绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学.docx

1、绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学.介绍了绿色化学的一般概念及绿色化学与环境保护的关系,从化学反应条件的绿色化、化学反应途径的绿色化及产品绿色化等方面,就绿色化学对环境的友好性进行了阐述,展望了绿色化学在环境保护方面的发展前景. 摘 要 建立绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点出发，重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理可以从治标转向治本。为此，、农业、日常生活等采用无毒、无害并可循环使用的物料，化学反应的绿色化，是从“本”治理环境污染的重要途径。关键词 绿色化学 环境保护 生物技术 人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧的增加

2、，资源的消耗日益扩大，人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐；环保就成为与的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业，在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时，在生产活动中不断排放出大量有毒物质，化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理，已开始从治标，即从末端治理污染转向治本，即开发清洁工业技术，消减污染源头，生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学的热点和重要前沿。绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学即是用化学及其它技术和去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害

3、的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。化学可以粗略地看作是研究从一种物质向另一种物质转化的。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质，但是在许多场合中却既未有效地利用资源，又产生大量排放物，造成严重的环境污染。绿色化学则是更高层次的化学，它的主要特点是“原子经济性”，即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，因此既可以充分利用资源，又不产生污染。传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝，可使经济效益大幅度提高。绿色化学已在全世界兴起，它对我国这样新兴的发展家更是一个难得的机遇。1 采用无毒、无害并可循环使用的

4、新物料1.1 原料选择工业化的发展为人类提供了许多新物料，它们在不断改善人类物质生活的同时，也带来大量生活废物，使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平，又不破坏环境，我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。以塑料为例，据统计，到1989年美国在包装上使用的塑料就超过55.43亿kg（20世纪90年代数量进一步上升），打开包装后即被抛弃，这些塑料废物破坏环境是我们面临的一大问题：掩埋它们将永久留在土地里中；焚烧它们会放出剧毒。我国也大量使用塑料包装，而且在还广泛地使用塑料大棚和地膜，造成的“白色污染”也越来越严重。解决这个问题的根本出路在于研制可以分解或生物降解的新型

5、塑料，国际上已有一些成功的方法，例如：光降解塑料和生物降解塑料。前者已经投入生产。光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目，已取得一些进展。1.2 溶剂的选择大量的与化学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。在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用的反应介质，这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此，在无溶剂存在下进行的有机反应，用水作反应介质，以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。1.2.1 固相反应固相化学反应实际

6、上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应，有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。1.2.2 以水为溶剂的反应由于大多数有机化合物在水中的溶解性差，而且许多试剂在水中会分解，因此一般避免用水作反应介质。但水作为反应溶剂有其独特的优越性，因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”，价廉、无毒、不危害环境。此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的，有时可提高反应速率和选择性，更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。水相有机合成在有机金属类反应，水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。因此在某些有机化学反应中，开发利用以水作溶剂是大有可

7、为的。1.2.3 超临界流体作为有机溶剂 超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF），特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点（31.10，7 477.79KPa）以上的CO2流体。它通常具有流体的密度，因而有常规常态溶剂的溶解度；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可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。1.3 催化剂的选择 许多传统的有机反到酸、碱液体催化剂。如烃

8、类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂，这些液体酸催化剂的共同缺点是：对设备腐蚀严重，对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境，多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手，大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟，这种催化剂选择性高，乙苯收率超过99.6%，而且催化剂寿命长。2化学反应的绿色化 为了节约资源和减少污染，合成效率成了当今合成学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面，一是选择性（化学、区域、非对映体和对映体选择性），另一个就是原子性，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物，理想的原子经济反应是原料分子中的原子

9、百分之百的转变为产物，不产生副产物或废弃物，实现废物的“零排放”。为此，化学化工工作者在设计合成路线时，要减少“中转”、增加“直快”、“特快”，更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子，减少中间产物的形成，少用或不用保护基或离去基，避免副产物或废弃物的产生。实现原子经济反应的有效手段很多，在些不作赘述。3生物技术的应用 生物是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分，生物化工是21世纪最具有潜力的产业之一，它将成为创造巨大财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用

