我国绿色化工未来发展战略与思考.

我国绿色化工未来发展战略与思考进入21世纪后，社会的可持续发展涉及生态、环境、资源、经济等方面的问题，越来越受到人们的关注。

我国的基本国情是人口众多，自然资源短缺，生态环境脆弱，污染日趋严重，战略资源供需矛盾日益尖锐，资源环境与就业压力加大，经济社会发展和安全面临新的挑战。

在这些多重制约因素条件下，要全面建设惠及十几亿人口的小康社会，必须树立科学的发展观，实现人与自然的协调发展，经济社会全面协调可持续发展。

1 我国化工业面临的主要挑战及战略要求我国的化学工业在国民经济发展中占有举足轻重的地位，它不仅提供基础化工原料和三大合成材料，同时又生产着小批量、多品种、高附加值的精细化学品，与人民生活息息相关。

目前，化学工业主要存在的问题是一些产品的生产技术路线落后，相当一部分化工产品的生产仍采用高能耗、原料消耗高、高污染的合成路线，缺乏自主开发的核心技术，大部分产品的生产和装备技术长期落后于发达国家，并带来了在环境和资源方面的诸多问题。

除了这些遗留问题外，化工业还面临着可持续发展新的挑战。

1.1 新农药创制的方向农药是人类获得粮食，确保农业稳产、丰产不可缺少的生产资料。

近百年来，农药(如杀虫剂、杀菌剂、除草剂等)为人类做出了巨大的贡献。

近年来，随着世界人口的不断增长，人类对粮食的需要也在不断增加。

但是，耕地增长的速度远远跟不上人口增长的速度，要解决这个世界性难题，必须依靠提高单位面积的粮食产量和改善作物品质，这就必须采用各种手段，如育种、栽培、施肥等，而农药的应用也是其中必不可少的手段之一。

应该看到的是，农药在为人类文明做出巨大贡献的同时，由于认识方面的局限性，高毒、高残留的农药也给人类赖以生存的环境带来了负面影响。

随着社会的进步和文明的提高，开发高效、低毒、易降解、安全性和环境相容性好的绿色农药，以取代那些低效、高毒、高残留及抗性高的传统农药已成为当今新农药创制的方向。

1.2 染料生产清洁化染料是纺织工业的重要基础原料，我国是纺织品生产大国，因此也是染料的消费大国。

另外，在我国精细化学品的出口中，染料和染料中间体也占有很大比例。

根据化工统计的材料情况显示，我国每年硝基芳烃类中间体的产量超过百万吨，与其直接相关的化工产品的产值达数百亿元。

因此，硝化过程在我国化学工业中处于非常基础和重要的地位，有的企业在当地经济发展中起着举足轻重的作用。

染料中间体的生产所涉及的主要工艺过程，包括硝化以及硝基的还原等重污染过程，因为硝化过程通常需要混酸(硝酸／浓硫酸混合物)，硝基还原需要铁粉或硫化钠等还原剂，不可避免地带来严重的环境污染问题，特别是这些中间体中的相当一部分已经转移至我国南部水资源丰富地区的乡镇和私有企业生产，更形成了“农村包围城市”的重污染源。

同时，越来越多外国公司将生产过程污染严重的硝化产品转移至我国生产，如BASF、Bayer、Hochest等公司生产染料的中间体许多购自国内企业。

研究和开发新的清洁硝化和还原技术，是解决这些传统工艺中重污染的关键所在。

1.3 二氧化碳减排与资源化二氧化碳排放产生的温室效应已为全球所关注，在化石燃料使用过程中二氧化碳的减排、埋藏和资源化利用技术已成为国际研究和开发的重点。

经济的高速发展已导致我国每年需要处理的二氧化碳总量超过10亿t。

鉴于我国未来经济仍处于高速发展趋势，必须在提高能源利用效率的同时，实施二氧化碳的减排和资源化利用。

C02本身是一种宝贵的碳、氧资源，它在地球的储量比天然气、石油和煤的总和还多数倍，美国、欧洲、日本等发达国家都有一系列的研究机构在从事这方面的研究工作，我国也开展了相类似方面的基础性和应用性研究，但投入的人力和物力与该课题的战略地位还很不相称。

