绿色化学化工与可持续发展

简介 绿色化学的理念和行动贯穿于生产、消费全过程的一项行动纲领。关于绿色化学定义较为一致的提绿色化学又称环境友好化学和清洁化学,是在源头上防止污染产生、并将防止污染法是:利用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人体健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的使用和产生。

一、绿色化学的基本概念

二、绿色化工的兴起

三、绿色化学发展现状

五、绿色化学的可持续发展

六、中国绿色化学化工面临的挑战

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一、绿色化学的基本概念


1、绿色化学的定义与特点

绿色化学的理念和行动贯穿于生产、消费全过程的一项行动纲领。关于绿色化学定义较为一致的提绿色化学又称环境友好化学和清洁化学,是在源头上防止污染产生、并将防止污染法是:利用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人体健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的使用和产生。绿色化学的理想在于不再使用有毒.有害的物质,不再产生废物,不再处理废物。它是一门从源头上减少或消除污染的化学,是一种能最大限度地从资源合理利用、环境保护及生态平衡等方面满足人类可持续发展的化学,是化学中的一个综合学科和重要分支"。

化学可以粗略地看作是研究从--种物质向另一种物质转化的科学。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质,但是在许多场合中却既未有效地利用资源,又产生大量排放物,造成严重的环境污染。绿色化学的主要特点是“原子经济性”,即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子,实现“零排放”,因此既可以充分利用资源,又不产生污染。

绿色化学不同于环境化学和环境治理。环境化学是一门研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学;环境治理则是对已被污染了的环境进行治理,即研究污染物对环境的污染情况和治理污染物的原理和方法。而绿色化学是从源头上阻止污染物生成的新学科,它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或零污染。它研究污染的根源、污染的本质在哪里,它不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理。绿色化学关注在现今科技手段和条件下能降低对人类健康和环境有负面影响的各个方面和各种类型的化学过程,绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子,具有原子经济性,因此它既能够充分利用资源,又能够实现防止污染。绿色化学是更高层次的化学从科学观点看,绿色化学是对传统化学思维方式的创新和发展;从经济观点看,绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、降低生产成本、符合经济持续发展的原理和方法;从环境观点看,绿色化学是从源头上消除污染,保护环境的新科学和新技术方法。


2绿色化学的十二条原则

美国的总统科技顾问P .T. Anastas博士和马萨诸塞大学的J.C.Waner教授通过大量的研究工作,提出了绿色化学的十二条原则。这些原则目前已成为世界范围内公认的指导绿色化学发展的基本原则。

(1)防止污染优于污染治理。防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。

(2)提高原子经济性。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。

(3)尽量减少化学合成中的有毒原料、产物。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。

(4)设计安全的化学品。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。

(5)使用无毒无害的溶剂和助剂。尽量不用辅料(如溶剂或析出剂),当不得已使用时,应尽可能是无害的。

(6)合理使用和节省能源。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。

(7)利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品。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。

(8)减少不必要的衍生步骤。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。

(9)采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂。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。

(10)产物的易降解性。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。

(11 )发展分析方法,对污染物实行在线监测和控制。需要不断发展分析方法,进行实时分析、进程中监测,特别是对形成危害物质的控制。

(12)减少使用易燃易爆物质,降低事故隐患。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。

这些原则主要体现了要对环境的友好和安全、能源的节约、生产的安全性等,它们对绿色化学而言是非常重要的。在实施化学生产的过程中,应该充分考虑以上这些原则。

3、 绿色化学的研究内容

绿色化学着重于更安全这个概念,不仅针对人类的健康,还包括整个生命周期中对生态环境、动物.水生生物和植物的影响;而且除了直接影响之外,还要考虑间接影响,如转化产物或代谢物的毒性等。目前绿色化学的研究重点是:

(1)设计或重新设计对人类健康和环境更安全的化合物,这是绿色化学的关键部分;

(2)探求新的、更安全的.对环境更友好的化学合成路线和生产工艺,这可从研究、变换基本原料和起始化合物以及引入新试剂入手;

(3)改善化学反应条件,降低对人类健康和环境的危害,减少废弃物的产生和排放。

从绿色化学的目标来看有两方面必须重视:一是开发以“原子经济性”为基本原则的新化学反应过程,另一个是改进现有化学工业,减少和消除污染。

二、绿色化工的兴起

1、世界著名的八大公害事件

人类正面临有史以来最严重的资源危机和环境危机。由于人口急剧的增加,资源的消耗日益扩大g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;环境污染、生态破坏日益加剧,保护生态环境已成为经济与社会发展的重要问题之一-。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业,在创造人类物质文明的同时,也排放出大量的有毒物质,给环境和人类的健康造成危害。这种危害的典型表现就是世界著名的八大公害事件。

(1)马斯河谷事件

1930年12月1日~5日发生于比利时马斯河谷工业区。炼焦、炼钢、玻璃、硫酸、化肥等工厂排出的有害气体在逆温条件下,在狭窄盆地近地层积累了大量的SO2、SO3等有害物质和粉尘,对人体发生毒害作用,一周之内造成60多人死亡。