10、。从发展绿色化学的角度出发，它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程，其产品常常又具有特殊性能。因此，生物技术的研究和应用倍受青睐。 绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大，而且将为我国的与国际接轨创造条件。1 朱清时. 绿色化学和新的产业革命J. 化工，1998（6）2 闵思泽. 环境友好石油炼制技术的发展J.化学进展，1998（1）3 黄培强. 绿色合成：一个逐步形成的学科前沿J. 化学进

11、展，1998（4）4 高兆林, 谭丕亨. 绿色化学浅说J. 山东化工，1999（2） 0出新 2009-11-4 22:13:10 60.22.238.* 举报 浅谈化学与生活的联系 关键词：化学课程 社会生活摘要：化学与生活互动能激发学习兴趣，激发求知欲，使化学教育富有生命力。基础教育要由“应试教育”转向素质教育，这是 国教育的重大改革，它为中小学教育指明了正确的方向。而素质教育旨在把学生培养成有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义公民，使学生在德、智、体、美、劳诸方面得到全面发展。在化学课堂教学中，教师在坚持教好化学知识的同时，应不断地把已有的或新接受的化学知识与日常社会实际相联系，给学

12、生以“学习是为了更好地认识与改造社会”的认识，从而进一步激发他们的学习热情，调动他们的学习情趣，最终达到他们主动、深入地学习，提高自身综合素质。中学化学课本中包含着丰富的社会生活常识的教育内容，对这些内容加入挖掘、整理、补充、丰富，然后生动地介绍给学生，不失时机地把社会生活研究与化学课堂教学融为一体。在课堂教学中充分地把基础理论、基本知识的教学与社会生活研究之间的关系处理好，对提高课堂效率，优化学生综合素质有着广泛而深远的意义。在教学实践中应从以下五个方面入手。一、以化学史内容的教学，培养学生的综合素质在课堂讲授中增加一些化学史的内容，不仅仅使教师讲来娓娓动听和学生听宋津津有味，而且使学生对化

13、学概念理论的来龙去脉更加清楚，易于理解，加强记忆。同时有利于培养他们的综合素质。如：逻辑思维和科学研究的热情，包括：求实、批判、创新等内涵。如：化学的发展史，尤其是 国的化学发展史，从拉瓦锡的燃烧学说到道尔顿的原子学说，从门捷列夫的元素周期表到 国的杰出制碱科学家候德榜，到诺贝尔化学奖的科学家李远哲。以伟人的事迹感染学生，培养他们的意志品质，鼓励他们求实创新。二、以化学工业内容教学为基础，引导学生走出课本，接触社会现行中学化学教材中有许多与化学工业有关系的内容，这些内容若不能很好地加以处理，而是简单地照本宣科，学生的学习就会很枯燥、乏味，也不能很好地把学生的学习引入广阔的社会生活实践中来，更不

14、能由此激发他们的求知欲。高中课本中的工业问题主要有：硫酸工业、硝酸工业、炼铁工业、炼钢工业、水泥工业、铝的冶炼、氯碱工业、石油产品概述、煤的综合利用等等。在课堂教学中应当尽可能地引导学生自己深入地去思考一些问题，尤其是偏远地区的学生，因为他们对工业生产了解很少(尤其对大型企业知之更少)。在进入工业内容学习时，先让学生在已有的对工厂的认识的基础上去预测所学内容中可能遇到的问题。如：生产规模、经济效益、原料及其处理、运输、厂址选择、副产品及其应用、环境污染及其应对措施等问题。这些问题虽然大而庞杂，但若能全面(即使是粗略的)考虑也能很好地培养他们的思维方式，从而激发他们的学习热情，鼓励他们更多地接触

