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化学与生活论文绿色化学
绿色化学
摘要：
本文主要阐述了绿色化学的概念，发展历史，主要特点等等。
方便大家认识绿色化学，更好的保护环境。
关键字：
绿色化学保护环境
一、概念
“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出，目前得到世界广泛的响应。
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；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
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。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。
它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。
绿色化学的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。
世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。
二、发展背景及主要特点
化学在为人类创造财富的同时，给人类也带来了危难。
而每一门科学的发展史上都充满着探索与进步，由于科学中的不确定性，化学家在研究过程中不可避免地会合成出未知性质的化合物，只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质，这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。
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。
严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展的道路。
化学工业能否生产出对环境无害的化学品？
甚至开发出不产生废物的工艺？
绿色化学的口号最早产生于化学工业非常发达的美国。
1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令。
1991年后在，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号，并立即得到了全世界的积极响应。
绿色化学又称环境友好化学，它的主要特点是：
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。
三、绿色化学的重要性
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。
化学工业能否生产出对环境无害的化学品？
甚至开发出不产生废物的工艺？
有识之士提出了绿色化学的号召，并立即得到了全世界的积极响应。
绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染。
绿色化学给化学家提出了一项新的挑战，国际上对此很重视。
1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。
绿色化学将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
迄今为止。
化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的，当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。
近年来，由于化学工业向大气、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。
因此，加工费用又增加了废物控制、处理和埋放。
环保监测、达标，事故责任赔偿等费用。
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。
所以。
从环保、经济和社会的要求看。
化学工业不能再承担使用和产生有毒。
有害物质的费用。
需要大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。
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20一25%。
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。
另外。
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。
四、研究内容及情况
1、内容
绿色化学是对传统化学的挑战，是对传统化学思维方式的更新和发展，因此，绿色化学的研究内容是从反应原料、反应条件、转化方法或开发绿色产品等角度进行研究，打破传统的化学反应，设计新的对环境友好的化学反应。
包括：
（1）使用无毒无害的原料；
（2）利用可再生资源；（3）新型催化剂的开发研究；（4）不同反应介质的研究；（5）寻找新的转化方法；（6）设计对人类健康和环境安全的化学产品。
2、研究情况
核心：
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。
按照绿色化学的原则、在理想的化工生产方式是：
反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
性质：
（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，以减少向环境排放废物；（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。