尤其是在日益注重环境保护的今天，研究和开发利用CO2作为高分子及有机合成的基本原料已成为各国政府部门和许多研究者特别重视的研究领域。

1.4 提高战略资源利用率在战略金属资源方面，我国具有丰富的铝土、稀土、钒钛等特色矿产资源。

这些战略金属被广泛应用于航空航天、交通运输、民用建筑、电力、电子等各部门，在国民经济和国防建设中具有不可替代的作用。

当前，我国工业化的高速发展阶段正处于资源消耗的高峰期，而人均优质自然矿产资源又是相对紧缺，而且优质品位矿产较少。

更主要的问题是已有资源加工利用技术仍多是几十年前就形成的传统工艺，生产消耗指数高，资源利用率低。

在技术条件限制下，大量未被充分利用的资源变成废弃物排放到环境，造成效益低下和严重的环境污染。

由此可见，解决化工生产过程中的污染和资源利用问题，是实现我国化工生产可持续发展的关键所在，也是实现人与自然的协调发展乃至经济社会全面协调可持续发展的重要途径之一，也是我国的重要战略需求。

2 中国科学院绿色化工的基础与优势从总体上讲，中国科学院与化学有关的一些研究所都安排有一些与绿色化学和清洁化工工艺有关的研究方向，这些研究方向的部署主要是结合国家战略需求，属于资源、环境或新材料发展领域。

其优势在于基础研究方面具有前沿性和先进性，有些方面达到国际先进水平；由于学科多，参与的人员也较多，因此有一只实力很强的研究队伍，特别是有几个基础很好的国家重点实验室和院重点实验室以及工程研究中心，都将绿色化学和清洁化工作为重要研究方向。

一些优势研究工作基础包括以下几个方面。

2.1 铬化工清洁生产技术在国内外首次开拓的亚熔盐清洁工艺处理一水硬铝石难处理矿和多种两性金属资源，可大幅度减少设备操作费用，降低能耗，提高资源利用率，并从源头解决废渣的污染问题。

原创性成果进入产业化示范阶段，成为国家、行业确认的清洁生产替代技术，获得学术界和产业界的认同。

在其它重要战略金属如稀土、铜等的萃取和清洁冶炼研究方面，完成了“包头稀土资源清洁冶金流程”的实验室研究，并与包钢稀土高科在包头共同完成了处理能力2400t／a稀土精矿的工业规模示范工程，新型战略金属铜萃取剂已经实现(年处理量)百吨级规模生产，替代进口产品。

2.2 C1化学在C1化学和C02利用方面有较强的应用基础研究与工程实力，开始开展了可生物降解的二氧化碳共聚物的合成及加工研究，与企业合作建成了3000t／a 二氧化碳基塑料的生产线，这是世界上规模最大的二氧化碳基塑料的生产线；先后开展了利用CO2以及尿素醇解合合成有机化工品的催化剂和关键技术的研发，积累了一定的知识和经验，锻炼和培养了一批中青年科研骨干，具备了开展C02利用清洁生产工艺路线的研究工作基础。

2.3 新农药创制在新农药创制研究方面发现了一类具有我国自主知识产权和高效除草活性的农药先导化合物——2—嘧啶氧基-N-芳基苄胺类衍生物。

通过对先导结构的优化，成功开发了两个新型高效油菜田除草剂丙酯草醚和异丙酯草醚，成为我国为数不多的、具有自主知识产权的农药新品种。

除此之外，在科技部最近启动的“973”项目“绿色化学农药先导结构及作用靶标的发现与研究”中，我院相关研究所承担了一定的研究工作，作为一个整体已成为了我国新农药创制研究中的一支新生力量。

2.4 Lewis酸催化体系的应用在非硫酸催化硝化、双氧水催化氧化、催化氢化还原研究方面，运用我国丰产元素稀土金属Lewis酸实现了非硫酸催化的硝化反应，催化剂的用量与反应物的摩尔比为2：10000；运用负载的稀土金属Lewis酸催化剂，使得非硫酸硝化反应的催化效率更高，而且催化剂通过简单地过滤可以回收再使用。

