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谈绿色化学的意义

来源:山东师范大学化学化工与材料科学学院 作者:刘文科

摘要:绿色化学,当今社会,不仅仅追求经济发展效率,更讲求环境治理,生态健康。习近平总书记强调:绿水青山就是金山银山。绿色化学是一种新型化学,不仅能够从源头上减少甚至阻止化学污染,还能起到保护生态环境的作用。现阶段,在环境污染治理的相关技术中,绿色化学技术已经得到了人们的密切关注。绿色化学的特点决定了它是实现可持续发展的途径之一。因此我们对绿色化学的研究刻不容缓。

关键词:绿色化学,生活,环境污染,可持续发展,绿色化学技术。

正文1.绿色化学的含义:绿色化学,又称环境友好化学(environmentally friendly chemistry)、环境无害化学(environmentally benign chemistry)和清洁化学(clean chemistry),即使危害物质的产生和使用得到减少或消除的化学过程的设计。绿色化学不仅涉及有机合成、生物化学、分析化学等基础学科,还包括酶化学等前沿学科,可见其涉及领域之广。绿色化学自提出以来,始终坚持着研发先进的化学的技术和方法,减少有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、等的使用以及产物、副产物的产生。

2.下面这些是绿色化学主要的研究内容:

(1)讲究从源头上制止污染,而不是在尽头治理污染。

(2)合成方法应具备“原子经济性”原则,尽量让反应的原子利用率达到100%。

(3)合成方法还应具备“5R”原则,即Reduction,减少原料的使用,减少实验废物的产生;Reuse,循环使用;Recycling,回收,实现资源的回收利用;Regeneration,再生,变废为宝,实现资源的再利用;Rejection,拒绝有害有毒物品。

(4)在合成过程中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有危害的物质。

(5)设计具有高使用效益、低环境毒性的化学产品。

(6)尽量不要使用溶剂和其他辅助材料,必要时必须使用,以确保其无毒无害。

(7)生产过程应在适当的温度和压力下进行,并且能耗最低。

(8)在原材料方面,尽可能利用可再生资源,特别是生物质作为以石油、煤炭等矿产原料为代表的不可再生资源的替代品。

(9)尽量减少副产品的产生。

(10)使用高选择性和高效率的催化剂。

(11)采取的实验方法尽量是使用完的化学产品能降解成无害的物质,然后进入自然生态循环。

(12)发展实时分析技术以便监控有害物质的形成。

3.绿色化学技术:绿色化学对传统化学做出了创造性的改革。在绿色化学基础上发展形成的绿色化学技术已经成为一个关键的问题。 下面我将着重介绍绿色化学的几点内容(一)绿色化学的几个主要技术方法

3.1生物技术

生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程等等。充分利用生物质资源,实现节约能源,清洁生产的目标是其最大的特点之一,并且完成一般化工技术难以实现的化工过程。

3.2催化技术

催化剂是化学工艺的基础物质,是使许多化学反应实现工业应用的关键物质,目前催化反应技术仍是众多化学产品的主要生成方法。酶的优点主要有:催化效率比一般的化学催化剂高106~1013倍;反应条件温和,控制容易,副反应少,环境污染小。同时也有多种新型材料和催化方法:纳米材料具有不同于常规材料的性能,其催化活性和选择性都远远超过常规催化剂;光催化氧化法则具备设备简单,操作条件易控,氧化能力强,无二次污染等优点。

3.3微波技术

在微波技术运用于某些化学反应时,反应速度明显比传统加热方式快。当微波应用于有机合成时,不仅能大大加快化学反应速率,还能缩短反应所需的时间,特别是以无机固体物为载体的无溶剂的微波有机合成反应,操作简便,溶剂用量少,产物易于分离,产率高。在无机合成过程中,微波技术主要用于烧结合成和水热合成这两个合成过程。

3.4超声波降解技术

超声波降解技术降解有机污染物的原理为:在声能足够强时,在疏松的半周期内,液相分子间的吸引力就会被打破,形成一个空化核,而这个空化核的寿命大约为0.1μs,它在爆炸的瞬间可产生约4000K的局部高温和强达100MPa高压环境,同时产生速度约为110m/s的冲击力极强的射流。产生的这些环境和条件,在一个产生的特定的空化气泡内,足以使所有的有机物发生化学键的断裂、高温分解或自由基的反应从而使废水中的存在的有机污染物得到降解。

3.5等离子体技术

等离子体主要是由最清洁的高能粒子组成,不会对环境造成污染,对生态系统也没有不良影响。另外,等离子体反应迅速并且反应完全,从而使原料的转化率大大提高,同时有可能实现 原子经济反应,因此,相应的副反应就会很少,还有可能实现零排放,做到真正的清洁生产。