绿色化学给化学家提出了一项新的挑战，国际上对此很重视。
1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。
绿色化学将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
原则：
绿色化学的研究者们总结出了绿色化学的12条原则，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。
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。
3、实现途径
（1）强化绿色化学意识
绿色化学是用化学去预防污染，是设计研究没有或仅有尽可能小的环境负作用的、并在技术上经济上可行的化学品和化学过程。
它是在始端就采用污染预防的科学手段，使过程和终端均有零排放或零污染。
从根本上区别于那些通过“三废”处理与利用来治理污染的化学方法，最大限度的追求“原子经济性”。
绿色化学不同于传统的化学，它需将绿色化学思想贯穿于化学始终，使化学在设计、合成、分析等每一个环节都应与环境的相容无害。
（2）快速有效的筛选
在化合物的筛选过程中，可以应用组合化学技术，对不同的分子结构单元进行组合合成，得到成千上万个产物以满足下一步高通量筛选系统（HTS）的需要，目前通过改进的组合化学已可以得到各纯度较高的单一化合物供HTS筛选之用[3]。
首先建立一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库，然后再确定目标产物后，第一步找出一切可以产生目标产物的反应；第二步把这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它们的反应，依次类推下去，直到得出一些反应路线正好使用我们预定的原料。
在搜索过程中，计算机按我们制定的评估方法自动地比较可能的反应途径，随时排除不适合的，以便最终找到廉价、物美、不浪费资源、不污染环境的最佳途径。
所以，将组合化学技术和计算机辅助设计技术应用到化学合成中，是一种经济、快速的策略，为绿色化学的实现提供了极大的可能性。
（3）开发绿色反应，提高原子利用率
在化学合成特别是有机合成中，减少废物的关键是提高选择性问题，即选择最佳反应途径，使反应物原子尽可能多地转化为产物原子，最大限度地减少副产物，才会真正减少废物的生成。
对于大宗基本有机原料的生产来说，选择原子经济反应十分重要。
Sd-ChemieInc.公司最近成功地开发了一个新的合成路线：
固体氧化物催化剂合成的无废水工艺，事实证明其能够达到零废水排放、零硝酸盐排放，并且没有或很少NOx释放。
同时，新合成路线大大减少了水和能量的消耗。
由此可见，对于已在工业上应用的原子经济反应，也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究并加以改进。
（4）采用无毒无害的原料
为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性，在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。
为了人类健康和社区安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品[5]。
在代替剧毒氢氰酸原料方面，Monsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发，经过催化脱氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的新工艺，改变了过去的以氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线，避免了使用剧毒氢氰酸原料。
FlexsysAmerical.P.在生产一种橡胶防降解剂化学品家族的关键中间体4-ADPA过程中，开发了一个新的环境友好路线——使用碱性促进剂实现氢对芳环的亲核取代反应，替代了传统的氯化反应，不仅消除了大量剧毒氯气的储存、使用和处理，也大大减少了废物的排放。
（5）使用无毒无害的催化剂
催化剂的合理选择和应用是化工过程中最关键的技术之一。
使用新的反应原料就必须新的催化剂来活化，传统的催化剂应进行改进，使其选择性、与反应体系的相容性清洁性都进一步提高。
现在以邻苯二酚生产方法为例：
新的生产工艺采用酶E.Coli作催化剂，它能使葡萄糖活化，定向地转化为邻苯二酚[6]。
这种新工艺避免了风险原料和试剂的使用也不产生副产品或废弃物。
由于催化剂在绿色化学中有重要地位，传统工艺的改造需要催化剂，新的工艺同样需要新催化剂，因此，如何设计高效无害催化剂也就成了绿色化学研究的重要内容之一。
当前设计和开发的新型催化剂有以下几种类型：
分子氧气化催化剂、新型分子筛催化剂。
（6）使用无毒无害的溶剂
水是无毒无害最廉价的催化剂，但对有机物溶解能力差，不适合作有机化工的溶剂。
而有机溶剂本身都具有毒性，许多都是致癌物质，还有很强的挥发性，造成严重的污染。
近年来，研究无毒无害溶剂的工作正在开展，其中最活跃的是开发超临界流体（SCF），超临界流体是指处于超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介与气态与液态之间的流体状态，其密度接近于液体（比气体约大3个数量级），而粘度接近气态（扩散系数比液体大100倍左右）。
超临界流体CO2用作酸调节剂和惰性气体，在多烯催化氧化反应和多烯双键在酸性条件下的保护反应中有重要的应用。
CO2调节β-胡萝卜素催化氧化反应体系酸性，合成角黄素，同时作为惰性气体，能够有效的保护原料和产物中的多烯双键，为多烯氧化和双键保护开辟了新的途径；CO2代替有机酸应用于氯醇化反应，是良好的酸碱调节剂，无毒、无污染，对环境友好，没有危险，原料充足，操作容易控制，这一研究结论为相关化学工业老产品新工艺改造提供了一条可行的途径。
