(整理)绿色化工发展现状与发展趋势

绿色化工发展现状与发展趋势

【摘要】：绿色化工就是用先进的化工技术和方法来减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的各种物质的一种技术手段。它是人类和化工行业可持续发展的客观要求,是控制化工污染的最有效手段 ,是化工行业可持续发展的必然选择。中国在不久的将来将成为全球最大的化学品消费市场,但传统的高消耗、高排放、低效率的粗放型增长方式仍未从根本上得到转变。资源利用率低,环境污染严重,21世纪我国面临的资源和环境形势将更加严峻。为此开展绿色化工的技术途径与思路应该是 :采用分子设计技术和产品生命周期全过程绿色化控制的策略来设计化工新产品 ;改革传统化工产品体系 ,利用可再生资源和生物化工方法寻求无污染的新产品或替代品 ,从源头上控制化工污染的发生。同时还应该开展绿色化工的教育、宣传、信息交流和人才培养工作 ,对新建项目进行全过程环境影响评价 ,鼓励化工企业推进绿色化工生产。

引言：

我国人多地少,急剧增加的人口只会增加环境的负荷,加剧资源、能源的枯竭,加剧资源的供需矛盾。当今人类面临着人口增长迅速、自然资源短缺、环境污染严重等问题，人类无节制地开发利用自然资源，给自身生存环境造成危机。除了工业、农业等生产过程造成的破坏之外，人们日常生活中制造的大量垃圾也给生态环境造成极大的破坏。家庭日常生活资源消耗的大幅度增加。不仅是由于人口的增加，还由于人均物资消费量的增加。有证据表明，地球上50％以上的人在近40年里依然希望生活水平有所提高，这意味着将消耗更多的资源，产生更多的废弃物。

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。某些传统的产业及一些地方正低效地耗费着国家资源,一方面产生严重的环境损害,另一方面会导致资源的短缺。为了社会的永续繁荣,一方面必须走资源节约型的发展道路,另一方面需要开拓新的资源,以期实现资源的生态化利用,并且要求整个开发和利用过程都是环境友好的,而这正是化学化工科学与技术研究的重点领域,可见每个化学化工科技工作者任重而道远。

在过去的几十年中，环保技术在制造过程中的运用已取得了相当大的进步，现在人们逐渐认识到设计对环保所起的重要作用，“绿色设计”成为关注的焦点。传统的产品设计理论与方法，是以人为中心，从满足人的需求和解决问题为出发点进行的，而无视后续的产品生产及使用过程中的资源消耗以及对环境的影响。因此，对传统产品开发设计的理论与方法必须进行改革与创新。

一、绿色化工发展现状

1.绿色化工简介

绿色化工代表了化学和化工学科的共同发展趋势和目标之一，即无论是化学还是化工，不仅要面对社会发展对环境、健康和能源等方面日益严格的要求，而且还要面临来自其他新兴学科前所未有的挑战。“绿色化工”刚出现时，它更多的是代表一种理念、一种愿望。但随着时间的流逝，它本身在不断的发展变化中逐步趋于实际应用，且其发展与化工密切相关。

从它现在代表的意思来看，还可用环境友好化学、可持续发展、清洁生产等词汇来描述。但是，绿色化学与环境化学、可持续发展、清洁生产、循环经济等词汇有密切的联系，但却不是等同的概念。

石油和化学工业是国民经济的支柱产业，在国家经济发展中起着举足轻重的作用。“绿色化工”是当今国际化学工业科学研究的前沿，它从源头上消除污染，合理利用资源和能源，降低生产成本，实现可持续发展。我国是一个能源紧缺、资源短缺、人口众多的国家，因此，节能、环保和节约资源是今后石油和化工持续、快速、健康发展的重要内容和前提条件。

绿色化工产品设计要求对环境的影响最小化，这包括设计过程中的生命周期分析和循环回收、回用设计等。如果一个产品本身对环境有害，仅仅降低其成本和改进其生产工艺对环境的影响是不够的，化学工业需要思考更多的是产品全生命周期中的成本和收益，特别是要考虑社会和环境的成本。

因此，国家在这方面的法律法规对于产品设计的绿色化具有很大的影响。其中发达国家对于化工产品“绿色化”的要求，以及发展中国家受到“绿色壁垒”的限制，使得化工产品设计的绿色化成为必然趋势。在绿色化工产品设计时，要遵循全生命周期设计、再循环和再使用设计、降低原料和能量消耗设计以及利用计算机技术进行绿色化工产品的设计等原则。由于大多数人只考虑到他们直接控制的产品的生命周期部分，造成化工产品全生命周期的想法尚不能深入化学工业界。

2.绿色化工发展现状

近年来，我国化工行业产业规模扩增趋势强劲，但总体发展水平仍然较低。如何平衡发展与环保的矛盾成为亟待解决的问题。此外，很多企业的能源消耗和排污统计方法不健全，也成为行业发展的劣势。