(2)多诺拉事件

1948年10月26日~31日发生于美国宾夕法尼亚州匹兹堡市南边的一个工业小镇一多诺拉镇。该镇地处河谷,工厂很多,大部分地区受气旋和逆温控制,持续有雾,使大气污染物在近地层积累,其中SO2含量约为0.5~2. 0 mg/m',并存在明显的尘粒。造成四天时间内发病者达5911人,占全镇总人数的43%;其中重症患者占11%,中度患者占17%,轻度患者占45%,死亡17人。

(3)洛杉矶光化学烟雾事件

洛杉矶是美国西部太平洋沿岸仅次于纽约、芝加哥的第三大城市,市区西面临海,其它三面环山,仿佛处于一个大口袋中。全城建筑物堆挤在直径为50km的盆地上,气候终年不好,很少有风一年当中就有200多天烟霧弥漫..这样,洛杉

矶就具备了容易发生光化学烟雾的三个条件:盆地式地形.汽车尾气多、无风天多。洛杉矶的光化学烟雾最早发生在1943年,当时城市上空出现浅蓝色刺激性烟雾,未能引起人们的注意。到1955年9月,由于大气污染和高温,使烟雾的含量高过0.62 mg/m', 2天内65岁以上的老年人死亡400多人,为平时的3倍多。许多居民感到眼痛、头痛,呼吸困难,家畜患病,作物枯黄,果树受害,橡胶制品老化,材料和建筑损坏。通过调查研究发现,罪魁祸首是这种浅蓝色的烟雾。这种烟雾是汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化物与空气中的氧气在太阳光的照射下发生一系列反应生成的复杂的混合物,统称光化学烟雾,

(4)伦敦烟雾事件

1952年12月5日~8日发生于英国伦敦。当时英国几乎全境都为烟雾覆盖,温度逆增,-连数日浓雾不散,使燃煤产生的烟雾不断积累,尘粒浓度高达4. 46mg/m',为平时的10倍,CO2含量高达1. 34 mg/m', 为平时的6倍,加上Fe2O3粉尘的作用,生成相当量的SO3,凝结在烟尘或细小的水珠上形成硫酸酸雾进入人的呼吸系统。市民胸闷气促,咳嗽喉痛,当天人口死亡率开始增加,四天之内约4000人丧生,事件后两个月内还有8000人死亡。      (5)四日市哮喘事件

1961年发生于日本东部海岸的四日市。四日市1955年以来发展了100多个中小企业,使这里成了占日本石油工业四分之一的“石油联合企业城”。石油冶炼和工作燃油(高硫重油)产生的废气严重污染了城市空气,整个城市终年黄烟弥漫。全市工厂粉尘、SO2排放量达13万,大气中SO2浓度超出标准5~6倍。500m厚的烟雾中漂浮着多种有毒气体和有毒的铅、镉、钴、钛、钒等重金属粉尘。重金属微粒与SO2形成硫酸酸雾,人们长年累月吸入这些有毒成分,肺部排除污染物的能力就大大减弱,因而便容易形成支气管炎、支气管哮喘以及肺气肿等许多呼吸道疾病,这些病统称为“四日气喘病”又称“四日型喘息病”

1961年四日市气喘病大发作期间,患者中患慢性支气管炎的占25%,患哮喘性支气管炎的占40%。1964 年,该市连续三天烟雾不散,气喘病患者开始死亡。1967年,更有一些气喘病患者不堪忍受痛苦而自杀。1970 年四日市气喘病患者超过2000人,其中10多人在折磨中死亡。到1972年为止,四日市气喘病患者达6376人。

(6)水俣病事件

1953~ 1956年发生于日本熊本县水俣市。由于该市西部就是产鱼的水俣湾,因此渔业兴旺。1925年,日本氮肥公司在此建厂,1932年又扩建了合成醋酸厂,1949年开始生产氯乙烯,1956年氯乙烯产量超过6000t。20世纪50年代初期,水俣湾地区的动物开始出现行为异常,有的鸟从栖息的树上掉下来,有些猫步态不稳,惊恐不安,不久渔民和他们的家庭成员也先后出现了异常症状:手刺痛、手震颤、头痛视力模糊甚至语言障碍等,一些患者出现中毒症状后不久由于剧烈痉挛、麻木,导致死亡。经调查,发病原因是汞中毒,汞的化合物破坏了居民的大脑和中枢神经系统。大部分居民都以水俣湾的鱼和水生贝壳类动物为食,而这些食物被汞的化合物所污染,汞化合物则是从水俣湾的化工厂中排出的。1959 年,熊本大学医学院从病者的尸体、鱼体和化工厂排污中都发现了有毒的甲基汞,确认甲基汞是水俣病的病因。正是水俣病这场灾难,40年来使水俣市的人口减少了1/3。

(7)骨痛病事件

横贯日本中部的富山平原有一条清河叫神通川,两岸人民世世代代喝的是这条河的水,并用河水灌溉两岸肥沃的土地,使这一带成为日本的主要粮食产地。“三井金属矿业公司”在河的上游设立了“神通矿业所”,建成了炼锌厂,把大量的污水排放入神通川。1952 年,河里的鱼大量死亡,两岸稻田出现大面积死秧减产现象。1955年以后,在河流两岸出现了-种怪病,得了这种病的人,一开始是腰、手、脚等各关节疼痛,几年之后,出现全身神经和骨痛,不能行动,呼吸困难,最后骨骼软;化菱缩,自然骨折,真至饮食不进,在衰弱中死去,