(二)绿色科学技术的应用

4.1运用于大气污染的控制

中国是一个产煤大国,过去、现在和未来的主要发电或以煤为基础。但是,传统煤的燃烧带来严重的环境问题。就比如大气中的SO2主要是煤中含硫物经不完全燃烧产生的产物。为此,科学家们也不停地在探讨煤炭绿色处理技术。目前为人们所掌握的煤炭脱硫的方式主要有:燃前脱硫、燃中固硫、燃后烟气脱硫等等。同时也研究出了新型的煤,例如无烟煤。站在绿色化学的角度分析这三个脱硫方式,前者属于污染与处理即污染预防,后两者则属于污染治理,是在产生污染的过程中解决硫的污染问题。经过科学实验即实际运用考察,这三个技术都已经取得了很好的实际效益。在新的领域上,绿色化学的煤炭生物脱硫技术已经取得了很好的发展,是今后脱硫技术的主要发展方向之一,一定会得到人们的广泛运用。

4.2运用于水污染的控制

水是人们的生命之源。但是现如今的水体已经得到了极大程度的污染,已经很难再找出一片干净的水体了,因此,绿色化学技术在水污染的控制与解决中也扮演了重要的角色,发挥着至关重要的作用。

4.2.1处理生活和工业废水

目前,工业和城市污水是我国水环境的污染源之一。在“绿色化学”的基础上,我们还提出了一个新概念: 污水处理技术。这是一种从源头、中间过程和终点消除污染的新思路,也是一种最大限度地节约用水、彻底解决水污染的新技术,代表了21世纪水处理技术最先进的发展方向。此外,人们还掌握了一个较为先进且方便的污水处理技术,循环冷却水零排污技术。这项技术的研究始于上世纪70年代,现已在发达国家广为人知并得到应用,在这些国家,循环冷却水系统的浓度系数通常在5以上,甚至很少有国家能达到10倍或10倍以上,个别系统实现了零污染排放。作为世界上科学技术最为先进的美国,其开发的废水零排污技术可使经过处理的后的废水水质达到饮用水标准并全部再回收利用。在污水处理技术上上,我国也取得了很大程度进步,目前已经掌握了热水锅炉零排污技术。借助此项技术的研究开发可避免再生废盐水、煮炉水等,启用冲洗水,停用冲洗水、连续排污水、定期排污水等废水排放,最终经过不懈努力,终于实现了污水的零排放。我国也试图在污水处理技术上更进一步,正在进行着对蒸汽锅炉零排污技术的研究。

4.2.2农药污染

我国是一个农业大国,在注重农业生产效率的同时,使用农药提高农业生产的产量是必然的。但是,农药的危害是巨大的。我国目前生产的农药大多为高毒品种,在其生产过程中也会有公害。但是,随着近年来,随着“绿色食品”的兴起,人们对食品安全和食品质量的要求也越来越高,而绿色食品也就更加要求绿色无公害的绿色化学农药。我国已经研究出来的新型的绿色无公害农药主要有生物农药、现代化学农药、光活化农药等等,这些新型农药也必将取代传统的化学农药,在市场上受到广泛的使用,从而大大减少农药对环境所造成的污染。

4.2.3化学实验室化学废液污染

作为化学教学的一大重点,化学实验的教育格外重要,放眼我国,目前大多数大专院校的实验内容比较陈旧,而且基础实验课、验证型实验要比理论性,创新性实验多,实验手段不足、化学实验设备相对比较落后,这些因素都会导致实验废液处理不到位,而往往这些实验废液大多对环境有害,这也就造成了众多化学实验废液污染环境的案例的发生,对环境造成了严重的不可逆的危害。因此,绿色化学技术运用于化学实验废液的处理上时,可以有效地减少化学废液对环境的危害,保证我们的环境安全于生态系统的健康。

5.绿色化学与可持续发展的关系

从工业革命到现在,人类为了自己的方便,为了满足他们无止境的欲望,任意利用自己掌握的化学方法或化学合成的原材料,对自然进行无休止的勒索,这也给自然造成了极大的伤害。过去的社会发展一直是三高(高消耗、高污染、高效率)的生产方式,如果我们继续使用这种生产方式,我们的星球最终将受到严重的污染。在这种紧急的情况下,人类急需对发展理念作出改变,放弃传统意义上的生产理念,寻求新的绿色安全的生产模式,寻求从根本上解决环境问题和能源问题的方法。环境问题与发展问题息息相关,需联合布局,综合思考,全面统一,协调发展,做到这些,将是人类文明的又一大进步。

