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绿色化学与环境治理

来源:山东师范大学化学化工与材料科学学院 作者:张静帅

摘要:绿色化学作为一类新兴交叉学科目前处在国际化学领域的发展前沿。本文主要介绍了绿色化学的出现与发展,并分别从环境治理、可持续发展以及绿色生活三个方面来探讨绿色化学在当代的重要意义。

关键词:绿色化学环境治理可持续发展意义

当前,可持续发展、环境保护、生态等方面的问题逐渐成为全球关注和讨论的焦点。而作为为世界物质文明发展做出巨大的不可替代的贡献的化学与化工行业,在提高人类社会的发展和提高社会生活质量的同时,由于化工生产过程和化学产品本身所带来的部分不利影响,使得人们“谈化色变”。但随着“绿色化学”的提出与研究,低害化乃至无害化发展将为人类从“化学”的角度解决环境问题提供新的希望。

1.绿色化学的涵义

绿色化学又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。力求从根源上降低和消除工业对自然环境的污染。是一种治本,从根本上消灭污染的对策。

2.绿色化学的提出与十二原则

一九九零年,美国政府通过了环境污染防治法律,把环境污染防治确定为国家的主要政策。所谓环境污染防治就是要求垃圾问题不再出现,而不再是垃圾处理的难题,因此绿色化学就是美国进行环境污染防治工作的重要基石和关键手段。在一九九五年四月,美国副总统Gore发布了美国的环保发展计划,其宗旨是:在二零二零年地球日前,把所有垃圾数量降低百分之四十~百分之五十,每套装置的消耗原材料量降低百分之二十~百分之二十五。在一九九六年,美国政府还设置了总统的绿色化学挑战奖。上述政府活动,都极大的推动了美国绿色化学的发展。此外,日本政府也提出了日本阳光计划,在环保科技的研制和发展中提出了环保无害生产技术、降低污染技术和二氧化碳固定与处理方法等环保化工的项目。其他各国的公司、政府部门以及学者都将环保化工的研发视为主要的科研和发展目标[]。而在我国,绿色化学的提出已有五年的历史。绿色化学概念与技术的提出与发展对全球来说具有重要发展意义。

而由保罗安纳斯塔斯和约翰华纳所给出的关于绿色化工的十二个准则作为发展的指导方针和准则,对绿色化工的发展有着重要性,下面是其重点介绍:

(1)防止污染。从根源上遏制环境污染,而非在废物形成后的立即处置。这样既能增加效益也能增加环境效益。通过有意识地设置一种不产生废物的反应,隔离、控制和处置有害废物的需要就大大减少了。

(2)原子经济性。绿色化工的重要特征就是原子经济性。而原子经济性的主要任务,就是使原料物质中的分子更多或完全地流入最终的生产中。最大程度地使用了反应资源,最大程度地节省了资金;最大程度地降低了废水的排放量;从而最大程度地降低了污染,符合可持续发展的需要。

(3)无害化学合成。在制备过程中尽可能避免应用、不使用对人体安全和环境有毒危害的材料。如果可以,反应的过程设计可考虑采用更可靠的替代品。

(4)设计安全化学品。设计具有高度应用价值、降低环境毒性的化工产品。

(5)应用安全介质和助剂。尽量避免采用化学辅助材料(如溶剂,分离试剂等)。当需要采用时,选择安全无毒的溶剂代替挥发性或有毒有机物的溶液,已成为环境化工的重要目标。

(6)改善燃料经济性。制备方式需要考虑处理过程中能源对成本和环境污染的影响,并设法减少能源消耗,尽量选择在常温常压下可以实现的制备方式。

(7)使用可再生原材料。在经济合理和科技有效的前提下,采用可再生资源替代消耗资源,如用酶为催化剂,以生物质(生物体中的有机物)为原材料的可再生资源替代难以再生的资源如石油,满足生态循环的需要。

(8)减少衍生物。应尽可能减少不必要的副反应产生,并降低这种不必要的副反应产生中需要加入的化学试剂以及可能形成的废料。

(9)新型催化剂产品的研制。尽量使用较有选择性的催化技术,因为此类催化技术在选择性和降低能耗程度上都高于化学计量反映。催化技术在减低活性能的时候,还可减低生化反应速度所需能耗,而较好的选择性则可减低生化反应速度废料的生成。

(10)降解设计。在设计化学品时就应该优先考虑在应用完后应能迅速降解为无毒的化学物质或可进行自然生态循环。

(11)在空气污染中的实时分析。开发在线的检测、分析等技术,以便控制有害物质的产生。通过在线检测有助于改善反应环境,从而促进了产量的最优化以及毒性废物生成的最小化。

(12)预防意外事故产生的安全工艺。选择参与化学反应过程的化合物,选择安全生产工艺,将化工意外事故的风险减至最低[]。

3.绿色化学的过程

何鸣元院士曾在采访中提到:在化学的生产过程中,也需要符合绿色化学,反应物最好选用无毒、无害的反应物,合成方法中采用高选择性的催化剂,最后的产出也应该是绿色,最终实现环境友好的要求[]。

4.绿色化学与环境治理

科学家们也强调并指出,绿色化学和环境治理是完全不同的范畴。环境治理就是对已经遭到破坏的环境资源加以整治,使其重新回复到被破坏之前的面貌;而环境化学则是根源上遏制污染的产生的新策略,即所谓污染防治,由于没有污染的存在、产生了污染,也就没有环境资源遭到破坏的现象[]。因此,绿色化学是可以为减轻环境治理压力提供有效帮助的一种策略途径。