人们称这种病为痛痛病或骨痛病。直到1961年终于查明,神通川两岸的骨痛病与三井金属矿业公司神通炼锌厂的废水有关。该公司把炼锌用过的含镉废水不经净化便排放到神通川中,造成水质污染,两岸农民引这种水灌溉稻田,镉又污染了土壤,水稻在污染的土壤中生长,而使大米中的镉含量增加,农民吃了这种“镉米”,久而久之体内积累了大量的镉,而患骨痛病。镉首先破坏人体骨骼内的钙质,进而使肾脏发病,内分泌失调,患者十年之后就进入死亡期。据有关资料报导,到1973年3月,患者超过280人,死亡34人,此外还有100多人出现可疑症状。

(8)米糠油事件

1968年日本九洲、四国等地有几十万只鸡突然死亡,主要症状是张嘴喘气、头痛腹胀。经检验发现,饲料有毒,但没有进一步追查。不久,在爱知县以西一带的居民中,出现了一种奇怪的病,开始只是眼皮肿胀,手掌出汗,全身起皮疹,继之出现呕吐、恶心、肝功能下降.全身肌肉疼痛咳嗽不止等症状,有的竟医治无效而死亡。这种病来势凶猛,患者数目很快达到1400多人,并蔓延到数十个府县,七八月份达到高峰,患者增加到5000多人,其中16人死亡,实际受害人数达13000多人,整个西日本陷入恐慌之中。日本卫生部门立即对尸体进行解剖分析,发现患者五脏和皮下脂肪中都含有多氯联苯。这是一种与DDT类似的氯化烃,人畜吃下去就蓄积在体内,主要集中在脂肪层,不易排出体外,也没有有效的治疗方法。经调查发现,原来太平田市一家粮食加工公司的食用油厂生产米糠油时,为了降低成本,追逐利润,在脱臭过程中,使用了多氯联苯流体作热载体,又因生产管理不善,使多氯联苯泄漏混入米糠油中,随后销售各地,造成大量人员中毒或死亡。该厂生产米糠油的副产品黑油又作为家禽饲料售出,使大量家禽死亡。

2环境保护使绿色化学应运而生

1962年,美国女科学家Rachel Carson所著《寂静的春天》出版,书中详细地叙述了DDT等杀虫剂对各种鸟蛋的影响,使鸟类数量急剧减少,使原来花红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静”。

DDT(双对氯苯基三氯乙烷),1939年被发明,1941年上市。昆虫一碰到它,便因神经系统麻痹而被杀死。将它喷酒在农作物上,或喷酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区会收到良好的灭虫效果。在后来的30年间,千百万吨DDT在全世界被使用。在非洲,它可能拯救了几百万人的性命,消灭了虫害,农民的收成剧增。但不久以后,人们发现有些昆虫对DDT产生了抗药性,药效不如从前那样明显了,动物在吃了喷过DDT的植物后,DDT能在其体内积累。由于DDT在动物体内未被降解,这使人担心它会通过食物链

应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗和净化能力(称为环境的自净能力)的,但这种能力是有一定限度的,当污染物超出环境的自净能力时,就会对环境造成严重破坏,进而通过呼吸、饮食等途径进入人体,威胁人类健康。因此,采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。

(1)末端治理时期

20世纪中期至80年代末,由于对化学品的环境危害有了较多的了解,各国政府相继立法限制废物的排放浓度和排放量,于是许多企业不得不将废水、废气和废渣进行处理后再排放,然而这并没有从根本上解决环境污染问题。一方面有毒有害物质仍源源不断地被排放到环境中,1993年美国仅以365种有毒物质估算,其排放量就达到了30亿t。另一方面,处理污染物所需费用十分巨大,为了达到环境保护法律的要求,美国化学工业用于环保的费用为1500亿美元而美国政府清理已污染地区的费用更高达7000亿美元。高昂的费用使环境治理陷入困境。

(2)污染预防为主,末端治理为辅时期

1990年,美国国会通过《污染预防法》并确定为国策,它包含了废物的清除、处理、回收、减少污染源和杜绝污染源,提出从源头上防止污染的产生。这标志着预防化学品危害、保护环境的一个新时代的开始。同时,美国环保局发起了绿色化学计划,其目的是促进开发对人类健康和生态:环境危害较少的化学产品和工艺流程。1995 年3月16日,美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”,奖励那些具有基础性和创新性,对工业生产具有实用价值的化学工艺新方法,以减少资源的消耗,从根本上实现对污染的防止。

绿色化学在这一背景下应运而生。绿色化学的目标是改变现有化学化工生产的技术路线,实现从“先污染,后治理”向“从源头上根除污染”的转变。目前,世界各国对绿色化学与化工技术的研究十分重视进展非常迅速,已出现一批生产大宗有机化学品的绿色化学技术。可以预见,绿色化学将成为实现经济和社会可持续发展的有效手传递下去。

对DDT积聚的最初警告信号是来自对鸟类的研究。RachelCarson发现鸟类从吃下的昆虫那里吸收了DDT,从而使产下的蛋壳变薄。薄蛋壳很容易破碎,致使幼鸟死去。既然DDT能影响鸟类,难道它不会影响人类吗?

