二是研究设计最合理最环保的反应控制条件；三是研究最好的转换反应和催化剂；四是设计或重新设计对人类健康和环境更安全的目标化合物（产品）。

值得引起注意的是，在绿色化学生产中有12条必须遵守的原则，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。分别为：

1）防止污染优于污染形成后处理。

2）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。

3）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。

4）设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性。

5）尽量不用辅助剂，需要使用时应采用无毒物质。

6）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。

7）最大限度地使用可更新原料。

8）尽量避免不必要的衍生步骤。

9）催化试剂优于化学计量试剂。

10）化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型。

11）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。

12）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。

此外，绿色化学中还有5个“R”，绿色化学的核心内容之二，其内涵也主要体现在五个“R”上：第一是Reduction——“减量”，即减少“三废”排放；第二是Reuse——“重复使用”，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，这是降低成本和减废的需要；第三是Recycling——“回收”，可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求；第四是Regeneration——“再生”，即变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径；第五是Rejection ——“拒用”,指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的，有毒副作用及污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用，这是杜绝污染的最根本方法。

综上可以看出绿色化学在清洁生产中意义重大，清洁生产与绿色化学本质上其实殊途同归，有效地利用绿色化学才能真正地实现清洁生产。实际实现绿色化学的途径有以下几点，而清洁生产也可以此为例：（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。

事实上，虽然绿色化学仍然只是“新化学婴儿”，但其已经在世界范围内广泛应用。在美国，克林顿总统设立了“总统绿色化学挑战奖”，这是世界上首次由一个国家的政府出台的对绿色化学实行的奖励政策，其目的是“通过将美国环保局与化学工业部门作为环境保护的合作伙伴的新模式来促进污染的防止和工业生态的平衡”，建立该奖是为了重视和支持那些具有基础性和创新性变迁、并对工业界有实用价值的化学工艺新方法，以通过减少资源的消耗来实现对污染的控制和防治。

在日本，也推行了适应绿色化学的“新阳光计划”，此外，欧洲各国也出台了环境保护新政策，与绿色化学紧密相关。

中国在绿色化学方面的活动也日益活跃，在即将进入21世纪之际，我国制定了“科教兴国”和“可持续发展”战略，面对国际上兴起的绿色化学与清洁生产技术浪潮，有关部门和机构也开展了相应的行动。

1995年，中国科学院化学部组织了《绿色化学与技术一推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动，对国内外绿色化学的现状与发展趋势进行了大量调研，并结合国内情况，提出了发展绿色化学与技术、消灭和减少环境污染源的七条建议，并“建议国家科技部组织调研，将绿色化学与技术研究工作列入‘九五’基础研究规划”。

1997年由国家自然科学基金委和中国石油化工总公司联合资助的“九五”重大基础研究项目《环境友好石油化工催化化学与化学反应工程》正式启动，项目涉及我国石油化工的一些重要过程，技导向基础性研究、技术可行性的初步探索和技术可行与经济合理性的重点探索三个层次，开展采用无毒无害原料、催化剂和“原子经济”反应等新技术的探索研究，为解决现有生产工艺存在的环境问题奠定基础。

1998年，在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会，《化学进展》杂志出版了《绿色化学与技术》专辑。此外，一些院校也纷纷成立了绿色化学研究机构，如中国科学技术大学绿色科技研究与开发中心、四川大学绿色化学与技术研究中心等。

社会发展日新月异，对环境保护的要求也越来越高，随着社会对绿色化学、清洁生产的迫切需求，以及绿色化学迅速的成长发展，我相信，绿色化学一定会在环境保护的平台上大放异彩，给环境保护带来突破式的发展，有效地平衡经济利益增长与生态可持续发展，真正的为社会带来巨大裨益。