（7）利用可再生的资源合成化学品
生物质是可再生性资源，利用生物质代替当前广泛使用的矿物质资源可大大减轻对资源和环境的压力，是保护环境的一个长远的发展方向。
Frost报道以葡萄糖为原料，通过酶反应可制得乙二酸、邻苯二酚和对苯二酚等。
尤其是不需要从传统的苯酐始采制运作为尼龙原料己二酸取得了显著进展。
由于苯是己知的治癌物质，以经济和技术上可行的方式，从合成大量的有机原料中取除苯是具有竞争力的绿色化学目标[8]。
（8）开发和生产绿色产品
绿色产品，或指环境友好产品，是指产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康，产品具有合理的使用功能及使用寿命，产品易于回收、利用和再生，报废后易于处置，在环境条件下易于降解。
如为日常生活使用生产的包装材料，可以进行再利用，目前大量使用的聚苯乙烯发泡塑料快餐盒，使用以后成为垃圾，在自然条件下，需数百年方能降解，对环境带来严重的影响。
为了加速它的自然降解，我们生产时可以在其中加入光敏剂、化学助剂等，使其在使用后几个月内即分解成无害物质。
五、研究成果
1.开发"原子经济"反应Trost在l991年首先提出了原子经济性（Atomeconomy的概念，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。
理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成、产物，不生副产物或废物。
实现废物的"零排放"（Zeroemission）。
对于大宗基本有机原料的生产来说，选择原子经济反应十分重要。
近年来，开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一。
国内外均在开发钛硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法。
此外，针对钛硅分子筛催化反应体系，开发降低钛硅分子筛合成成本的技术，开发与反应匹配的工艺和反应器仍是今后努力的方向。
在已有的原于经济反应如烯烃氢甲酰化反应中。
虽然反应已经是理想的。
但是原用的油溶性均相铑络合催化剂与产品分离比较复杂，或者原用的钴催化剂运转过程中仍有废催化剂产生，因此对这类原子经济反应的催化剂仍有改进的余地。
所以近年来开发水溶性均相络合物催化剂已成为一个重要的研究领域。
由于水溶性均相络合物催化剂与油相产品分离比较容易。
再加以水为溶剂，避免了使用挥发性有机溶剂，所拟开发水溶性均相络合催化剂也已成为国际上的研究热点。
除水溶性铑-膦络合物已成功用于丙烯氢甲酰化生产外，近年来水溶性铑-膦、钌-膦、钯-膦络合物在加氢二聚、选择性加氢、C一C键偶联等方面也已获得重大进展，C6以上烯烃氨甲酰化制备高碳醛、醇的两相催化体系的新技术国外正在积极研究。
以上可见，对于已在工业上应用的原子经济反应。
也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究。
加以改进。
2.采用无毒、无害的原料 为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性，在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。
为了人类健康和社区安全。
需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。
在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面。
Riley等报道了工业上已开发成功一种由胺类和二氧比碳生产异氰酸酯的新技术。
在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接羰化有机胺生产异氰酸酯的工业化技术也由Manzer，;开发成功。
Tundo报道了用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯的新方法。
Komiya研究开发了在固态熔融的状态下。
采用双酚A和碳酸二甲酯聚合生产聚碳酸酯的新技术。
它取代了常规的光气合成路线。
并同时实现了两个绿色化学目标。
一是不使用有毒有害的原料，二是由于反应在熔融状态下进行。
不使用作为溶剂的可疑的致癌物一甲基氯化物。
关于代替剧毒氢氰酸原料，Monsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发。
经过催化蜕氢。
开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺，改变了过去的拟氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线。
并因此获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖。
3.采用无毒。
无害的催化剂目前烃类的烷基他反应一般使用氧氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂。
这些液体催化剂共同缺点是，对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。
为了保护环境。
多年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂。
其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃他技术引人注目，这种催化剂选择性很高。
乙苯重量收率超过99.6%。
而且催化剂寿命长。
还有一种生产线性烷基苯的固体酸催化剂替代了氢氟酸催化剂，改善了生产环境，已工业化。
在固体酸烷基化的研究中。
还应进一步提高催化剂的选择性。
以降低产品中的杂质含量;提高催化剂的稳定性。