《寂静的春天》这本书第-次对人类长期流行于全世界的口号一“向大自 然宣战”、“征服大自然”的绝对正确性提出了质疑。她指出,化学杀虫剂的生产和应用,会殃及很多有益生物,连人类自己也不能幸免。尽管当时的工业界特别是化学工业界对她发起了猛烈的抨击,使Rachel Carson 在《寂静的春天》出版两年后,因癌症和遭受空前的诋毁、攻击而与世长辞,然而她惊世骇俗的预言,像是黑暗寂静中的一声呐喊终于唤醒了人类。科学家和生态学家得出结论,使用DDT弊多利少。1971 年,美国环保署成立,1972年正式立法宣布禁止使用DDT。 Rachel Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯”。

环境保护经历了三个时期:(1)稀释废物防治污染时期

在20世纪中期以前,由于对化学物质的长期毒性、生物积累乃至致癌性缺乏足够的认识,认为只要充分降低某-化学物质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响,人们是将化学品直接排11放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。

三、绿色化学发展现状

1、现状发展

绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿,并得到世界各国政府、企业界和化学界的普遍关心和重视。1991年其重要的基本概念“原子经济性”,由美国著名有机化学家Trost在Science,上提出。绿色化学的发展如火如荼,1995年中科院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。1997 年由国家科委主办的第72届香山科学会议在北京召开,会议的主题就是“可持续发展问题对科学的挑战一绿 色化学”,这个会议宣告了我国绿色化学研究和开发工作的正式起步。1998年6月,在中国科院院士、中国科技大学校长朱清时的积极倡导下,开设了一门独立的绿色化学新课程。总之,绿色化学已引起了国内外企业、政府和学术界的高度重视,绿色化学的研究已成为他们重要研究与开发的方向。对我国来说既是严峻的挑战,也是难得的发展机遇。

2  绿色化学与化工

绿色化学目前已经在多个方面有了一定的研究成果,当然也会有很多的问题与阻碍等待解决,在节约型的可持续发展之路上,绿色化学与化工的现状发展趋势主要有以下对几个方面。

(1)催化剂的应用。

绿色化学目前主要应用沸石、分子筛硅胶、石墨、树脂这几类产品作为反应的催化剂,因为这些有机催化剂避免了重金属的参与,且都是易得易制的产品,材料资源也是较为丰富的,是一类很温和的催化剂。对设备不存在腐蚀性,也不会对环境造成伤害。偶尔绿色化学与化工中也会应用电催化与酶催化,这两类是有机反应中常用的催化剂类型。其中酶催化是人身体中最常用的一种反应方式,因此体现出绿色化学与自然与人类和谐的一面“"。

(2)溶剂的应用。

目前对溶剂的使用主要是在有机反应中溶解一些躏嘛反应物的,使用seF即超临界流体或有机溶剂水相界面,来代替之前的有机溶剂,以往使用的大多为有毒的有机溶剂才能使得特殊的有机反应发生,而有毒有害的溶剂或者易挥发的溶剂都会在无形中对环境造成伤害,因此在可以使用水作为溶剂前提下,尽量使用蒸馏水或者近临界水来进行反应,对可持续发展有很大的意义明。

(3)材料的应用。

材料的应用是绿色化学与化工的主要研究方面,如何重组与改变材料使得有益于环境与工业制造,以及材料的可降解性是目前研究的难点。可降解丢弃在自然环境下经过土壤以及空气中的!微生物可以将其完全化作自然的一部分。分为生物降解分子技术、光降解高分子技术等3。具体的材料名称为:PHA即聚氰基丁酸酯、壳聚糖、PLA即聚乳酸、聚酸酐等的衍生物4。其中有一大部分也同时作为医药材料进行使用,足见这些材料的重要的价值。智能材料是且前材料研究的一个重要方向,是新型材料的发展方面之一。普通材料在外界条件的改变下,其结构与性质会有所变化。在对温度、压力、声音等方面的敏感性下.智能材料在特定的环境下进行改变,达到传感、控制、驱动的自动化,实现了绿色化学与化工的自我检测、监控、修复的功能。

四、绿色化学基本问题的研究

1.绿色化学化工对于社会的重要性

(1).在世界各国的发展建设中。对于环境的影响也在不断加剧,比如地震、泥石流的频繁发生,都与环境污染有感.因此社会对于绿色化工也变得越来越重视。

(2).绿色化学化工讲究循环利用,如今工业发展迅速,因此许多资源都能在利用率得到很大程度的提高、在国际上绿色化学化工常被称为污染物科学杀手。因此目前来说绿色化学化工的前景十分广阔。

(3).要想解决化学化工上的技术难题,首先要做的就是强化对于可持续资源利用的观念,在绿色产品的制造方面,要加强建设,明确制度。

(4)绿色化学化工的基木问题就是人才与技术的问题、绿色化学化工能够很好的对环境进行保护并且带动化工产业得到飞速发展。绿色化工能在I业上起到很好的经济效益.很强的实用性理念,还能消除化工工业对于社会的各种影响。二、国家重视绿色化工的人才培养

政府应当在绿色化工技术发展问题上起到-定的引导作用,优化绿色环境的政策要求.还应当树立起以人为本的基本原则,在观念上保持高效简洁 实惠在新形势下主动建 立起政府和企业的合作关系。最为国家政府.应当落实并扶持有关条例的建立和发展,还要结合绿色化学化工产品加强对于其他高新技术产业的发展.优化资源美化环境。

