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谈绿色化学

来源:山东师范大学化学化工与材料科学学院 作者:邵瀚

摘要:随着可持续发展理念的全面贯彻,对环境污染的治理已成为我国现阶段的一个急需解决的问题。因为环境问题除了会对生态平衡造成不利影响之外,还会威胁人类正常生活与发展。尤其是随着国内城市化进程的不断加快和工业化程度的不断提高,以及人民生活水平的不断提高,生活需求的不断增多在环境污染治理方面也面临着全新的形势,需要我们在治理方案上不断探索,不断创新。传统化学可以通过不同的反应制备相应的材料或物质,但是在应用过程中容易出现资源过度消耗或者污染环境等问题,而绿色化学则大不相同,绿色化学技术是一种运用于环境污染治理的先进手段,是一种对传统技术的革新,运用绿色化学技术来治理环境污染,可以进一步提高环境治理水平,改善环境质量,提高环境污染的治理效果,为公众的生活提供优质的环境,实现化工产品根本上的治理,以此改善当前我国城市整体环境,因而绿色化学技术值得我们积极推广运用。

关键词:绿色化学;环境保护;可持续发展;生产;生活

正文

一.绿色化学分析

1.总体概述

绿色化学,也称为无害环境化学,环境友好化学和清洁化学,旨在减少或消除有害物质的使用以及化学药品和工艺的设计。这是世界公认的污染控制方法。绿色化学涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等,倡导使用化学技术和方法,减少或停止使用和生产对人体健康、社区安全和生态环境有害的原材料、催化剂、溶剂和试剂、产品和副产品。绿色化学的定义是不断发展变化的。当它第一次出现的时候,它更像是一种想法,一种欲望。但随着学科的发展,它在不断发展变化中逐渐趋向于实际应用,其发展与化学密切相关。今天,绿色化学是指能够保护环境的化学技术。利用自然能源可以避免对环境的负担和有害物质的排放,如利用太阳能制造和储存光触媒和氢能,此外,还应考虑节能、资源节约和废物减排。

简而言之,绿色化学的特征是:在原料选择方面,通常是无毒无害的原料;具有较高的选择性,能有效控制化学物质的排放绿色化学的应用不仅可以提高资源和能源的利用效率,而且可以有效地控制环境污染,确保化学工业经济效益的显著提高,对国家化学研究技术的发展起到了积极的作用。

2.具体简析

2.1反应的绿色化

绿色化学中反应的绿色化主要包括“原子经济”,过程少污染或无污染,反应条件易达到等,其中的“原子经济”其实就是充分利用反应物的各个原子,尽可能的使每个原子都转化成目标的产物,从而使得副产物的零排放或少排放。例如,在侯氏制碱法出现之前,工业上采取的是索尔维制碱法,但这种制碱法两种原料的成分里都只利用了一半,从而造成了很大的浪费,而且食盐的产率不高,也是一个很大的损失。

2.2原料的绿色化

原料的绿色化顾名思义就是原料的安全性和污染性,亚硝酸盐是现代化工中常用的原料,有很强的致癌性。但现在很多不安全原料已找到相应的替代品,例如工业上已经用抗坏血酸、红曲米色素、乳酸链球菌素、麦芽酚-有机铁盐系统等来替代亚硝酸钠等。

2.3催化剂的绿色化

许多传统的有机反应都是用硫酸,氢氟酸和碱等酸碱来做催化剂,这些催化剂不仅对设备有一定的复试,而且对环境也有一定的污染,所以,人们正在致力于绿色催化剂的研发与应用,例如酶催化剂,光助催化,光电催化,新型催化裂化剂等,这些新型催化剂的研发与应用会大大促进绿色化学的发展。

2.4溶剂的绿色化

传统的工业溶剂主要包括石油醚,苯芳烃,醇,酮和卤代烃。这些溶剂大多数是挥发性的,有毒的和有害的。这些溶剂的很大一部分在使用过程中会挥发。当它进入空气中时,在日光下容易在地面附近形成光化学烟雾,这可能导致疾病并污染环境。而绿色溶剂可以为土壤生物或其他物质降解,半衰期短,很容易衰变成低毒、无毒的物质,所以备受人们的青睐,目前人们最关注的绿色溶剂有水、超临界流体、离子液体。

