绿色化学新技术

摘要：研究绿色化学可以改变我们的生活现状，避免我们的环境继续遭到破坏。绿色化学是人们进行可持续发展的必要条件。本文通过绿色化学定义的提出以及具体实施的方法使人们能够充分的了解绿色化学。

关键字：绿色化学；环境污染；生活污染；零排放；贴近生活

引言：随着生活水平的提高，人们越来越追求健康、高品位的生活，而化学与人类生活的联系也日趋密切。它极大地改善了人类的衣、食、住行及卫生和健康条件，提高了人类生活水品，同时也产生了一些新的问题—污染。化学可以服务于社会，服务于其它学科，服务于人类自身。但不合理的使用化学也给环境造成了严重的污染。因此，维持及改善生活质素和自然环境人们提出了绿色化学的理念。如何来发扬化学给我们带来的幸福，克服它给我们带来的缺陷取决于绿色化学是否被采纳。

    绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。 

　　绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个 “新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。

今天，化工科技的进步，为人类带来巨大的益处。药品的发展有助治愈不少疾病，延长人类的寿命；聚合物科技创造新的制衣和建造材料；农药化肥的发展，控制了虫害，也提高了生产。然而，制造这些化学品时，亦带来了新的问题，也就是对环境造成污染。今天，研究人员正努力应付各种环境问题，探讨各种物质对环境造成之影响及研究怎样清除污染。对持久的发展来说，补救环境工作是必要的，但仍有不足之处。

    造成环境污染的污染物发生源，通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备和装置。按污染物的来源可分为天然污染源和人为污染源。天然污染源是指自然界自行向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，如正在活动的火山。人为污染源是指人类社会活动所形成的污染源。后者是环境保护工作研究和控制的主要对象。

　　人为污染源有多种分类方法。按排放污染的种类，可分为有机污染源、无机污染源、热污染源、噪声污染源、放射性污染源、病原体污染源和同时排放多种污染物的混合污染源等。事实上，大多数污染源都属于混合污染源。例如燃煤的火力发电厂就是一个既向大气排放二氧化硫等无机污染物，又向环境排放废热和其他废物的混合污染源。然而，在研究某一特定环境问题时，往往把某些混合污染源作为只排放某一类污染物的污染源。污染源按污染的主要对象，可分为大气污染源、水体污染源和土壤污染源等;按排放污染物的空间分布方式,可分为点污染源（集中在一点或一个可当作一点的小范围排放污染物）、面污染源（在一个大面积范围排放污染物）。更常见的是按人类社会活动功能分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源。

　　工业污染源 　工业生产中的一些环节，如原料生产、加工过程、燃烧过程、加热和冷却过程、成品整理过程等使用的生产设备或生产场所都可能成为工业污染源。除废渣堆放场和工业区降水径流构成的污染以外，多数工业污染源属于点污染源。它通过排放废气、废水、废渣和废热污染大气、水体和土壤；还产生噪声、振动来危害周围环境。各种工业生产过程排出的废物含有不同的污染物。例如，煤燃烧过程排出的烟气中含有一氧化碳、二氧化硫、苯并(a)芘和粉尘等污染物;一些化工生产过程排出的废气主要含有硫化氢、氮氧化物、氟化氢、氯化氢、甲醛、氨等各种有害气体。又如炼油厂废水中主要含原油和石油制品，以及硫化物、碱等；电镀工业废水中主要含有重金属（铬、镉、镍、铜等）离子、酸和碱、氰化物和各种电镀助剂；火力发电厂主要排出烟气和废热。此外，由于化学工业的迅速发展，越来越多的人工合成物质进入环境;地下矿藏的大量开采,把原来埋在地下的物质带到地上，从而破坏了地球上物质循环的平衡。重金属、各种难降解的有机物等污染物在人类生活环境中循环、富集，对人体健康构成长期威胁。可见，工业污染源对环境危害最大。