采用环境生化处理工艺能够显著改善目前环境处理技术的缺陷,其应用十分普遍。如生物土壤环境、饮用水和大气环境等,也一直是目前环保能源化工技术应用的方面。经过科学研究和实践证明,环保化工技术用于环境治理领域的优点还有很多,包括减少环境治理的时间、降低环境治理成本、降低环境治理产生的噪音等等[]。绿色化学产品的使用能够有效改变当今世界环境严重的情况,根除某些造成环境污染的源头。由此可见,绿色化学技术的应用于发展在环境治理方面具有重大意义。

5.绿色化学与可持续发展

在我国可持续发展战略背景下,绿色化学的出现无疑是一种伟大的策略,是世界环境可持续发展的治病良药。走可持续发展的道路,从根本上控制环境污染,这与绿色化学的概念是相符合的。

据统计,目前中国的矿产资源贮备总量虽位居全球第二名,但平均占用量仅为全球平均占用量的二分之一,位居全球第八十位。而目前全世界共有四十五种矿产资源严重短缺,按已发现的储量和目前的利用程度计算,钢铁的平均保存年限只有四七年,青铜六八年,铝八零年,锌和铅七三年,锡五五年。而天然气则仅保留了五十多年,由于资源的匮乏,自一九九三年以来中国一直就是主要天然气的进口国。此外,中国还是个自然资源严重短缺的大国,自然资源的总贮量虽只有二点八万亿m三,但平均占用量却达2300m3,约占全球资源平均占用量的四分之一,位居全球第八十八名。我国目前有三百余个大中城市水分严重亏缺,其中一百余个大中城市也严重水分亏缺,特别是在中国的北方地区水分亏缺严重,已成为我国经济增长的主要影响因子之一。与此同时,中国全年工业废水总量约为三百六十六亿t,其中工业废水二百三十三亿t,百分之八十六的大中城市河段排放严重超标,全国江河湖泊的重金属污染和富营养化现象明显,将七大河流破坏殆尽[]。

我国是全球上煤炭资源产出最高的国家,平均每年煤炭生产达到了十多亿t,成为当今世界上以煤炭资源为主体资源的国家。不过我国资源的使用率却较少,目前的能量使用率都在百分之三十以下,而矿物能源使用率也只有百分之四十~百分之五十。而这样大量的自然资源、能源消耗,不但带来了巨大的经济损失,同时还是空气污染的重要源头,为此,以SO二等和灰尘为主要物质的大气污染问题将长期存在,尤其酸雨趋势不容乐观。据调查,目前我国的酸雨污染已波及我国二十二个省份,损害的土地范围大约2.67万平方公里,呈从西南、华南逐渐扩散至华中、华东和东北之势。目前我国五百多家城市空气质量还未满足此标准。据估计,仅大气环境和环境污染带来的损失每年约五百四十亿元,约合全国生产总值的百分之八。[]

总之由于过去几年国家经济的迅速发展,化工污染对我国生态与环境造成了巨大的伤害,在协同环境治理的前提下,发展从源头消除发展所带来的污染的绿色化学,是实现可持续发展战略的必然要求。

6.绿色化学与生活

当代,人们追求更加美好的物质与精神生活。精神世界交由人文学守候,但在世界经济环境治理保障人类可持续发展的大背景下,绿色化学作为现代生活高品质的一个代衍产品,将更有利于促进人们的生命质量进快接近更高品位高标准,而不会对人们所赖以生存的精神世界产生更多的影响。

就像我们日常生活中常用的洗涤剂,其中的许多化合物经生活废水排出可能会造成水污染,大气污染,乃至对人类的身体健康造成影响。而但我们若是采用绿色化学的技术与方法生产洗涤剂,能大大提高我们的环境与健康保障。

因此,AEO是一种很重要的非离子活性剂,主要应用于浓缩洗衣粉、通常洗衣粉、洗衣水以及洗洁精中。由于其除污力和脱脂能力较强,通常不在护发素、洗浴露、洗手水等私人清洗护理品中应用。AEO的疏水性有天然醇和人工合成醇之分,人工合成醇则有直链醇、支链醇和同质异构醇之分。天然醇取自于可再造的油脂来源,生物化学降解性好,健康洗涤剂宜重选取天然醇的AEO。AEO的EO数对去污力作用较大,用作清洁剂通常采用EO数为7~9的品种,小于七时其去污力较低以至不能溶于水中。

绿色的生化工艺洗涤剂极大地提高了一般洗涤剂的稳定性,更进一步增强了蛋白质对机体功能的稳定性和酶活力的稳定性,在一定意义上提升了企业的效率和生产档次,也提高了的国际市场竞争力,为新型洗涤剂在生活中的使用提供了健康保障[]。

此外,环保化学还对化妆品、石油、医药和社会民生的方方面面都有所渗透,比如:生物表面活性剂是洗衣粉和化妆品中最关键的生物组分,其生态化学降解能力和对产品的生物稳定性及其对肌肤的敏感性,都直接影响着生物洗涤剂的生态安全和使用性能.可研究生产和应用生物性能优越、对环境安全高的表面活性剂.环保表面活性剂可利用天然再生资源生产,通过与绿色催化剂、溶剂等生物分子的化学反应,增加反应的生物选择性,从而最大程度的减少了产品中有害物质的生物浓度,从而实现了对人体敏感性小,对环境兼容性高[]。诸如此类,绿色化学可以为我们生活的绿色发展贡献巨大的力量。

结束语:相对于传统化学,绿色化学对未来世界绿色发展与可持续发展的意义重大,除了本文所阐述的领域,绿色化学在其他已经应用或未发现的领域也同样具有先进意义,仍需我们制定相应的绿色发展目标,更深入的挖掘和了解绿色化学的应用优势及意义。

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