加快致力于绿色化学化工方面人才的培养、相应国家扶持积极主动的研发绿色化学化L社会服务。我国之前在钢铁、冶金、矿类等的开发上都出现了很多问题.因此急需引人绿色化学化工产品这样的新鲜血液,在绿色化工产品的发展与研究中投入高新技术。

化学工业不同于化学,它们在本质上存在差别,以往的原料属于不可再生资源、其对环境造成的危害在社会上产生了很大影响,这些问题的存在都或多或少的对国家化学I业与环境的友好发展产生了不良效应。因此,能否使可再生资源得到充分的利用是绿色化学化工发展的首要问题之一。关于绿色化学化 工的人才培养来说、要能够遵循科学可持续发展的建设道路.要具备顶测未来的前景观和大局观,只有具备条件的人才才能为国家的发展和人民的富裕服务。

学校应当致力于人才培养的研究、规划绿色化工,研究绿色化工论文并将环保意识深人到学生的骨髓中。绿色化学不但是化学的象征,它还同时代表了化工学科的发展趋势和发展目标、也就是说无论是化工还是化学,都要满足社会发展对于环保、节能、建康等方面的严格要求。三绿色化工发展前景

(1).我国的大多数企业都是工业化企业;因此绿色化学化工能对国民的经济产生巨大影响,能为我国发展社会主义与,建设谐社会起到很好的推动作用。

(2).我国的化学工业在人才的培养和教育方面虽有许多不够完善的方面,但是总体来说还是能够培育出一批批优秀的工业人才的。这些人才的出现都将加速我国绿色化学化工业产业的发展。

(3).从概念上来讲、绿色化学应当充分落实科学主义的发展观,贯彻以人为本原则。

(4)绿色化学概念的转变不仅能够引起各国政府的广泛关注,还能使的它的内容越来越多.应用越来越丰富多样化。绿色化学化工的发展也是环境友好化学的发展.可持续资源的发展以及清洁生产的发展,当今社会对于环保的要求越来越高.因此在政治和国际等多方面推动下.绿色工业的发展前景可谓相当乐观。

2.政府对绿色化学化工所用战略

(1).国家在战略十分重视对于资源浪费问题解决方法的研究.致力于迅速推进国内科学的化工业发展等。从国际上来说,绿色化工工业一直都是重要研究内容,其中一系列化工产品的反应溶剂、催化剂、反应条件等都是主要研究对象。另外、高原子组合以及目标分子拆分,都能在保持绿色化学工业有效功能的基础上.将能源消耗带来的有害影响降到最低化,不但带来了一定的经济效益.还能与社会效益和环境效益相统

(2).国家研究院专门建立了相关机构、目前来说.我国在绿色化学化工产品的开发上已经初步具备了较为完备的催化、合成等绿色化学技术。比如研究院所进行的基础研究就是绿色化学的相关合成以及有机产品的研究和检测。

(3).我国在战略上重视对于可再生资源的开发和利用、在自然界中,纤维素和木质素植物较多,而且有着很强的可再生性。我们应当将方案进行总结,尤其是在绿色化学化工问题上要采用最佳方案。

3、绿色化学的应用

(1) 在大气污染控制中的应用

大气中的SO2主要来自煤中含硫物经燃烧产生的产物,目前煤炭脱硫的方式有:燃前脱硫、燃中固硫、燃后烟气脱硫。从绿色化学角度来讲,前者属于污染预防,后两者属于污染治理。绿色化的煤炭生物脱硫技术则是今后脱硫技术的发展方向。常用煤炭生物脱硫方法有生物浸出法、表面处理浮选法和微生物絮凝法等。有人将煤炭生物技术与非生物乳化技术相结合,提出煤炭脱硫的生物非生物综合新技术,可缩短脱硫时间。在微生物菌种方面在基础研究方面,国内在采用驯化传统菌种的同时,还积极研究利用遗传学技术,对脱硫微生物进行改良。尽管煤炭生物脱硫技术还处于试验阶段,但它是一种很有前途的煤炭燃前脱硫方法。

(2)在水污染控制中的应用

开发高效,低毒、低能耗、不造成二次污染的水处理技术,特别是光、声、磁、电、无毒药剂氧化、生物氧化等多种手段联用的新型绿色技术将成为水处理技术研究的热点和方向。

目前,工业及城市生活废水是我国水环境污染的污染源之一。零排污水处理技术是以“绿色化学”为基础的新概念,从始端、终端和中间过程杜绝污染产生的新思路,能够最大限度地节水和彻底解决水污染的新技术,代表了21世纪水处理技术的发展方向。循环冷却水零排污技术的研究开始于20世纪70年代,发达国家循环冷却水系统的浓缩倍数-般都在5以上,甚至达到10,个 别系统已达到零排污。美国开发的废水零排污技术可使废水处理后的水质达到饮用水标准并全部利用。国内研究开发的热水锅炉零排污技术可避免再生废盐水、煮炉水,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,实现了零排放。蒸汽锅炉零排污技术的研究也在进行。3.3在固体废弃物处理中的应用