15、生活，了解社会。当然，教师还要给予适当的帮助，安排一些当地的化学工业考察或观看录像等手段。三、把化学教学与社会生活常识相联系，着力提高学生化学兴趣化学的实用性表现在它与人们的生活紧密联系。教学过程中应充分重视这一特点，使学生觉得学有所得、学有所用，从而引导学生学化学，用化学。如中学教材中卤素一章中讲到由氯气可以制漂白自来水的漂白粉、碘的酒精溶液可以用以消毒、氢氟酸可用于雕刻玻璃、氟化钠可以用来杀灭地下害虫、溴化银可应用行照相技术、碘化笋可用于人工降雨等，这些内容在课堂教学过程中还可以展开来，介绍它们的其他用途。在介绍与社会生活内容相关联的化学知识时，还应适当地去启发学生，诱导学生用化学科学的眼

16、光去观察生活，甚至结合其他学科知识来思考现实中的问题，如中学课本中讲到硫酸钡可用于钡餐，可以问学生钡餐喝卞去在医院里是如何检查的，为什么可以在X光下检查胃及消化道是否发生病变，硫酸钡对人体是否有毒，硫酸钡最后怎样排出体外的等，从而激发他们去观察去思想去调查。四、以环境保护知识教育为契机，使学生逐步养成关注生活、关注社会意识，增强他们的社会责任感环境保护作为一个严重社会问题，已迫切地摆在了 们每一个人的面前，也成了“十五”国家发展计划讨论中极为重视的一个话题。虽然中学生尚不能去全面理解臭苎空洞的变大会有什么危害，长江三峡建设会有什么负面影响，内陆学生也无法真正懂得赤潮的形成及其后果。但是 们通过

17、可以接触到的一些化学知识来丰富他们的思路，增强他们的意识，引导学生善于发现，善于利用。如在讲到化肥知识时可以从已有的知识设问他们；为什么农田不能多依赖无机肥、土壤改良的措施，在硫酸及硝酸工业教学中可以问他们何为酸雨，酸雨的危害有哪些，从而进一步阐述人为什么要进行尾气吸收，为什么尾气处理在解决了环境问题的同时可以提高原料的利用率等。在有机化学教学中此类问题更丰富，与生活更贴近，如白色污染问题、毒品问题、无铅汽油问题，以及近年来发现的英国的疯牛病问题，比利时的二恶英问题等。这些问题教师可以适时地与课本知识相联系，引导学生关注社会、社会生活，增强他们的社会贡任感。五、结合课本，介绍高新科技的发展，激

18、励学生为社会发展人类进步作贡献化学与其他理工科一样，作为自然科学，教学内容具有较大的稳定性。但社会却又是瞬息万变的。这就要求 们教师有具有时代气息，能结合时代要求。在生活中 们常可以接触到一些新产品和新材料， 们可以适时地鼓励学生去了解这些产品或材料的组成部分、合成、制造方法、主要用途以及它们的副作用。比如日常生活中塑料包装代最初生产出来时，以它方便、快捷的作用深得人们的青睐，而目前其降解难的问题却深深困扰着人们，多鼓励学生去作一些深层次的探讨。结合社会生活的化学教学，才不致于脱离生活，不致于培养出只会读书的“人才”。 们在教学中应适时地适当地启发学生去关心身边的事，关心他们生活生存的空间，提

19、高综合素质，使其成长为真正有益于社会的入 谈绿色化学与环境保护韦文珍(石河子大学师范学院化学系, 新疆石河子832003)摘要: 本文从环境保护出发, 论述了绿色化学和原子经济性的产生及概念, 从设计“更安全”化合物, 变更合成路线, 化工生产所用原料, 催化剂, 溶剂及开发绿色产品等方面阐述了绿色化学的研究内容及方向, 并阐明了绿色化学与环境治理的区别。关键词: 绿色化学; 原子经济性; 环境污染; 环境治理随着21世纪的到来, 化学真正成为了一门最有用的科学。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

20、, 达到人人, 事事, 处处都离不开化学及其制品的程度。但另一方面, 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威胁着人们的健康, 给人类赖以生存的自然环境的可持续发展带来了巨大的威胁, 人们逐渐发现, 仅依靠开发更有效的污染控制技术的改善是有限的, 而把注意力集中到原始污染的预防上则对消除污染更有效。一、绿色化学的产生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; 从成千上万的化学品中鉴定出毒化合物的类型; 发明了化学方法处理废弃物; 治理了危险的污染点;减少