1984年美国环保局首先提出“废物最小化”，初步体现绿色化学的思想。而到1989 年美国环保局提出“污染预防”——绿色化学思想才初步形成，1990年美国联邦政府通过“防止污染行动”的法令，将污染的防止确立为国策之后，才第一次出现“绿色化工”这个词汇。

1995年4月美国副总统戈尔宣布了国家环境技术战略，其目标为：至2020年地球日时，将废弃物减少40％．每套装置消耗原材料减少20％～25％。另外，1995年美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”．这些活动推动了绿色化学在美国的迅速兴起和发展．并引起全世界的极大关注。

1999年英国皇家化学会【1】创办了第一份国际性《绿色化学》杂志，日本也制定了以环境无害制造技术等绿色化学为内容的“新阳光计划”，在环境技术的研究与开发领域，确定了环境无还制造技术、减少环境污染技术和二氧化碳固定与利用技术等绿色化学的内容。绿色化学很快成为国际化学科。

但是，近年来社会上有一种偏见，认为化工是夕阳产业、污染产业，更有甚者，谈“化”色变。一些环境污染事件和安全事故更造成了极其不好的社会影响。造成这种现状的原因在

于：一些地方政府或个别企业只为片面追求经济利益，实行粗放式生产，随意排放“三废”，既浪费了宝贵能源和资源，又污染了环境，造成对生态的破坏。但这并不是化学工业本身的过错，化工行业实际在为一些人的愚蠢行动“背黑锅”。

迄今为止，化学家构筑了大量的化学反应，已有十几年没有新的人名反应出现，因此仅从化学反应本身开发新的反应已经难上加难。从绿色角度来看，由于很多传统有机合成反应用到有毒试剂和溶剂，这些有毒试剂和溶剂的绿色替代物的开发给这些传统反应的重新构筑提供了机遇。另外反应与生物技术、分离技术、纳米技术等的结合使得开发新型反应路径仍有空间。

另外，从另一个角度看，化工生产过程中产生的问题，也只能依靠化工自身来解决。出路就在于摒弃粗放的化工生产模式，改变“资源-废物”排放的线形物质流动过程为“资源-产品-再生资源”的循环物质流动过程，也就是我们倡导的绿色化工。这是符合发展循环经济潮流的。推崇“绿色化工”，要根据环境保护大趋势的要求，发展环保型产品，采用先进技术，实现清洁生产，最大限度地降低三废排放量。一批落后的生产工艺势必被逐步淘汰；节约能源和资源方面主要趋势是：采用先进工艺技术，降低原材料消耗；增加节水措施，提高水的重复利用率等。加快化工废水处理设备、药剂、废气处理设备、排烟设备的系列化、成套化也将是发展的重点领域，以提高化工环保产业技术和装备水平。

要真正实现化工生产的绿色化，一方面要受到来自社会、技术、经济、环境、政治等多方面的推动力，根据Crystal Faraday协会在2004年提出的路线图中给出的8个技术领域[2]，即绿色产品设计、原料、反应、催化、溶剂、工艺改进、分离技术和实现技术。在此基础上，作者提出了绿色化工产品设计、原料绿色化及新型原料平台、新型反应技术、催化剂制备的绿色化和新型催化技术、溶剂的绿色化及绿色溶剂、新型反应器及过程强化与耦合技术、新型分离技术、绿色化工过程系统集成、计算化学与绿色化学化工结合等9个方面绿色化学和化工的发展趋势。

从源头上尽量减少甚至杜绝污染，实现废物的零排放，这是绿色化学的研究范畴；另一方面，由于绿色化学还有相当的路要走，必须从工艺和设备两方面着手，大力研究与开发从整个工程链中减少或消除污染的绿色工程技术，并在此基础上进行过程系统综合，降低能耗，实现废物最小化和环境影响最小化。绿色化学技术绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学和清洁化学，它是一门从源头上阻止环境污染的新兴<科学。其研究工作主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开的。绿色化学的研究与开发绿色化学技术中最理想的是采用“原子经济”反应，实现反应的绿色化，即原料分子中的每一原子都转化成产品，不产生任何废物和副产物，实现废物的“零排放”。

绿色化工发展趋势

绿色化工过程以“减量化、再利用、再循环”为原则,以减少或消除有毒害物质使用与生成;减少废弃物并使废弃物最大限度转化为再生资源;尽可能延长产品使用周期的化工生产

过程设计策略与方法,鉴于生产化工产品的合成路线多种多样,设计工艺流程需要对反应原料、溶剂、反应路径和反应条件进行筛选,设计方案的选择对化工过程的总体环境性能有显著影响。