以延长运转周期;降低原料中的苯烯比。
以提高经济效益。
异丁烷与丁烯的烷基化是炼油工业申提供高辛烷值组分的一项重要工艺。
近年新配方汽油的出现，限制汽油中芳烃和烯烃含量更增添了该工艺的重要性。
目前这种工艺使用氢氟酸或硫酸为催化剂。
4、采用无毒、无害的溶剂 大量的与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。
最常见的是在反应介质、分离和配方中所用的溶剂。
当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物（VOC）。
其在使用过程中有的会引起地面臭氧的形成。
有的会引起水源污染。
因此。
需要限制这类溶剂的使用。
采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂已成为绿色化学的重要研究方向。
在无毒无害溶剂的研究中。
最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF）。
特别是超临界二氧化碳作溶剂。
超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点（3llC、7477.7gkPa）以上的二氧化碳流体。
它通常具有液体的密度。
因而有常规液态溶剂的溶解度;在相同条件下。
它又具有气体的粘度,因而又具有很高的传质速度。
而且。
由于具有很大的可压缩性。
流体的密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。
超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价廉等。
除采用超临界溶剂外。
还有研究水或近临界水作为溶剂以及有机溶剂/水相界面反应。
采用水作溶剂虽然能避免有机溶剂，但由于其溶解度有限，限制了它的应用，而且还要注意废水是否会造成污染。
在有机溶剂/水相界面反应中。
一般采用毒性较小的溶剂（甲苯）代替原有毒性较大的溶剂，如二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、醋酸等。
采用无溶剂的固相反应也是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向，如用微波来促进固、固相有机反应。
5、利用可再生的资源合成化学品 利用生物量（生物原料）（Biomass）代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。
1996年美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖授予TaxaA大学M.Holtzapp教授，就是南于其开发了一系列技术。
把废生物质转化成动物饲料、工业化学品和然料。
物质主要由淀粉及纡维素等组成。
前者易于转化为葡萄糖。
而后者则由于结晶及与木质素共生等原因，通过纤维素酶等转比为葡萄糖。
难度较大。
Frost报道以葡萄糖为原料，通过酶反哎可制碍己二酸、邻苯二酚和对苯二酚等。
尤其是不需要从传统的苯讦始采制运作为尼龙原料的己二酸取得了显著进展。
由于苯是已知的治癌韧质，以经济和技术上可行的方式，从合成大量的有机原料中取除苯是具有竞争力的绿色化学目标。
另外,Gfoss首创了利用生物或农业废物如多糖类制造新型聚合物的工作。
由于其同时解决了多个环保问题，因此引起人们的特别兴趣。
具优越性在于聚合物原料单体实现了无害化;生物催化转化方法优于常规的聚合万法@Gross的聚合物还具有生物降解功能。
6,环境友好产品 在环境友好产品方面。
从1996年美国总统绿色化学挑战奖看，设计更安全他学品奖授予RohmHaas公司。
由于其开发成功一种环境友好的海洋生物防垢剂。
小企业奖授予Donlar公司。
因其开发了两个高效工艺以生产热聚天冬氨酸，它是一种代替丙烯酸的可生物降解产品。
在环境友好机动车燃料方面，随着环境保护要求的日益严格。
1990年美国清洁空气法（修正案）规定，逐步惟广使用新配方汽油，减小由汽车尾气中的一氧化碳以及烃类引发的臭氧和光化学烟雾等对空气的污染。
新配方汽油要求限制汽油的蒸汽压、苯含量，还将逐步限制芳烃和烯烃含量。
还要求在汽油中加入含氧化合物，比如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。
这种新配万汽油的质量要求已推动了汽油的有关炼油技术的发展。
柴油是另一类重要的石油炼制产品。
对环境友好柴油。
美国要求硫含量不大于0.05%，芳烃含量不大于20%，同时十六烷值不低于40;瑞典对一些柴油要求更严。
为达到上述目的，一是要有性能优异的深度加氢脱硫催化剂;二是要开发低压的深度脱硫/芳烃饱和工艺。
国外在这方面的研究已有进展。
此外。
保护大气臭氧层的氟氯烃代用品已在开始使用。
防止“白色污染”的生物降解塑料也在使用。
六、结束语
开发和应用绿色化学工艺，已成为现代化学工业的发展趋势和前沿技术，是实现可持续发展的关键。
曾为人类文明做出过不可磨灭贡献的有机化学化工，在21世纪，依然面临着新的机遇和挑战。
有机化学应该发展“理想的”合成方法，即强调实用的，环境友好的，资源可持续利用的，它从简单易得的原料出发，在温和的条件下经过简单的步骤，快速、高选择性地转化为目标分子。
这就需要化学家从理念、原理、方法等方面进行改革和创新，原子经济性、手性合成、环境友好的“洁净”的反应介质等绿色化学原理对有机化学化工的发展将有更重要的指导意义。
而绿色化学有待在理论、实践领域中进行更深入的研究发展，其发展必然会推动人类社会的进步，相信随着科学的进步和人们绿色意识的提高，人类赖以生存的地球环境会变得更加美好。
化学信息学
学院：
化材院
班级：
化学
姓名：
王兴龙
学号：
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