21、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, 基本上是以治理为主。经验证明这些办法的效果是有限的, 所需费用昂贵且日益增长。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136万吨。1992年, 美国化学工业用于环境保护的费用为1150亿美元, 清理已污染地区花去7000亿美元。1996年美国D up ont 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

22、, 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。为了真正在技术上、经济上解决这个由于生产和使用化学品所造成的对环境和人类健康的负作用, 1990年, 美国提出了“污染预防”这一新概念。它包括废弃物的清除、处理、回收, 减少污染源和杜绝污染源。特别是“杜绝污染源”代表了污染预防这一新概念的最终目标。而最好的防止有毒化学物质危害的途径就是一开始就不要生产有毒物质和形成有害废弃物。这是多年来化学污染治理经验教训的产物, 实际就是防患于未然。对于这一新概念的名称, 美国环保局采用了“绿色化学”。二、绿色化学的内涵绿色化学是指以绿色意识为指导, 研究和设计没有或尽可能小

23、的环境负作用, 并在技术上, 经济上可行的化学品与化学过程。因此, 绿色化学的目标是研究与寻找能充分利用的无毒害原材料, 最大限度地节约能源, 在各环节都实现净化和无污染的反应途径的工艺。绿色化学的最大特点, 在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段, 因而过程和终端均为零排放或零污染。由于它在通过化学转化获取新物质的过程中就已充分利用了每个原料的原子, 具有“原子95第17卷第2期2001年6月新疆教育学院学报JOU RNAL OF X INJ IAN E EDU CA T ION IN ST ITU TEVol. 17,No. 2Jun. 2001 1995-2005 Tsinghua

24、Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.经济性”, 因此它既充分利用了资源, 又实现了防止污染。显然, 它不是过去对终端或过程污染进行控制或进行处理。所以它根本区别于那些通过“三废”处理与利用来治理污染的化学方法, 因为这些化学方法都是终端污染控制而不是始端预防。三、绿色化学的研究方向及内容绿色化学是当今国际化学学科研究的前沿。1990年美国颁布污染防治法案, 并确立其为国策, 推动了绿色化学在美国的迅速兴起和发展。1996年, 美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”, 奖励在利用化学原理从根本上减少化学污染方面的成就。所设奖项包括

25、: (1) 变更合成路线奖; (2) 改变溶剂反应条件奖; (3) 设计更安全化学品奖; (4) 小企业奖; (5) 学术奖。这已经比较典型地说明了绿色化学研究的鼓励方向。绿色化学的研究内容, 要包括化学反应(化工生产) 过程的4个基本要素; 一是设计对人类健康和环境危害小的, 淘汰有害的反应起始物(原材料) ; 二是选择最佳的反应(生产) 条件, 包括温度, 压力, 时间,介质, 物料平衡等等, 以实现最大限度的节能和零排放; 三是研究最佳的转换反应和良性的试剂(含催化剂) ; 四是设计对人类健康和环境更安全的目标化合物(最终产品) , 因此绿色化学的研究, 其实就是围绕化学反应, 原料,

26、催化剂, 溶剂和产品的绿色化开展的。1选择最佳反应途径, 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。美国著名有机化学家T rost 在1991年首先提出了原子经济性的概念, 认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子, 使之结合到目标分子中(如完全的加成反应: A + B + = C ) , 达到零排放。原子经济性可用原子利用率来衡量。我们把原子利用率定义为:原子利用率= (期望产品的摩尔质量化学方程式中计量所得物质的摩尔质量) 100由