目前城市垃圾的处理技术主要有: ①无害化垃圾卫生填埋场,虽然技术较简单,但一次性投资大,占用大量土地,仅能实现部分无害化,而且垃圾黑液的处理已成为世界性难题;②垃圾焚烧,这是发达国家曾经采用的主要处理技术,虽能实现减量化、部分资源化,但一次性投资巨大,而且废气中含有大量SO2、HS 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。符合绿色化学技术的有: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),它不但是最终彻底解决固体废弃物无害化、资源化的最新技术,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。

“白色污染”泛指一次性使用后未经合理收集和处理而造成环境污染的所有塑料废弃物,包括农用地膜、塑料包装袋、一次性餐具等。对白色污染物的处理方法燃烧法、熔融法和降解法,对环境会产生污染,因此开发绿色化学产品可生物降解塑料则是人们追求的目标

五、绿色化学的可持续发展

1 发展趋势

近年来绿色化学的研究大多集中在最小化环境影响负荷,采用低毒性原料,或节约能源5l。随着整个社会对环境友好、可持续发展的日益关注,有关绿色化学的研究已开始产生巨大的经济效益和社会效益,但如何解决现行绿色化的工艺、技术及产品中存在的不绿或绿色程度不够等因素将是今后一个重要的研究领域和方向。必须尽力设计研究能充分利用的无毒害材料,最大限度地节约能源,在整个生产过程中都对环境没有或尽可能小的负作用的化学工艺,推进以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济发展方式,主心建这着力提高全过程的资源利用率,从战略上谋求走可持续发展之路。由于人口基数大,工业化进程加快,大量排放的工业污染物和生活废弃物使我国正面临日益严重的资源短缺和生态环境的危机。因此,解决环境与可持续发展的矛盾,首先要从科学研究出发,通过绿色化学的途径发展环境友好化学、化工技术;另一关键是强化公众的环境保护意识,树立可持续发展的观念,培养具有绿色化学思维的高素质人才。创造一个清洁美好的生活环境是人类的共同愿望,给后代留下一个良好的环境,也是我们这一代人所必须履行的责任和义务。

(1)经济可持续发展 。保持社会经济的可持续发展已经成为我国的国策。1987 年《我们共同的未来》一书发表,提出了“可持续发展”最经典的定义:“满足当前的需要但不损及后代满足他们自己的需要”。我国化学工业总产值居世界前列,但人均化工产值仅为世界平均的1/4;我国化学工业总能耗为美国、加拿大、墨西哥三国之和的4.1倍,但产值相当三国之和的1/4;我国万元产值水耗为美国的3.5倍,而万元产值的污染物排放强度是美国的近百倍。从上面的数据可以看出,我国化学工业经济增长很大程度建立在大量消耗能源及原材料的基础上,很多是以牺牲环境为代价的,这并不利于社会经济的可持续发展。

(2)绿色 化学是可持续发展战略的必然选择。化学与化工在现代社会中仍然是必须的。有人说,化学是环境污染的源头,主张彻底废弃化学工业。但是不可否认,化工产业在21世纪仍是全球经济中强大的传统基础产业之一对社会 经济的发展起着举足轻重作用。根据英国化工协会对全球化学品的统计和预测,2010年化工产业将达到2.04万亿美元(是2000年的1.42倍)产值0,仍将一 直保持较高的平均增长率。美国化学工业是美国少数具有正的贸易顺差的制造工业之一,它获得的附加值占美国全部制造业的1/3。

环境污染的治理需要耗费大量人力物力。环境污染的治理包括水污染大气污染的治理、土壤污染的治理及环境污染的预防等,虽然当今的化学污染防治已取得了巨大的成绩,例如发展了新的灵敏分析监测手段来测定环境中的污染物;发明了化学方法处理废弃物;减少了废弃物的排放等等,在治理环境污染方面已取得了一定的进展。然而多年来解决化工生产过程中产生的废弃物,有毒有害物质的大量排放问题,基本上是治标不治本,所需费用昂贵且日益增长。因此,我们需要大力研究与开发绿色化学,从根本上解决环境污染问题,以实现社会经济的可持续发展”。

2绿色化工的前景预测

( 1)我国企业主要是以工业化为主,所以绿色化学工业在国民经济中占有主导作用,对推动我国加速发展社会主义和谐社会做出了巨大贡献。

(2)化学工业在教育方面,虽然有很多不完善的地方,但还是可以培育一代代优秀工业人才,这些人才使得绿色化学化工业的发展加速。

(3)绿色化学观念上实施科学主义发展观,贯彻落实以人为本的原则。

(4)绿色化学含义的这种变化不仅得到各国政府的高度关注,而且也使它所涉及的内容也越来越厂,越来越丰富。从它现在代表的意义来看,还可用环境友好化学可持续发展、清洁生产等词汇来描述,在当今社会,环保,政治,国际上多方面的推动下,我们绿色工业发展前景相信会越来越广阔,也将会越来越好。