2.5产品的绿色化

产品的绿色意味着产品无污染或污染程度较低,环境友善产品的设计、生产和使用是绿色化学的重要组成部分。绿色化学生产的产品经过加工、应用和功能消失后,不会对人类健康和生态环境造成危害。只有这样,才能满足绿色化学产品的要求。

二.绿色化学技术

1.总体概述

绿色化学技术的研发是为了保护环境,实现可持续发展目标,而为此,世界各个国家也在这方面投入大量的资金,开展了许多研究,同时也取得了一定的成就。

2.具体类别

2.1催化技术

催化剂是化学过程的基础,是实现工业应用的许多化学反应的关键,并且是实现工业化学反应的重要物质。根据不同的化学反应,选择合理的催化剂不仅可以提高工业生产效率,而且可以有效地控制和管理工业生产中的污染排放。目前使用的主要催化技术有酶促反应、光催化和纳米催化。酶催化效率是普通化学催化剂的106ー1013倍,酶反应条件温和,易于控制,副反应少,环境污染小。纳米催化技术的作用主要是提高材料的催化活性。光催化技术氧化能力强,二次污染少。

2.2膜技术

膜过滤是一种常用的污染处理技术,主要分为膜分离技术和膜催化技术。在实际应用中,膜分离技术主要包括微滤技术(MF),超滤技术(UF),渗析(D),电渗析(ED),纳滤技术(NF),反渗透技术(RO),渗透蒸发(PV)和液体膜技术(LM)等,以及膜分化技术具有成本低,效率高,污染少,能耗低的特点。膜催化技术是一种能够平衡进行的化学应用技术。可大大提高原料转化效率,节约资源,有效控制环境污染。

2.3微波技术

微波技术的主要内容是烧结合成和水热合成法。将微波应用于有机合成,可大大加快反应速度,缩短反应时间,特别是以无机固体为载体的无溶剂有机合成,操作简单,溶剂用量少。并且在使用过程中,可以有效分离产品,达到节约资源,控制污染的目的。

2.4其他技术

生物化学技术是绿色化学的一个重要方向,主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程, 生物技术可以通过在基因或细胞层面的技术应用有效提升对污染物的治理效率,可以实现一般化工技术难以实现的化工过程。等离子体技术在实际使用过程中对环境的影响相对较小,反应速度快,转化效率高,在清洁生产中有广泛的应用。等离子体由最清洁的高能粒子组成,不会造成环境污染,也不会对生态系统造成不利影响。另外,等离子体反应迅速且完全,从而大大提高了原料的转化率。超声波技术主要应用于有机物的降解过程,可以全面处理有机物。在超声波技术的应用过程中,高温分解反应可以大大提高污染物的处理效率。

三.绿色化学技术在环境污染治理与保护中的具体应用

1.绿色化学技术在大气污染中的应用

大气污染是我国环境污染中最主要的一种类型,我国大气污染主要来源包含工业生产排放的废气、汽车排放的尾气以及人们生活所排放的废气。随着社会的进步,工业的不断发展,人们的生活水平不断地提高,家用汽车数量的不断增加,我国的大气污染问题越来越严重,急需采取必要措施来进行废气处理。在我国许多地区,由于传统废气处理技术的限制,产生了大量的酸雨和雾霾,因此迫切需要采用绿色化学技术来控制废气。在空气污染中,氮氧化物、二氧化硫是主要污染物,现阶段大多数工业生产都会排放出一定量的二氧化硫、氮氧化物等,而这些物质一旦过量排放,就会产生酸雨、烟霾、光化学烟雾等现象,因此应采用绿色化学方式进行脱硫。目前,煤炭脱硫方法主要有三种: 燃烧前脱硫、燃烧过程脱硫和燃烧后脱硫。而最为绿色的脱硫方式是生物脱硫,这种方法优点较多,如成本较低,反应条件温和,环境污染较少,除了生物脱硫外,微生物絮凝法、生物浸水法以及表面浮选法等也较为常见,这些方法的效率都较高,可以提升大气污染的治理效果。

2.绿色化学技术在水污染中的应用

在现阶段,水污染已成为控制环境污染的主要问题。在当代社会中,水污染问题主要分为三种:第一,化学实验过程中产生或残留的废液引起的水污染;二是使用农药造成的水体污染;第三,工业生产产生的废水。所以,为了解决水污染问题,就要从这三个方面下手,对症下药。

