浅论绿色化学——李超,含山中学高一九班.doc

浅谈环境污染与绿色化学
摘 要
当工业文明进入21世纪后，它对环境的破坏日趋严重，对资源的使用走向了滥用。针对着日趋严重的环境问题，从而提出了绿色化学这个概念。从绿色化学的原子经济性 ， 12项原则 ， 5R原则及研究成果上我们不难看出，绿色化学具有良好的发展前景。从而使我们对环境的治理，由治标转向治本，从根本上解决问题。

作者：李超 含山中学 高一九班

关键词：化学污染，绿色化学

今天，化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2000万多种。而随着化学的发展在不断促进人类进步的同时，在客观上使环境污染成为可能，但是起决定性的是人的因素，最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关，诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等。
随着当今化学工业的飞速发展,化工污染日趋严重,已给全球的生态平衡带来了巨大的破坏,开始危及人类的生存。如何对化工污染进行综合防治,已成为当今社会最突出的问题之一。 化学工业,为人类创造了前所未有的巨大的财富,满足了人们越来越高的生产和生活要求。但在全球保护环境的呼声日益高涨的情况下,化学工业又首当其冲, 成了人们抱怨的罪魁祸首。 我们不能因为化学工业的成绩而回避现实中存在的污染问题,也不能因为污染问题而对它全盘否定。正确的态度,应该是从化工污染的 特点入手,采取积极的措施,使化学工业能够扬长避短,不断前进,踏上时代发展的 “绿色快车”。当前,世界各国正在使用和生产的化学化工产品有十多万种。这么多的化工产品,其生产过程存在着一个共同的特点,即其生产原料中,大约有三分之二可以转化为产品,约三分之一则转化为废物和污染物。由此可见,一方面化学工业在改变我们生活的同时,也确实带来了一定的污染问题;但另一方面也说明, 化学工业毕竟还是利大于弊。 大气污染是我国目前最突出的环境问题之一。工业废气是大气污染物的重要来源。大量工业废气排入大气，必然使大气环境质量下降，给人体健康带来严重危害，给国民经济造成巨大损失。工业废气中有害物通过呼吸道和皮肤进入人体后，能给人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变，尤其是苯并芘类多环芳烃能使人体直接致癌以引起人类的高度重视。 化工行业的废气主要包括炼油厂和石化厂的加热炉和锅炉燃烧排放燃烧废气； 生产装置产生不凝气、 弛放气和反映中产生的副产品等过剩气体； 轻质油品、 挥发性化学药品和溶剂在贮运过程中的挥发、泄漏；废水和废弃物的处理和运输 过程中散发的恶臭和有毒气体； 以及石化工厂再生产原料和产品运输过程中的挥 发和泄漏散发出的废气。
一，绿色化学
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，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。
1绿色化学名词解释
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学，是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，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和零污染，是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护，绿色化学不是被动地治理环境污染，而是主动的防止化学污染，从而在根本上切断污染源，所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
2绿色化学的由来
在1984年，美国环保局提出“废物最小化”理念，这是绿色化学的最初思想。1989年，美国环保局又提出了“污染预防”的概念。 1990年，美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年，美国环保局又发布了“污染预防战略”。1995年，美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志，标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿，在1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。1996年，召开了"工业生产中绿色化学与技术"研讨会，并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》，1997年。国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团公司联合立项资助了九五" 重大基础研究项目"环境友好石油化工催化化学与化学反应工程";中国科技大学绿色科技与开发中心在该校举行了专题讨论会，并出版了“当前绿色科技申的一些重大问题”论文集;香山科学会议以“可持续发展问题对科学的挑战---绿色化学”为主题召开了第72次学术讨论会。1998年，在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会； 《化学进展》杂志出版了“绿色化学与技术”专辑;四川联合大学也成立了绿色化学与技术研究中心。上述活动已推动了我国绿色化学的发展。