　　农业污染源　在农业生产过程中对环境造成有害影响的是农业污染源。不合理施用化肥和农药会破坏土壤生态系统。降水所形成的径流和渗流把土壤中的氮和磷、农药以及牧场、养殖场、农副产品加工厂的有机废物带入水体，使水体水质恶化。有时造成河流、水库、湖泊等水体的富营养化。大量氮化合物进入水体则导致饮用水中盐含量增加，危及人体健康。氮肥分解产生的氮氧化物直接影响大气的物质平衡。在农业高度现代化的国家，农业污染源排放的盐、氮和无机磷已经对水体构成极大危害。有的研究报告指出，在生活污水中氮的浓度一般为18～20毫克／升，而农田径流中，氮的浓度为1～70毫克／升,上限远超过生活污水。农田径流中磷的含量为 0.05～1.1毫克／升。农田径流里的氮、磷含量都大大超过藻类生长需要。一般认为水中有 0.3毫克／升的无机氮和0.01毫克／升的无机磷就足以使藻类繁殖到致害的程度。

　　交通运输污染源　对周围环境造成污染的交通运输设施和设备。这类污染源发出噪声，引起振动，排放废气，泄漏有害液体，排放洗刷废水（包括油轮压舱水），散发粉尘等，都会污染环境。交通运输污染源排放的主要污染物有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、二氧化硫、铅化合物、笨并芘、石油和石油制品以及有毒有害的运载物。它们对城市环境、河流、湖泊、海湾和海域构成威胁（特别是在发生事故时）。这类污染源排出的废气是大气污染物的主要来源之一。

　　生活污染源　人类消费活动产生废水、废气和废渣都会造成环境污染。城市和人口密集的居住区是人类消费活动集中地，是主要的生活污染源。生活污染源污染环境的途径有三：①消耗能源排出废气造成大气污染。如中国的一些城市里，居民普遍使用小煤炉做饭、取暖，这些小煤炉在城市区域范围内构成大气的面污染源。②排出生活污水（包括粪便）造成水体污染。生活污水中含有机物、合成洗涤剂和氯化物以及致病菌、病毒和寄生虫卵等。生活污水进入水体，恶化水质，并传播疾病。以有机污染物为例，一个百万人口的城市，如果平均每人每天排放BOD5（五日生化需氧量）36克，受纳该城市生活污水的水体中BOD5本底值是2毫克／升,为使受纳水体中的BOD5不超过5毫克／升,而且对这个城市的生活污水不作任何处理，则每天至少需要1200万立方米的天然水来稀释(估算时忽略生活污水的流量)。这相当于一条流量约为140米3／秒的河流的水量。③排出的厨房垃圾、废塑料 、废纸、金属、煤灰和碴土等城市垃圾造成环境污染。在不同国家和地区中，由于生活习惯和生活水平的差别，上述各种垃圾在城市垃圾总量中的比重也有所不同。中国大城市中普遍设有废旧物资回收网点，城市垃圾中废纸、金属、塑料制品和玻璃等所占的比例就较低；由于相当数量的居民用煤作燃料，垃圾中煤灰所占的比例就较高。中国城市垃圾数量和构成也在变化，如由于逐步改用煤气、石油液化气作燃料以及采用集中供热方式，煤灰在生活垃圾中所占的比例逐渐减少。

    而现在从家用清洁剂、燃料、化妆品到胶水，都少不了使用具有污染作用的分子(物质)。法国室内控制质量观察所最近公布了一份调查报告。报告指出，在所调查的80幢房屋和9所学校内，存在3种有毒物质：苯、四氯乙烯和三氯乙烯。该观察所的人员发现，这些房屋和学校室内空气中的这三种有毒物质的含量远远高于室外空气中这三种有毒物质的含量。可能的罪魁祸首是家用清洁剂(如清洗剂或去污剂)和装修用料(如粘合剂)。

    据专家介绍，目前对人类健康影响最大的室内空气污染物大致可分为三类：一是可吸入颗粒物：粉尘、烟雾、花粉等，主要影响人体呼吸系统和消化系统；二是微生物类：细菌、病毒等；三是有机和无机有害气体污染物。对于一、二类污染物，人们熟知治理措施，对于第三类即室内有害气体的危害性和来源，人们知之不多。从室内建筑材料、装修材料和家具制品中不断释放出来的有毒有害气体，实际上是室内空气的主要污染源，其中四大有害气体是氡、甲醛、苯和氨。