2.1化学实验废液导致的水污染

化学是一门注重实验的学科,这也就决定了化学实验在化学中占有很重要的地位。但是就目前的情况看来,大多数学校的实验内容比较陈旧,而且多注重基础实验,在教学实验之后会产生大量的实验废液,而对于产生的这些废液,若不进行合理的处理,直接倾倒于下水道等场所,就会产生水污染。因此,对于这些废液,我们要做到进行分门别类的处理,做到先回收,后排放,注重环保。

2.2农药使用导致的水污染

农业生产离不开农药,但是目前几乎所有的农药中都存在剧毒物质,并且在生产中也会有一定的公害。但是随着社会的发展,人们越来越追求健康,追求“绿色饮食”,因此,农业生产对新型农药的需求也越来越多。目前常用的新型农药有生物农药、现代化学农药、光活性农药等,这些农药将大大减少对环境的污染。

2.3工业生产导致的水污染

随着社会的发展,工业生产规模不断扩大,工业生产造成的污染并没有增加太多。在当代工业生产中,含有高浓度有机废水的污染源日益增多,所以人们正在努力追求工业生产零排污。20世纪70年代,人们开始研究以“绿色化学”为基础的循环冷却水零排放技术,实现了从源头、终点和中间过程三个方面消除污染的新思路,尽可能地节约用水,同时彻底解决了水污染问题。今天,零排放技术甚至可以实现零污染排放,甚至达到饮用水标准。

3.绿色化学技术在固体废弃物处理中的应用

目前,人类社会存在三种主要的固体废物污染类型:一种是城市固体废物污染;另一种是城市固体废物污染。二是白色污染;三是矿山废弃物污染。

3.1绿色化学技术在城市固体垃圾污染中的应用

目前,城市生活垃圾的处理方法主要有两种: 一种是填埋处理。顾名思义,这种方法主要是将一些厨余填入土壤中。该方法工艺相对简单,但处理周期较长,成本较高,防护效果不是特别显著;二是垃圾焚烧法,这种方法主要就是将城市垃圾集中到一起进行焚烧处理,这种方法曾经是发达国家采取的主要处理城市垃圾的方法,虽然这种方法有一定的有点,但是这种焚烧法所产生的废气中含有大量SO2 、H2S、NOx 、HCl、重金属, 尤其是会产生毒性很大的二恶英等二次污染物,不符合绿色化学的要求,所以人们已经发明了很多绿色化学的处理方法,主要有:热分选煤气化技术、固体废弃物电离气化技术, 尤其是固体废弃物电离气化技术(SKYGAS), 它不但能最终彻底解决固体废弃物无害化、资源化,不会产生二次污染, 而且运行成本低,1~ 2 年就可以收回投资。

3.2绿色化学技术在白色污染中的应用

白色污染是指由聚苯乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯和其他高分子化合物制成的各种塑料产品,它们在使用后作为固体废物丢弃。由于它们乱扔垃圾并且很难降解,因此会造成环境污染。现象。对于白色污染,可以进行燃烧、降解与熔融处理,但是会产生一定污染,所以解决白色污染最为环保的方法就是运用绿色化学产品做有效的生物降解。

3.3绿色化学技术在矿山废弃物污染中的应用

矿山废弃物污染是一种废弃堆矿石和尾矿,属于二次资源的范畴。如果不能有效利用,就会造成资源的浪费。然而,目前该领域的研究和利用很少,造成了严重的资源浪费和环境污染,这是由矿山废弃物污染造成的。为了解决这一问题,必须充分利用生物浸出技术、无氰提取技术、预氧化技术处理矿山废弃物等资源化和提高矿物资源化利用率。

四.结束语

近几年来,绿色化学技术在生产生活中的应用越来越广泛,这些绿色化学技术的应用不仅提高了生产的效率与质量,而且对环境友好,对人类的健康友好,这都是绿色化学技术带给我们的。绿色化学不断在发展,但是在当下的情况中,在技术的水平上还需要不断升级。就我国而言,近几年来我国的绿色化学技术已经有较大的突破和提高,但是从国际上看,我国的绿色化学技术还是有待提高,我国本土的处理技术不仅成本高,同时处理效果仍旧存在较大的上升空间,所以发展绿色化学技术依然是一项重要的内容。

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