3绿色化学的核心内容
原子经济性是绿色化学的核心内容，这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost提出的，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，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性，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。绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，实现“零排放”。不仅充分利用资源，而且不产生污染；并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，生产有利于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好产品。绿色化学化工的目标是寻找充分利用原材料和能源，且在各个环节都洁净和元污染的反应途径和工艺。对生产过程来说，绿色化学包括：节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程排放废物之前减降废物的数量和毒性；对产品来说，绿色化学旨在减少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。绿色化学不仅将为传统化学工业带来革命性的变化，而且必将推进绿色能源工业及绿色农业的建立与发展。因此绿色化学是更高层次的化学，化学家不仅要研究化学品生产的可行性和现实用途，还要考虑和设计符合绿色化学要求、不产生或减少污染的化学过程。这绿色化学将使化学工业改变面貌，这一趋势将在21世纪更加强劲，并将出现崭新的局面。我国的乡镇企业，特别是化工、染料、造纸、皮革等污染较严重的工厂应从环境保护大局出发，一方面研究和改革工艺流程，采用符合绿色化学要求的化学过程，减少和消除污染；另一面要重视现有的废物处理，要严格控制排放标准，解决三废治理问题。做好环境保护，为子孙后代造福。这是对人类负责和关心的态度。
二，12项原则；
Ⅰ．防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。
Ⅱ．讲原子经济——应该设计这样的合成程序，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。
Ⅲ．较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法，使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。
Ⅳ．设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能，还应具有最小的毒性。
Ⅴ．溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料（如溶剂或析出剂）当不得已使用时，尽可能应是无害的。
Ⅵ．设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量，还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。
Ⅶ．用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的，原料应能回收而不是使之变坏。
Ⅷ．尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应（用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程），因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。
Ⅸ．催化作用——催化剂（尽可能是具选择性的）比符合化学计量数的反应物更占优势。
Ⅹ．要设计降解——按设计生产的生成物，当其有效作用完成后，可以分解为无害的降解产物，在环境中不继续存在。
Ⅺ．防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法，在实时分析、进程中监测，特别是对形成危害物质的控制上。
Ⅻ．特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中，反应物（包括其特定形态）的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。
为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求，人们又提出了5R理论：
Ⅰ．减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量，有效途径之一是提高转化率、减少损失率。②减少“三废”排放量。主要是减少废气、废水及废弃物（副产物）排放量，必须排放标准以下。
Ⅱ．重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，从一开始就应考虑有重复使用的设计。
Ⅲ．回收——Recycling 回收主要包括：回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。
Ⅵ．再生——Regeneration 再生是变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。
Ⅴ．拒用——Rejection 拒绝使用是杜绝污染的最根本办法，它是指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用。
( 12项原则，5R理论源引于维基百科)
化学三，绿色化学的发展
绿色化学是化学学科中的研究热点和前沿。其内涵，原理 目标和研究内容需要不断的完善和充实，它的发展对保持良好的环境，社会和经济的可持续发展都有重要的意义，只有通过绿色化学的途径，从科学发展出发发展环境友好的化学，化工技术，才能解决化境污染和经济可持续发展的矛盾。
1 新的化学反应
绿色化学总结起来，可以归到一点，也就是要发展新的反应。从化学的发展史可以看到，过去新的反应的出现，较多地是由化学家在实验室中偶然发现的。但随着对化学反应本质的理解，由其分子识别概念的引人，也即进一步综合考虑反应分子的各种作用力所起的作用，化学家就可能设计新的反应造新的反应，尤其是在不对称合成反应和催化反应的发明方面。在原于经济性和可持续发展基础上研究化学和催化基础问题，即绿色合成和绿色催化问题。在有机化学品生产中，许多新的化学流程已在研究开发，加以新型钦硅分子筛为催化剂．开发烃类氧化反应；用H2O2氧化丙烯制环丙烷；用催化剂的晶格氧作烃类选择性氧化，这些新流程的开发是绿色化学领域的新进展。在设计新的绿色化学反应时，既要考虑产品性能，又要价格经济，还要废物或副产品产生最少，对环境无害。而利用计算机辅助的绿色化学设计则可以按我们的评估方法自动比较可能反应途径从而找到最佳反应途径。
2研制对环境无害的新型材料和新型燃料
自然界资源有限，因此人类生产的各种化学品能否回收、再生和循环使用也是绿色化学研究的主要领域。以塑料为例，西欧各国提出了三R原则，即reduce,reuse、recycle，而这一原则对能源、燃料化学品方面也适用。充分开展资源再生和循环使用技术是绿色化学重要发展方向之一。机动车燃烧汽油和柴油产生的废气是大气污染的根源。适应绿色化学的要求，汽油的组成发生了深刻变化，既限制汽油的蒸气压、苯含量、芳烃、烯烃含量，还要求在汽油中加人数量相当的含氧化合物。而在我国能源结构中，煤是主要能源，应将研究、开发洁净煤化学技术视为当务之急，以利于大气保护。

结语　未来经济和社会可持续发展要求传统化学工业必须向绿色化学与化工方向发展，中国的化学与化工面临新的机遇与挑战。面向21世纪，我国绿色化学与化工要加速发展，需要加强以下几个方面的工作：
　　（1）绿色化学与化工观念的建立。从教育、经济、立法以及社会责任等角度让政府、企业、各级教育机构与化学和化学工程界认识绿色化学与化工的重要性和紧迫性。

　　（2）形成绿色化学与化工一体化的发展模式。不仅是分子水平的化学和大规模的化学工程技术的融合，还要化学化工与其他学科的交叉。建议我国建立几个“化学科学与工程”国家实验室与科技基地作为绿色科技创新平台；持续大力度地对基础和应用基础研究投入，为创新突破作积累；加强政府、企业、各级教育机构与化学和化学工程界沟通与合作。

　　（3）加强相关人才的培养。未来的化学和化学工程师应该在开发合成路线、设计生产工艺以及改进生产技术等方面接受并适应绿色化学与化工的要求。

参考文献
中科院院士咨询报告. 展望21世纪的化学. 化学工业出版社，90-93(2000)

结稿日期：2012，8，3