摘 要:绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,实现“零排放”。不仅充分利用资源,而且不产生污染;并采用无毒无害的溶剂,助剂和催化剂,生产有利于环境保护,社群安全和人身健康的环境友好产品。绿色化学技术在资源的合理充分利用和环境保护方面有重要的作用,对我国的现代化建设和人类的未来生活都有着十分重要的意义。
关键词:绿色化学 原子经济性 环境友好
新的世纪,合理开发和利用资源,科学保护环境是人类可持续发展的关键所在。在化学方面,绿色化学应运而生。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、洁净化学,即用化学技术和方法把使用和生产对人类健康和安全,生态环境有害的原材料,产物及副产物减少到最低。
1.绿色化学的内涵与主要内容
绿色化学是贯彻可持续发展战略的一个不可分割的一部分,它包括:节约原材料和能源淘汰有毒原材料,在生产过程中排放废物之前减降废物的数量和毒性,对产品而言,绿色化学旨在减少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。
2.绿色化学的重要性
到目前止,化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的,陈旧的工艺导致向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。以1993年为例,美国仅按365种有毒物质排放估算,化学工业的排放量为30亿磅。1992年,美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元,清理已污染地区花去7000亿美元。1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元,环保费用为10亿美元,不仅严重破坏环境,还形成沉重的经济负担。
1990年美国颁布了污染防止法案,将污染防止确立为美国的国策。所谓污染防止就是使得废物不再产生,不再有废物处理的问题,绿色化学正是实现污染防止的基础和重要工具。1995年4月美国副总统Gore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40-50%,每套装置消耗原材料减少20-25% 。1996年美国设立了总统绿色化学挑战奖。这些政府行为都极大的促进了绿色化学的蓬勃发展。日本也制定了新阳光计划。在环境技术的研究与开发领域,确定了环境无害制造技术、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。总之,绿色化学的研究已成为国外企业、政府和学术界的重要研究与开发万向。这对我国既是严峻的挑战,也是难得的发展机遇。
3.社会生活中的绿色化学与绿色化学技术
绿色化学不仅将为传统化学工业带来革命性的变化,而且必将推进其它绿色产业的建立与发展,绿色化学作为可持续发展的核心战略之一,随着时间推移和技术进步,它将不再是一种奢侈品,而会成为新经济的亮点,企业的机遇。
以杜邦公司的一家尼龙工厂为例。在1997年以前的15年内,技术进步已使该厂产率从大约70%增加到92%,消灭了工厂的很多废物,此外,各种方法使99.8%的尼龙原料转化为有用的产物,其中包括为准备废弃的材料找到了市场,结果是,该公司在1997年秋季关闭了当地的废物处理设施,并将余下的废水送入城市污水处理厂,这使杜邦公司每年节约25万美元,并且不必花2000万美元再去改进当地的设施。
与此相对,中国安徽茶出品因不符合绿色标准而遭遇“绿色壁垒”。安徽省生产的黄山毛峰、霍山黄芽、岳西翠兰、六安瓜片等茶叶闻名遐迩,享誉海内外,然而2000年安徽省茶叶在欧盟市场全面受阻,有的客户是大批量退货,有的不订期货了,有的客户身甚至中断了从安徽进口茶叶,改从其它省或其它国家进口。原因是从2000年7月1日开始,欧盟对进口茶叶实施新的农残限量标准,其中对部分农药(如三氯杀醇等)的限量指标提高了100倍,个别的如氰戊菊酯甚至达200倍,安徽茶叶农药残留虽与我国其它省份相比相对较低,但距欧盟新标准要求仍相差甚远,由此,徽茶不可避免地受到了强劲的冲击。造成茶叶农药残留过高的主要原因是茶园的病虫害防治全部依赖农药。由此、绿色化学技术已在挑战我们的门槛。