发展的新型催化剂在二苯甲酮的氢化还原中，催化剂用量可以降至1／100000。

这些清洁催化技术已经接近或达到实用化程度，对于解决染料和药物合成工业中的重污染问题将产生重要影响。

2.5 空气为氧化剂的选择性氧化和羰基化在运用空气作为清洁氧化剂进行选择性氧化和羰基活化研究方面，积累了比较丰富的经验，取得了一些有应用前景的成果，如利用空气将醇选择性氧化为醛或酮的方法、外消旋醇的选择性氧化动力学拆分、以丁二烯气相直接环氧化制备乙烯基环氧乙烷、利用一氧化碳为羰基化试剂和芳香硝基化合物为原料通过氧化还原羰基化一步合成氨基甲酸酯等方法，都有很好的应用前景。

2.6 医药研究在手性药物的化学与生物学研究方面合成了黄皮酰胺、丁基苯肽，以及羟甲芬太尼、异硫氰基羟甲芬太尼等化合物的所有光学异构体，找到了其中起主要作用的光学异构体，对它们分别进行了促智、抗细胞凋亡、抗老年痴呆、抗血栓形成、镇痛作用的强度、持续性和成瘾性等多方面生物学研究并有若干重要发现，为进一步推动我国具有自主知识产权的手性药物研发积累了经验。

在不对称催化、手性元方法、包结拆分和组合拆分及酶催化等方法的研究，获得了数个具有优良不对称诱导效果的手性配体和催化剂，发展了若干具有良好应用前景的潜在手性药物及其中间体的合成方法，在一些不对称催化反应研究中得到国际上迄今为止最好的结果，对于推动我国在手性技术与手性药物的基础研究和应用研究起到了重要作用。

2.7 其他另外，中国科学院在整体催化剂、微反应器、化工过程的计算机仿真及微观过程的模拟研究方面具有较坚实的基础，这些工作都为开展化工清洁新工艺的研究与开发奠定了良好的基础。

2.8 存在问题目前，存在的问题主要包括：一方面，基础研究方面的工作偏多，应用基础和应用研究方面的工作相对较少，基础研究成果向实用化研究和技术转化能力薄弱，研究手段特别是工程技术平台相对落后，难于促进成果产业化，应加强知识创新与技术创新的有机衔接，推动和加快工程化研究平台建设。

其次，我国科研—设计—高新技术产业化工程实施的衔接机制尚不健全，产学研创新体系需进一步完善，从而形成以企业为主体，产学研相结合的技术创新体系，加快推进我国自主创新成果的产业化进程。

3 结合国家战略需求、战略重点的部署绿色清洁化工生产已经成为未来化工发展的必然趋势，也是实现资源、环境、经济、社会全面协调可持续发展的必由之路。

结合国家战略需求，在绿色化工清洁生产技术方面，重点开展以铝、铌、钽等两性金属矿物资源高效清洁生产过程研究开发，建立相应绿色化工冶炼过程技术平台，在若干重要化工过程实现工业示范应用。

针对重污染精细化工过程，开展新型催化剂、反应介质、反应物质以及工艺过程研究，改造传统技术流程，提高资源利用率，实现污染的源头治理。

开发CO2固定、可降解聚合物等环境友好的化工产品。

根据国家战略需求以及中国科学院的战略规划，在以下几个方面针对应用开发做重点部署。

3.1 C02的综合利用研究面向国家可持续发展的市场需求和未来环境的需求，利用C02作为新的碳、氧资源，重点开展C02固定、可降解聚合物以及有机材料等环境友好的化工产品合成工艺的关键技术和催化剂的研究，建立CO2综合利用的研究平台，为我国以CO2为原料合成绿色化工产品的工业化提供技术支撑。

3.2 重要战略金属清洁冶炼新工艺与过程研究重点开展以铝／铌／钽／稀土钒钛／镍等战略金属为代表的矿物资源高效清洁生产新工艺和过程研究开发，建立非常规绿色过程平台技术，并实现工业示范应用，以推进重污染传统行业的清洁生产和技术提升。