5.1绿色化学有利于生态的可持续发展

绿色化学在生产和生活中的完善涉及到许多方面,它为保护生态环境、恢复自然平衡提供了新的途径,有利于人类社会的可持续发展。现阶段的日常生活中,我们接触最频繁的便是绿色产品,绿色产品具有合理的功效和使用寿命,使用之后易于回收、利用、再生产,在普通环境中易于降解等特点。生产后无害、绿色、原料原料、催化剂、溶剂和试剂、产品及副产品在生产过程中无害化、绿色环保。例如,在实验过程中使用无害的催化剂、溶剂,不会影响自身的健康;使用无毒无害的原材料进行实验,可以减少环境污染。在日常生活中推广绿色技术,要求生产出来的有毒有害物质材料尽量做到低排放甚至零排放。

5.2绿色化学是可持续发展的确定选项

在传统的经济发展模式中,产业链的链条是由产物原料(各种资源)到产成品,中间过程包含污染排放,属于一种单向流动的线性经济,而这种传统的单线发展模式已经不适合当前社会的发展情况。在这种传统的单向经济模式下,人们需要不断地从环境中获取资源,不断地向自然界索取资源。这种粗放,野蛮的模式不仅过于浪费,而且对环境的影响也是巨大的:结果就是导致环境污染和资源枯竭。人们发展绿色化学发展的根本目的就是要解决这样的问题,是人们能够学会保护自然,使人类发展和环境处于一种友好的状态。在传统经济发展的链条中,会产生一些没必要的废弃物,对人类生产生活和环境健康和安全都会造成不可逆的危害,而这些废弃产物都是用环境资源一步步得到的,十分不利于经济的发展。针对传统的模式的弊端,绿色化学便提出在区域、企业和社会三者之间建立联系,使其实现资源的循环利用的理念:在区域中,要实现生态的共生企业链;在企业中,循环利用资源和清洁生产;在社会中,要注意废物的回收再利用,降低生产废弃物对社会和环境的危害。

5.3绿色化学是人类针对于人类与自然关系的一个重新认识

针对于时代发展的潮流,绿色化学是人类社会发展中必须经历的一个过程,这集中体现了人们的生态道德。随着时代的发展,人类所处的环境正在不断恶化,可用的资源逐渐变得短缺,如果这种情况维持下去,势必会影响人类本身的安全、利益。在这种情况下,选择走可持续发展的道路是一个正确的选择,这是人类在经历过无数次磨难后得到的经验总结,人们在尝试使用各种已拥有的技术手段发展绿色化学,可以说酶,这是一个对人类来说被逼无奈的选择。特别是自两次工业革命以来,人类不停地向自然索取,但随着自然环境的不断恶化,人们不得已需要尝试新的科学技术来拯救自然环境。但人们往往想通过以掌握的科学技术来挽救人类和保护自然,结果并不理想,这时人们就应该将注意力集中在源头上减少污染。因此,我们可以得出一个结论:绿色化学是社会进步的产物。

6.小结

过去,人类为了满足自己的需要,无限制地破坏自然。然而,人们终于尝到了自食其果的滋味。在当前的环境下,绿色化学是人们必不可少的手段,也是必不可少的方法。绿色化学是历史发展的潮流所必然,它可以促进人类社会的可持续发展,改善人类的生活环境和生产环境。绿色化学技术也是人类所正在探讨并逐渐掌握的一种新型生产方法,优点多,操作简单,无公害无污染等等。这是我们必须掌握和推广的东西。

【参考文献】

(1)郑瑞,绿色化学与可持续发展研究(R)鸡东二中2017.09

(2)刘斌,绿色化学技术在环境污染治理中的应用(J) 广州化工 2009 37(8)185—187

(3)蒋达华 任如山 绿色化学技术在环境污染治理中的应用(J)工业安全与环保 2006 32(1)36—38

(4)张勤芳 对环境污染治理中绿色化学技术应用的几点探讨(J)化学工程与装备 2016(6) 263—264

(5)袁士聪 绿色化学技术在环境污染治理中的应用(R)贵州 贵阳 2018 ·05

(6)刘亚沁 绿色化学技术在环境治理中应用效果研究(R)陕西榆林 2018·12

(7)廖隆琪 浅谈环境污染治理中绿色化学技术的运用(R)

福建泰宁 2018·10

(8)孙万雪 绿色化学技术在环境污染治理与把保护中的应用 (J)黑龙江科学 2020 11(18)120—121

(9)江婷 朱慧君 闫超 韩荣荣 绿色化学技术在环境污染治理与保护中的应用(J)生物化工 2019 5(2)117—119

(10)蔡章伟 环境污染治理中绿色化学技术的应用分析(J)

轻工科技 2019 35(4) 116—117

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