绿色化学概述

第一章绿色化学概述1.1 20世纪化学工业的贡献及其带来的环境污染20世纪是化学工业蓬勃发展的世纪，也是人们逐步认识其对人类健康、社区安全、生态环境也有危害的世纪。

1913年合成氨化学肥料的生产，1941年主要杀虫剂DDT进入市场，这些成就为粮食、蔬菜等食品的丰收起到重要作用，减轻了人口增长对食品需求的压力。

1930年开始生产聚氯乙烯，1938年生产出化纤尼龙，1939~1945年第二次世界大战期间，开始生产顺丁橡胶，这些都是化纤、塑料、橡胶开拓的先例。

由于廉价的石油、天然气大量供应，导致石化行业的蓬勃发展，许多石油化工产品如合成纤维、合成橡胶、合成塑料以及洗涤剂、涂料、粘合剂等渗入到人类生活的各个方面，遍及衣食住行。

1928年第一个抗生素——盘尼西林（Penicillin）的发现，开创了一系列抗生类药物开发的先河。

1953年又发现了DNA的双螺旋结构（double-helix structure），为研制基因工程药物奠定了基础。

这些成就在减轻人类病痛、预防疾病、保障健康、延长寿命方面起到十分重要的作用。

展望21世纪，化学工业还将在衣食住行、保健和娱乐等方面更高层次上继续发展，为满足人类日益增长的物质需求服务。

然而，从20世纪50年代起，由于化学品产量的剧增，化学产品种类的增多，其对人类健康的危害性和对环境、生态的破坏也逐渐暴露出来，特别是几件重大事故的发生，更引起政府和社会的警觉。

例如1961年，在欧洲引起了对一起药物Thalidomide 的恐慌，妇女在孕期为了减轻恶心和呕吐而服用这一药物，却发现所生的小孩带有严重的缺陷，最严重的情况，会产生缺胳膊少腿或严重畸形，估计由此生下的小孩全世界有10000人，其中德国既有5000人。

这一悲剧导致在新药上市时，政府部门要对新药进行严格的致畸性药理试验，也引起社会关注合成化学品作为药物时对人类产生的影响。

1962年女海洋生物学家Rachael Carson所著的《寂静的春天》出版，书中详细地叙述了DDT和其它杀虫剂对各种鸟类所产蛋的影响。

说明使用DDT等杀虫剂后，通过食物链使秃头鹰的数量急剧减少，同时也危及其他鸟类，使原来百鸟歌唱、叶绿花红的春天变得“一片寂静”。

此外，这些化学制剂通过皮肤、消化道进入人体，使人中毒；并在地球大气循环的作用下，被带到世界各地，甚至在北极的海豹和南极的企鹅体中也发现了DDT。

DDT于1941年上市，至1972年美国环保署禁止使用，期间长达50余年，这一事例也说明认识一种化学物质对生态的危害性要有一个漫长的过程。

1971年美国政府成立了环保署（EPA），开始对环境保护的监控和管理。

此后，美国又发生了一系列严重的环保事件。

例如1982年，发生在美国密苏里州首府附近小镇Time Beaches的公路沿线，土壤被一种剧毒化学品二恶英（Dioxin）所污染，土壤中的二恶英含量达到（300~740）×10-9。

当时美国国家病害防控中心认为含量超过1×10-9时，长期接触对人身健康就会有危害，这导致700多户家庭的撤离，政府提供临时居住场所，还花费3300万美元清洁土壤。

同样，在纽约州Niagara Falls 的Love Canal的运河床中，从1930年至1950年期间一家化学和塑料公司在此堆放化学废渣。

1953年政府平整土地后建起了居民点与学校。

到1971年，当地居民发现一些化学物质开始从土壤中渗透出来，这一地区被至少82种化学物质污染，包括一些可能引起致癌的苯、氯化物、氮化合物、二恶英等，同时在这一地区也发现了很高的生育缺陷和婴儿流产，以及肝癌和小儿诱导性神经疾病的高发作率。

于是政府不得不宣布这一地区为危险区。

纽约州政府花费1000万美元购置了居民搬迁用房，又花费1000万美元去止住渗透，约有1000家居民搬迁。

这些又导致政府立法要求清洗潜在的有毒废物污染区。

在20世纪70年代，美国俄亥俄州的Cuyahoga河，由于严重的化学污染而引起河面着火。

美国加利福尼亚州洛杉矶地区的大雾和宾夕法尼亚州匹兹堡市的黄烟，导致水污染的防止和清洁空气法的颁布。

进入20世纪80年代，探明氟氯烃对大气臭氧层的破坏，会引起紫外光透过大气层，增加照射导致皮癌等。

1984年印度Bhopal的化工厂，发生甲基异氰酸的大量泄漏，致死约4000人，伤者无数。

这些事件都提高了人类对化学品对生态环境、人身健康、社区安全影响的普遍关注。

据报道，美国从1900年至1960年的60年间，才制定了16项环保法规；而从1960年至1995年间大大加速了环保法律的制定，在这35年里制定了100项环保法律，可见在20世纪60年代后环境保护引起政府的高度重视。

我国的化学工业同样在给中国人民带来医疗、保健、丰富多采的衣食住行等生活和电视、电影等娱乐方面的巨大进步的同时，由于化学工业的发展，也引发了环境污染、危害健康的事例。