27、原子利用率可看出, 原子经济性的反应有两个显著优点: 一是最大限度地利用了原料; 二是最大限度地减少了废物的排放, 适应了社会的要求, 是合成方法发展的趋势。开发新的原子经济反应应与符合绿色化学要求的有机合成结合起来, 在选择合成途径时, 除了考虑理论产率外, 还应考虑和比较不同途径的原子利用率。在化工生产中要尽量减少化学反应的步骤, 从原料到产品尽可能做到直达, 在生产过程中尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的物料。如环氧乙烷生产中, 经典的氯代乙醇法产率虽然可达到100 , 但其原子利用率却只有25 , 即生产一公斤环氧乙烷会产生三公斤的副产物。经典氯代乙醇法: CH2= CH2

28、+ Cl2+ H2OClCH2CH2OH+ HClClCH2CH2OH+ Ca (OH) 2 H2COCH2 + CaCl2+ H2OC2H4+ Cl2+ Ca (OH) 2C2H4O+ CaCl2+ H2O分子量4411118原子利用率= 44173= 25%现代石油化学工艺:CH2= CH2+ 12O2催化剂H2COCH2原子利用率= 100显然, 新方法对环境的友好度明显地超过了旧方法。2设计对人类健康和环境更安全的化合物绿色化学的“更安全”这个概念不仅是对人类健康的影响, 还包括化合物整个生命周期中对生态环96第17卷第2期新疆教育学院学报2001年6月 1995-2005 Tsing

29、hua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.境, 动物, 水生生物和植物的影响; 除了直接影响外, 还要考虑间接影响转化产物或代谢物的毒性,并要求对化合物的暴露, 接触途径, 摄入, 吸收, 分布机制及进入生物体内毒性作用机理进行更深入的研究和理解。如D ow A g rosciences L L c (D ow chem ical co 子公司) , 设计的一种高选择性的, 对环境友好的杀虫剂S p inosad , 已被证明在控制多种咀嚼昆虫的害虫如毛虫、绿叶虫、蚯蚓、苍蝇、甲虫等对棉花、树木、水果、蔬菜、草皮和观赏植物的

30、危害中有效。它作用快, 选择性高, 只对靶害虫起作用而不影响益虫和马蜂, 且其作用模式与已知的害虫控制产品不同。害虫对S p inosd a 表现出神经综合症: 缺乏协调性、疲惫、颤抖和肌肉抽搐, 导致瘫痪和死亡。S p inosd a 对哺乳动物和鸟类具有相对低的毒性, 尤其未表现出对哺乳动物的任何神经毒性。这就使得对那些接触该产品的人的危害及风险大大减少。尽管它对鱼类有一定的毒性, 但比许多目前使用的合成杀虫剂对鱼类的毒性要小得多。S p inosd a 在环境中不积累, 不挥发。它粘合在叶子表面在光照下很快分解。它牢牢地吸附在土壤上,不会渗漏到地下水中。由于S p inosd a 具有对

31、环境和哺乳动物很低的毒性, 现已被(美国) 环保局作为减小危害农药来推广。同时S p inosd a 的设计者荣获1999年“设计更安全化学品奖。”3使用无毒无害的原料用对人类健康和环境危害小的物质为起始原料, 去设计实现某一化学过程, 则此过程会更为安全。如异氰酸酯是一类重要的化工产品, 年产量几百万吨, 过去一直用光气法进行生产。众所周知, 光气是工业中使用的急性毒性最高的物质之一。孟山都公司的M cGhec 等人研究了用CO 2和有机胺直接生产异氰酸酯的新方法, 去掉了光气; 杜邦公司也报道了采用一氧化碳将胺直接羰基化而合成异氰酸酯, 并已工业化。又如生产尼隆的原料己二酸, 一直是用有致癌作用的苯为起始原料制备的, 在制备过程中还产生氮氧化物, 能消耗臭氧导致温室效应。F rost 等人发展了一个生物合成技术, 采用遗传工程获得的微生物为催化剂, 以葡萄糖为起始原料成功地合成了己二酸, 这个新技术革除了大量有毒的苯, 且技术上, 经济上都完全可行, 是绿色化学的一个范例。当然在现有的化工生产中, 仍在大量使用一些危险的有毒的基本原料如: 氢氰酸, 氢氟酸, 盐酸, 氯