　　氡。这是一种存在于水泥、矿渣砖和装饰石材中的放射性物质。室内氡气浓度超过100BQ／m3时，将伤害人体呼吸器官，造成呼吸系统疾病，重者导致肺癌。

　　甲醛。该物质主要来源于人造板材、木制家具中的粘合剂。目前各类人造板材及其家具在制作中通常采用脲醛树脂作为胶粘物，我国人造板材使用的脲醛树脂，年消耗量接近10万吨。甲醛是一种有毒物质，具有强烈的刺激性气味，它能与生物细胞的基础———蛋白质反应生成氮次甲基化合物而使蛋白质变质和凝固。室内甲醛浓度超过0.1ppm时，将损害人体健康。甲醛已被国际组织列为“可能令人类致癌物质”。

　　苯。苯系物存在于油漆、胶、涂料中。室内浓度超过0.4mg／m3时，人可能在短时间内就会出现头痛、胸闷、恶心、呕吐等症状，重者中毒而死。此外，苯也是致癌物，会引发血液病和心血管疾病等。

　　氨。这种气体主要来源于建筑水泥。在我国北方地区，许多建筑商用氨作为防冻剂加入水泥中进行冬季施工。氨是挥发性气体，会强烈刺激和伤害人的感官系统、呼吸系统和皮肤组织，使人出现流泪、头痛、头晕等症状这成为污染人类健康的主要因素。因此人们提出绿色化学的概念，绿色化学是用化学去预防污染，是设计研究没有或只有尽可能小的环境负作用的并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程。它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，使过程和终端均为零排放或零污染。从根本上区别于那些通过"三废"处理与利用来治理污染的化学方法，最大限度地追求"原子经济性"，即：原料分子中究竟百分之几的原子转化成了产物，理想的"原子经济性"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"。 

    “绿色化学”使用来源于石油的不那么有害的分子(物质)。接着，努力用来源于植物的物质代替这种来源于石油的物质。人们指出：“不管是石油还是植物，其分子都是一样的。唯一不同的是，来源于植物油的碳链具有能在自然中比较快地分解的结构。”通过水解作用或甲醇分解作用，向日葵籽油和菜籽油能变成化学基础产品(如酸和甘油)或脂肪醇之类的衍生物。

　　这些分子(物质)已经作为“表面活性剂”使用在我们的许多日用品中。如果没有这些物质，就不可能把油和水结合在一起，也就不可能生产出牙膏、化妆品和洗涤剂。若埃尔?巴罗说：“最近，我们用甜菜糖和一种植物油研制出新的系列产品，这些可以生物降解的产品将是生产软化剂和乳化剂时必用的原料。此外，由于这些可以生物降解的产品是无毒的，所以甚至连食品工业也可以将其引入食品生产过程中。”

    通过绿色化学的手段，非污染性的润滑剂已经问世，其具体用途是用于摩托艇或锯床的发动机的保养。能源控制和环境署的莫里斯 多希说：“森林工人每天要消费3升油。我们计算过，一个伐木工每年要在森林里消耗700升石油产品。所以，如果森林工人使用非污染性的、能生物降解的润滑剂，那对自然环境将会是很有利的。”德国已在2000年决定，在财政和规章制度方面鼓励人们使用这种润滑剂。

　　绿色化学提出PST法，它是利用热力和机械及催化剂将稻麦草等植物体中的纤维与其它非纤维素细胞分离而得草浆进行造纸，与传统化学造纸法的本质区别在于制浆过程。

　　传统制浆以草为原料造纸均采用化学法制浆，即在蒸煮过程加入大量的化工原料。

　　PST法是利用催化剂、机械力和热力的作用对植物纤维进行分离，取其纤维造纸，其余部分作为植物粉末。其原理是根据植物草叶内部成份分布不均，茎中的筛管和导管、叶中的叶脉是由细长的纤维细胞组成，成份主要是纤维素、半纤维素和木质素，其壁厚而腔窄，有很强的抗拉力；其它的部分由短圆的细胞组成，成份主要是蛋白质、脂类或无氮浸出物，其壁薄而腔宽，它们之间或与纤维之间结合力很弱，机械强度不同，所以施以热力、机械和催化剂的作用使其分离而得草浆。全部过程不加任何化工原料，只有少量的催化剂，总排水pH值在6—8，整个工艺过程的用水经简单絮凝沉降后可循环使用，直接排放可肥田，因而就解决了有毒黑液的污染问题。