3绿色化学是我国可持续发展的必经之路

随着经济的快速增长,我国化学工业蓬勃发展,现已成为世界化学品生产和消费大国。2000年以来,我国化学工业总产值年平均增长率在30%左右,已经形成了门类比较齐全、品种大体配套基本可以满足国内需要、部分行业自给且有余产品出口的化学工业体系。我国化学工业由化学矿、基础化学原料、肥料、农药、涂料、油墨和颜料、合成材料、专用化学产品、橡胶制品以及化工专用设备制造业十个化工行业组成。其中,基础化学原料和合成材料分别占中国化工总产值的20%,专用化学产品、橡胶制品和肥料则各约占10%~15%,上述五类化学品生产行业合计占中国主要化工行业总产值的85%。2005 年中国化学工业总产值达到21164.8亿元(2576.6亿美元),占全国工业总产值的8.4%; 2005年全国化工进出口总额达到1335.61亿美元。其中,化工出口额为480. 63亿美元,进口额为854. 98亿美元。职工人数约410万,共有相当规模各类化工企业21, 000多家(年销售收入在500万元以上者),其中小型企业占90%以上”。

目前,我国有二十余种化学品的产量和消费量居世界前列,其中:硫酸.化肥和染料的产量及合成纤维生产能力居世界第一,农药和涂料的产量分别居世界第二和第三,主类合成树脂和合成橡胶的生产能力居世界第四,农药和合成橡胶等多种化学品消费量位居世界第一。据0ECD组织估计,全球化学工业的年增长幅度将在2. 6%~3. 5%之间,预计到2020 年全球化学工业产值将比1996增长85%,其增长量将主要来自发展中国家。按照我国经济发展态势,我国未来化学品的生产和消费仍将保持快速增长趋势,并对世界化学品生产和消费产生显著影响。

我国作为一个发展中国家,某些化工行业和企业的生产工艺技术及化学品风险管理水平明显落后于发达国家,特别是对大量中小企业来说更是如此。这也预示着我国面临十分严峻的化学品环境污染及其生态和健康风险形势。截至2005年,我国生产或者进口的现有化学物质已达45,000多种,有些国际,上和发达国家已禁止或严格限制的危险化学品目前国内仍在生产和使用。

现有科研监测显示,由于DDT等有机氯杀虫剂的持续生产和应用,在国际普遍禁用持久性有机污染物(POPs)类杀虫剂近30年后,我国珠江三角洲地区沉积物中DDT等有机氯污染物的浓度仍然高于国外风险评价标准,被列为高风险生态区;我国一些地区的茶叶和鱼类、贝类等水产中DDT、六六六等POPs的污染浓度依然较高,母乳中DDT、六六六等POPs的含量仍然显著高于发达国家以及国际组织相关标准。由于有机锡在船舶油漆中的广泛应用,这类重要的内分泌干扰物(EDCs)类物质在我国内陆水域和海滨港口存在着较为严重的污染;因含有壬基酚聚氧乙烯醚等表面活性剂的合成洗涤剂的广泛使用,京杭大运河及江南江湖水中均存在-种典型的EDCs类污染物一壬基酚, 污染浓度高于国外报道,并且在上海市自来水中也检测出。近年来,在长江下游监测显示出大量的有毒有机污染物,其中PCBs、六氯苯林丹等POPs类物质的检出率达到或接近100%;在三峡库区重庆段水域中检测出难降解有机污染物178种,其中有18种属于美国国家环保局(EPA)优先控制污染物黑名单所列物质,某些具有EDCs作用的有机化合物的检出率也较高。

我国近年来有毒化学品环境污染事故日益频发。全国环境统计公报显示,2005年全国共发生环境污染与破坏事故1,406起,其中:水污染事故693起;大气污染事故538起;海洋污染事故19起;固体废物污染事故48起;其他污染事故108起。污染与破坏事故直接经济损失10,515万元(未包括松花江事件)。环境污染受害面积达到4,691万m2,其中,农作物受害面积4, 318.91万m;鱼塘受害面积345.53万m2;自然保护区受害面积26.68万m2。2005年11月13日,中石油吉林石化分公司双苯厂发生爆炸事故,共造成6人死亡、60多人受伤,紧急疏散群众10, 000多人。爆炸造成约100吨苯类物质流入松花江,使松花江及其下游水体严重污染,沿岸数百万居民的生活受到影响。

另据统计,2002 ~ 2004年北京、成都、重庆、广州、哈尔滨、南京、青岛、上海、、武汉、西安和郑州等12个城市共计发生非爆炸品类危险化学品事故435起。事故共计造成189人死亡、390人受伤和962人中毒。在435起危险化学品事故中,有70起发生在临近城市居民区的生产企业内部,造成大量人员伤亡和中毒及人员疏散。例如,2004年4月16日重庆天原化工总厂发生氯气罐爆炸事故,导致重庆市江北区在事故发生地附近居住的15万居民被迫紧急转移,给城市正常的秩序和城市居民生活造成严重影响。

种种信息表明,我国的化学品环境问题已日趋严重,全社会正面临着日益加剧的化学品环境和健康风险。

(1)绿色化学 与我国化工行业的可持续发展

1987年,世界环境与发展委员会(WCED )在其发表的《我们共同的未来》一书中将可持续发展正式定义为:“既满足当代人的需求,又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”,并得到了国际社会的广泛响应和普遍认同。1992年,在联合国环境与发展会议上,通过了以可持续化发展为指导方针的《关于环境与发展的里约热内卢宣言》和《21世纪议程》等多项协议。目前可持续发展已成为人类社会发展的新模式,成为人类社会努力追求的目标。

