探析绿色化学研究综述

现阶段的绿色化学研究综述

一、有关绿色化学概述

1、绿色化学含义

按照美国《绿色化学》(Green Chemistry)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。

2、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。

3、绿色化学的主要特点

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。

二、绿色化学的实践的关键因素

作为化学的高层阶段，绿色化学的实践是否意味着更多科研投入？“其实，我们已经在化学、生物化学和相关工程等领域做了大量研究，今天，这些研究在中国和美国仍在进行。”阿纳斯塔斯认为:“这是一个机遇。我们现在要做的不是去做更多新研究，而是带着新理念从新的角度去研究。”而谈及中国绿色化学的实践，阿纳斯塔斯认为，中国从事绿色化学研究领域的优秀科学家已经向其他研究机构做出了表率，使用绿色化学是有可能实现双赢的，“无论在中国、美国还是其他国家，我们要做的是让所有的公司和科学家都这么做，观念是最重要的。怎么让人们自然而然地接纳这一理念，如何让人们对绿色化学的了解越来越充分，理念的普及是推动实践的关键。”

三、现阶段绿色化学研究领域

北京工业大学绿色化学研究所所长佘远斌教授在接受记者采访时指出，绿色氧化剂和催化剂的研究、新的原子经济反应的开发以及采用无毒、无害的溶剂正成为绿色化学的研究热点。

1、绿色氧化剂提高氧化反应选择性

近年来，氧化化学取得了很大的进展，但也带来了许多问题。一方面氧化化学是最重要的化学分支之一，另一方面，氧化化学也是环境污染最严重的技术之一，目前已开发的许多氧化剂和催化剂都含有毒性物质。为了解决这个问题，研

究人员正致力于开发既具有高选择性、高效率又对环境无害的绿色化工技术。佘远斌教授介绍说，目前烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂，这些液体催化剂存在着共同缺点，它们对设备腐蚀严重，对人体有危害，产生的废渣又污染了环境。为了克服这些缺点，国外研究人员试图从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中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化技术引人注目，这种催化剂选择性很高，乙苯收率超过99.6％，而且催化剂寿命长。固体酸烷基化催化剂虽然在环保方面比液体酸催化剂有优势，但也还存在着一些问题。在今后的研究中，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。

2、开发新的原子经济反应

在谈到原子经济反应时，佘远斌教授首先介绍了原子经济性。原子经济性是在1991年由Trost首先提出的，即在化学反应过程中有多少原料的原子进入到所需的产品中。理想的原子经济反应要求原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。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。目前，在有机原料的生产中，有的已采用原子经济反应，如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氢氰酸合成已二腈等。还有一些基本有机原料的生产所采用的反应，已由过去的二步反应，改成一步原子经济反应，如环氧乙烷的生产，原来是通过氯醇法二步制备，采用银催化剂后，改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济反应。

3、采用无毒、无害溶剂或不使用溶剂

与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且和生产过程中使用的溶剂也有关系。当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物，会造成较大的环境污染，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，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以上的二氧化碳流体。它既有常规液态溶剂的溶解度，在相同条件下。又具有气体的粘度，因而具有很高的传质速度。由于具有很大的可压缩性，流体的密度、溶