生物降解塑料渐渐成了农民们的必备之物。同用石油产品生产的塑料相反，生物降解塑料很容易处理掉。农民在收获了草莓或生菜以后，只需采取简单的措施就能处理掉生物降解塑料。用石油产品生产的塑料则不然，农民只能把这种塑料扔在地头，等待开发者来处理。今后，人们将不许采取燃烧的办法处理石油产品塑料，而采取其它的办法处理石油产品塑料，其费用大约是每吨45欧元。所以，今后人们将普遍使用生物降解塑料。不足之处是生物降解塑料比较贵。

    人们还提出零消耗住宅：半米厚的墙壁可全年保持宜人的温度；窗玻璃是三层的；风动的通风系统将新鲜空气送入每家每户，而流出的混浊空气中的热量却可被拦阻下来；特大的温室方向朝南，利于捕获太阳的光和热；太阳能电池则可提供足够的动力来驱动为社区公众服务的电动车。这些节能技术设施大多并不豪华，但建筑是时尚的，即使最普通的住房也都有独用的花园。这就是一个拥有84个家庭的新型建筑群，名叫BedZED，位于伦敦南部。BedZED一词中的“ZED”，就代表“零能源”开发。这里的家庭在受惠于建筑物内的节能设施提供S效益之余仍需要的一点电力，是由一座以废弃木料作燃料的发电厂供应的。简单就价廉。据估算，这里房屋的造价不比造普通住房高，因为造的房子多，材料的价格就降低了。因此毫不奇怪，BedZED的理念赢得了人们的赞赏。 

   化学家必须发展新的合成方法，使用其他合适的替代材料，找出具备更高选择性及节省能源的反应条件及溶剂，以及使用毒性较低的安全化学品。 

　 有机分子的部分氧化过程中，要使用定量的金属氧化剂如六价铬、酸、有机溶剂以及有机性基质。这类反应过程产生包含有毒金属、酸及有机残余物的混合物，是一种棘手的化学废物，要加以处理才可弃置，即使全部溶剂都可以循环回收，这等程序也会产生比产品本身更大量的废物。 

　 现时最理想的部分氧化程序，只采用有机性基质、空气(氧气)及小量催化剂。为求尽量使程序简单、有效而清觉，必须使用具活性及选择性的催化剂。因此，我们应致力发展这种催化剂，在使用于部分氧化反应的固体催化剂的研究上，目前已有实质进展。 

　　发展“绿色化学”需要开发多种技术，诸如新的合成方法、高效率催化技术、工艺设计技术、结构控制技术、纳米技术、转基因微生物技术、超临界流体控制技术、微反应器技术等等。 

　　绿色化学的研究者们总结出了绿色化学的12条原则，这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。 

　　●防止污染优于污染形成后处理。 

　　●设计合成方法时应最大限度地使所用的全部材料均转化到最终产品中。 

　　●尽可能使反应中使用和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小。 

　　●设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性。 

　　●尽量不用辅助剂，需要使用时应采用无毒物质。 

　　●能量使用应最小，并应考虑其对环境和经济的影响，合成方法应在常温、常压下操作。 

　　●最大限度地使用可更新原料。 

　　●尽量避免不必要的衍生步骤。 

　　●催化试剂优于化学计量试剂。 

　　●化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型。 

　　●分析方法应能真正实现在线监测，在有害物质形成前加以控制。 

　　●化工生产过程中各种物质的选择与使用，应使化学事故的隐患最小。 

　二十世纪化学发展成绩显著，我们的日常生活中都用上各种各样的化工环境。随着我们踏入二十一世纪，如果要维持及改善生活质素和自然环境绿色化学将更为重要。 

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