企业要生存和发展，必须首先降低能源和原料等成本，并并提高产品品质以占领市场。早在 1998 年，Anastas 和Warner 就出版了“Green Chemistry：Theory and Practice”专著并提出了十二条原则[3]，这要求企业采用更先进的技术生产更优质的产品，而新技术和新产品通常都会在环保方面优于传统技术产品。另一方面，随着环保法规的日益严格和企业社会责任感的提高，企业也在自主或半自主的提高生产过程的技术水平。

目前，绿色化工已被全球列为21世纪实现可持续发展的一项重要战略，是解决资源、能源紧缺、环境恶化的重要途径，是提高人类生存质量和保证国家与民众安全的核心基础科学与技术。未来，绿色化工与清洁生产工艺技术将向节能、环保的方向发展。化学与材料、生命、信息、能源、资源、环境等领域的结合将开辟新的发展方向，为提高人类生活质量和环境改善提供多种途径

目前世界各国都在大力推崇绿色化工的理念。在法国。绿色化工增长是有强劲给农业发展带来了全新思路。随着绿色化工的迅速升温，未来这一新兴产业创造的财富很可能超过农产品本身，仅生物能源这一项就将产生巨大经济效益和社会效益。美国国家研究委员会预测,到2020 年,50%的有机化学品和材料将产自植物,而生物化学工艺将起核心作用[4]。

化工产品设计的绿色化并没有成为企业发展的机遇，而更多的是企业被大环境所逼而致的。因此，绿色化设计的积极性急需提升。绿色化设计的标准和方法尚未建立也是其发展的重要障碍。还有新材料，如纳米材料的安全性等方面的问题。己内酰胺生产绿色化学技术，己内酰胺是一种重要的石油化工产品，广泛用于工程塑料及纤维。己内酰胺的生产方法有多种，以环己酮肟贝克曼重排为基础的环己酮- 羟胺路线是目前世界工业化生产中广泛使用的方法。

化学化工量大面广,涉及人们衣食住行等方方面面,在国民经济中占有非常重要的地位。欲判断一个化学过程或化学现象是否绿色，要涉及到对经济发展、生态环境、社会影响等多方面的评价，不仅要考虑是否产生污染、对人类健康有害，而且还要考虑到原料资源是否得到有效利用、是否可以再生、是否能促进经济、社会的可持续发展等。理想的化学反应要具备下列特点:操作简便、安全、高收率和高选择性、节能、使用可再生和可循环利用的试剂与原料。通常,化工过程设计难以同时满足所有的目标,按照多目标寻求优化与平衡化工过程恰是化学家和化学工程师的任务。

为了实现绿色化工技术，许多工艺的改进，如反应器的设计、单元过程的耦合强化，成为这些技术得以实现的基础，可极大地提高原子效率并降低能耗。

未来几年，我国人口将继续增加，资源、能源消耗将持续增长，面临的环保压力也将越来越大。化工行业的节能减排任务也更加艰巨。我国将大力倡导生态文明，推动绿色化工的

建设，通过环保、绿色化学工艺过程的开发，使化工生产从原料到产品的整个过程实现绿色化。近几年来，我国在绿色化学的工业化和基础研究方面均取得了巨大进展。

在基础研究领域，离子液体、超临界和高效绿色催化都取得了突破性进展。近年来，开发了全绿色氨基酸离子液体家族，研发了胍类离子液体并应用于纳米催化，合成了手性离子液体等。高效绿色催化作为绿色化学的核心内容之一，一直为我国科学家所重视。近两年，围绕绿色催化开展的系列工作受到国内外高度评价。我国提出的高选择性氧化和卤化催化剂体系、高空间选择性的立体选择催化、手性Michael加成、自担载手性催化剂多相化、离子液体担载超常寿命纳米催化剂等，均处于国际领先水平。

结语

绿色化工的出现，为我国化工行业的快速发展提供了良好契机。绿色化工技术和科技产品的逐渐完善，将通过“变废为宝”做到“清洁生产”，资源利用“一体化”，使新兴化工工业园区实现循环经济。

化学工业的发展在不断促进人类进步的同时，客观上也带来了环境污染、温室效应等负面效应。一些著名的环境事件多与化学工业有关，诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化（如太湖蓝藻大面积暴发事件）等。然而，把所有的环境问题归因于“都是化学惹的祸”，显然不公平。在早期的化学工艺流程中，根本没有把废气和废渣的处理纳入考虑范围，因此很多化学工艺都会带来环境污染，导致有些人把化学和化工当成了污染源，甚至谈“化”色变。这些仅仅是对化学的偏见，而事实上，监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。为了应对化学工业所面临的挑战，消除人们对化学工业的误解，提倡绿色化学已刻不容缓。

随着绿色化工的日益深入人心，我们都被潜移默化的影响着，化工行业正在一天一天的演变着,我们相信在不久的将来越来越多的企业将会走上绿色发展的道路，中国化工行业越走越顺畅。