4.绿色化学技术在资源与环保方面的应用
从绿色化学的目标来看,有两个方面必须重视:一是开发以“原子经济性”为基本原则的新化学反应过程;另一个是改进现有的化学工业,减少和消除污染。
4.1新的化学反应过程研究
在原子经济性和可持续发展的基础上研究合成化学和催化的基础问题,即绿色合成与绿色催化问题,如美国Monsanto公司不用剧毒的氢氰酸和氨,甲醛为原料,从无毒无害的二乙醇胺出发,开发了催化脱氢安全生产氨基二乙酸钠的技术,从而获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖,美国Dow公司化学公司用CO2代替对生态环境有害的氟氯烃作苯乙烯泡沫塑料的发泡剂,因而得到美国总统绿色化学挑战奖中的改变溶剂/反应条件奖。在有机化学品的生产中,有许多新的化学流程正在研究开发。如以过氧化氢氧化丙烯制环氧丙烷,用过氧化氢氨氧化环已酮合成环已酮肟;用催化剂的晶格氧作烃类选择性氧化反应,如用晶格氧氧化丁烷制顺酐,用晶格氧氧化邻二甲苯制苯酐等,这些新流程的开发是绿色化学领域中的新进展。
4.2传统化学过程的绿色化学改造
这里一个很大的开发领域,如在烯烃的烷基化反应生产乙苯和异丙苯生产过程中需要用酸催化反应,过去用液体酸HF催化剂,而现在可以用固体酸----分子筛催化合成,并配合固定床烷基化工艺,解决了环境污染问题。在异氰酸酯的生产过程中,过去一直是用剧毒的光气作为合成原料,而现可用CO2和胺催化合成异氰酯,成为环境友好的化学工艺。
4.3能源中的绿色化学问题和洁净煤化学技术
我国现今能源结构中,煤是主要能源。由于煤含硫量高和燃烧不完全,造成SO2和大量烟尘排出,使大气污染。我国每年由煤排放的SO2达1600万吨,烟尘烟灰过1300万吨。由SO2而产生的酸雨对生态环境的破坏十分严重,因此研究和开放洁净化学技术是当务之急,这方面要重视研究催化燃烧技术,等离子除硫除尘,生物化学除硫等新技术。严格控制排放标准和监测大气的质量,这是大气净化中的首要任务。
4.4资源再生和使用技术研究
自然界的资源有限,因此人类生产的各种化学品能否回收循环使用也是绿色化学研究的一个重要领域,世界塑料的生产量已达1亿吨,大部分是由石油裂解成乙烯,丙烯,经催化致使聚合而成的,而这1亿吨中约有5%经使用后当年就作为废物排放,如包装袋,地膜,饭盆,汽车垃圾等。我国推广地膜面积达2000万亩,塑料用量达30万吨,“白色污染”和石油资源浪费十分严重。西欧各国提出“三R”原则:首先是降低(Reduce)塑料制品的用量;第二是提高塑料的稳定性,倡导塑料制品尤其是塑料包装袋的再利用(Reuse);第三是重视塑料的再资源化(Recycle),回收废弃塑料,再生或再生产其它化学品,燃料油或焚烧发电供气等,同时在矿物资源方面亦有“三R”原则的问题,开矿提炼和制造金属材料亦是消耗能源和大量劳动力的工业,例如铝材现已广泛用于建材,飞机和日用品等方面,而纯铝要电解法制备,是一个大量耗电的工业,应该做好铝废弃物的回收和再利用,再生技术研究。
4.5综合利用的绿色生化工程
如用现代生物技术进行煤的脱硫,微生物造纸以及生物质能源等的研究。综上所述,绿色化学是近年来才被人们认识和开展研究的一门新兴学科,是实用背景强,国计民生急需解决的热点研究领域,在21世纪中它必将大展宏图,为人类可持续发展做出贡献。
5.结束语
“保护环境是我国的一项基本国策,是可持续发展战略的重要内容,直接关系到现代化建设的成败和中华民族的复兴”。为此,绿色化学以其“原子经济性”为基本原则,一方面充分利用资源防止浪费,另一方面实现“零排放”,达到不污染环境的效果。因此,它对于我国的现代化建设和人类未来生活都有着不可估量的巨大意义。只要我们提高科技水平,用好绿色化学技术,搞好搞活我国经济,使我们的祖国的水更清,天更蓝,山川更秀美,营建人类的美好家园。
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作者简介:
张景兰,女,1974.9-,大学本科学历,山东省金乡县环境保护局工程师;
孙梅英,山东省金乡县环境保护局;
杨永红,女,山东省金乡县环境保护局。