江河水流受小型造纸厂、农药厂等的污染，大气受锅炉燃煤、汽车排放物的污染，塑料制品的白色污染，氟氯烃对臭氧层的破坏等等，也引起人们的关注和政府的立法和治理。

我国政府在1993年世界与环境发展大会之后，编制了《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》，规定了我国经济持续发展的总体目标和实施清洁生产的战略步骤。

1.2 世界环境治理经历的三个阶段回顾世界环境治理的历史，可以将环保的治理历程分为三个时期：⑴利用稀释来解决污染问题在20世纪中期，是对化学物质的毒性的时间性、生物聚集作用和致癌性尚无所认识的时代，对废水、废气和废渣的排放没有立法来限制，一般是将其直接排放到水、大气及土壤里作为最后的处理方法，当时人们普遍认为只要把废水、废气和废渣稀释排放就可以无害。

这一逻辑现在看来是不合理的，但在当时对慢性毒性、生物积累等知识不太了解的情况下，这一作法还是得到广泛的支持，成为当时人们处理有害物质的主要方法。

这时期的环保对策可以称之为“稀释废物来防治环境污染”。

⑵通过命令与管理规则来进行废物处理与抑制。

随着对毒性作用点及环境影响的进一步了解，人们制定了一些环境保护方面的条例来严格控制有害物质向任何一个可接受体系的排放数量，规定出一些标准及某一化学物质的最大安全浓度，这时期的环保对策进入了“管制与控制”的时代。

这种作法的主要缺陷为，没有考虑其它物质的存在对所控物质的叠加影响。

如某一受控物质在水中本来处于安全浓度，但由于第二种物质的存在而使其产生有害影响，那么人类就不能得到足够的保护。

这种缺陷广泛地存在于当前的环保规则中，并且是通过命令与管理规则来控制有害物质浓度方法无法克服的问题。

⑶防止污染时期 1990年美国通过了《污染防治条例》（PPA），成为美国全国环境保护的政策，宣称环境保护的首选对策是在源头防止废物的形成，这样即可避免对化学废物的进一步处理与控制。

也就是在继续对环境污染物进行后处理的同时，要大力加强从源头消除污染环境。

绿色化学就是从源头消除污染的一项措施，其内容包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源，是最为理想的环境污染防止方法。

1.3 绿色化学的定义随着工业生产技术的发展，随着世界各国对环境问题的日益重视，环境保护、环境治理的力度也越来越大。

但是，先发展、后治理的传统方式使环境问题非但没有趋缓，反而越来越严重。

人们已认识到，只有从污染源头杜绝污染的产生，才是主动的、高层次的治本举措。

1992年，里约热内卢会议提出了“绿色科技”的概念，并指出“环境科学家的任务不再局限于环境污染的治理，而是要求对环境污染进行有效控制和对污染的环境进行修复，以及从污染源头开始杜绝环境污染的产生”。

由于“绿色”的概念是一种全新的概念，代表了一种全新的生产模式。

因此，至今对它的定义和理解还没有完全统一，出现了各种专业名词，如绿色化学、清洁生产、洁净技术、环境友好技术、零排放等。

目前，经过全球科学家十余年的研究和探索，对绿色化学与技术的定义和原理已基本取得共识，一般将化学和化工分为两个方面表述，但其基本内涵是一致的。

绿色化学的定义：绿色化学（Green Chemistry），又称为环境无害化学（Environmental Benign Chemistry），是利用化学来防止污染的一门科学。

其研究目的为，通过一系列的原理与方法来降低或除去化学产品设计、制造和应用中有害物质的使用与产生，使所设计的化学产品或过程更加环境友好。

绿色化学包括所有可以降低对人类健康与环境产生负面影响的化学方法、技术和过程。

绿色化学的目标：绿色化学的研究目标是利用l持续的方法，降低为维持人类生活水平及科技进步需要的化学产品与过程所使用或产生的有害物质。

绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等科学的最新理论和技术，是具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉科学。

从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容的更新；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它合理利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。

目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。

1.4各国政府对绿色化学的政策与奖励1.4.1 美国“总统绿色化学挑战奖”美国是一个资源丰富、地广人稀的发达国家，石油炼制和化学工业是其销售额最大的两个工业部门，1990年的销售额分别达1400亿美元和2920亿美元，雇员分别达75万人和110万人；它们也是国家少数几个产生贸易顺差的工业部门，在国民经济中占有重要比重。

但是，20世纪80年代以前，传统的石油和化学工业也曾对该国生态环境和人们身体健康造成过严重的危害。

例如著名的洛杉矶烟雾、多诺拉镇烟雾、勒甫河事件等，唤起人们对健康、社区安全和环境保护的重视，并促进观念上的更新。

1990年美国颁布了《污染防治条例》（PPA），将污染的防止确立为国策，所谓污染防止就是使废物不再产生，不再有废物处理的问题。

该法案中将资源消耗的减少视作危害治理的最高要求，之后不久即出现了“绿色化学”一词。

1991年美国环保署开始将绿色化学纳入其工作的中心。

1995年3月16日，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”（The Presidential Green Chemistry Challenge Awards），并于1996年7月在华盛顿国家科学院颁发了第一届奖项。

这是世界上首次由一个国家政府出台对绿色化学实行的奖励政策，其目的是通过将美国环保署与化学工业部门作为环境保护的合作伙伴的新模式来促进污染的防治，建立工业生态平衡。

更确切地说，设立该奖是为了重视和支持具有基础性和创新性、并对工业界有实用价值的化学工艺新方法，以通过减少资源的消耗来实现对污染的防止。