可持续发展的基本概念包括以下三方面的内容:一是经济持续性,是指在保证自然资源的质量和其所提供服务的前提下,使经济发展的利益增加到最大限度;二是生态持续性,是指发展要以自然保护为基础,不能超越生态环境系统的更新能力;三是社会持续性,是指发展要以提高人类生活质量为目标,同社会进步相适应。可持续发展强调要将环境保护作为发展进程中的重要组成部分和衡量发展质量、发展水平和发展程度的客观标准之一,以保持支撑着全人类经济活动和社会发展的生态环境系统的承载能力。

化学工业是我国国民经济的支柱产业,在国家经济发展中起着举足轻重的作用,其产品广泛地用于工业农业、人民生活等各个领域。但另一方面,随着化学品的大量生产和使用,也给生态环境带来了极大的危害。目前困扰我国环境的十大问题中的大气污染问题、水环境污染问题、垃圾处理问题、生物多样性破坏问题、WT0与环境问题、持久性有机物污染问题都与化工有关,化学工业正面临着可持续发展的严重挑战。

“ 绿色化工”是在绿色化学新学科基础.上开发的从源头上阻止环境污染以及全程治理综合利用的化工技术,以期在化工生产和使用过程中实现废物的“零排放”,并生产出环境友好安全和无毒的化工产品5。

①新的化学反应过程研究。在原子经济性和可持续发展的基础上研究合成化学和催化的基础问题,即绿色合成和绿色催化问题。如美国Monsanto公司不用剧毒的氢氰酸和氨、甲醛为原料,从无毒无害的二乙醇胺出发,开发了催化脱氢安全生产氨基二乙酸钠的技术,从而获得了1996美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖。美国Dow化学公司用CO2代替对生态环境有害的氟氯烃作苯乙烯泡沫塑料的发泡剂,因而得到美国总统绿色化学挑战奖中的改变溶剂/反应条件奖。在有机化学品的生产中,有许多新的化学流程正在研究开发。如以新型肽硅分子筛为催化剂,开发烃类氧化反应;用过氧化氢氧化丙烯制环氧丙烷;用过氧化氢氨氧化环己酮合成环已酮肟;用催化剂的晶格氧作烃类选择性氧化反应,用晶格氧氧化丁烷制顺酐,用晶格氧氧化邻二甲苯制苯酐等,这些新流程的开发是绿色化学领域中的新进展。

②传统化学过程的绿色化学改造。这是一个很大的开发领域。如在烯烃的烷基化反应生产乙苯和异丙苯生产过程中需要用酸催化反应,过去用液体酸HF催化剂,而现在可以用固体酸

分子筛催化合成,井配合固定床烷基化工艺,解决了环境污染问题。在异氰酸酯的生产过程中,过去一直是用剧毒的光气作为合成原料,而现在可用CO2和胺催化合成异氰酸酯,成为环境友好的化学工艺。

③能源中的绿色化学问题和洁净煤化学技术。我国现今能源结构中,煤是主要能源。由于煤含硫量高和燃烧不完全,造成SO2和大量烟尘排出,使大气污染。我国每年由燃煤排放的SO2达1600万t,烟尘达1300万t。由SO2而产生的酸雨对生态环境的破坏十分严重。因此研究和开发洁净煤化学技术是当务之急,这方面要重视研究催化燃烧技术、等离子除硫除尘、生物化学除硫等新技术。严格控制排放标准和监察大气的质量,这是大气净化中的首要任务。

④资源再生和循环使用技术研究。自然界的资源有限,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一个重要领域。世界塑料的年产量已达1亿t,大部分是由石油裂解成乙烯、丙烯,经催化聚合而成的。而这1亿t中约有5%经使用后当年就作为废弃物排放,如包装袋、地膜、饭盒、汽车垃圾等。我国推广地膜覆盖面积达7000万亩,年塑料用量高达30万t。“白色污染”和石油资源浪费十分严重。西欧各国提出三R原则:首先是降低(reduce)塑料制品的用量,第二是提高塑料的稳定性,倡导推行塑料制品特别是塑料包装袋的再利用(reuse),第三是重视塑料的再资源化(recyde)。回收废弃塑料,再生或再生产其他化学品、燃料油或焚烧发电供气等。同时在矿物资源方面亦有三R原则的问题。开矿提炼和制造金属材料亦是大量消耗能源和劳动力的工业,如铝材现已广泛用于建材、飞机和日用品等方面,而纯铝要电解法制备,是一个大量耗电的工业,应该做好铝废弃物的回收和再生技术研究。

⑤综合利用的绿色生化工程。如用现代生物技术进行煤的脱硫.微生物造纸以及生物质能源开发等的研究。

综上所述,绿色化学是近年来才被人们认识和开展研究的一门新兴学科,是实用背景强、国计民生急需解决的热点研究领域。面对资源、能源和环境的挑战,为了建立可持续发展的化学工业,我国应遵循生态发展规律,大力发展绿色化学和化工,把原子经济性和零排放作为两个终极目标,使所有化学成分能够完全被利用,使产生的废物都能够变成资源重新利用。

1111111111111111111111、中国绿色化学化工面临的挑战

1.绿色化学发展的优点

第一最大限度地利用环保能源。较以往传统的生产方法不同的是绿色化学化工可以最大限度地利用所使用的生产能源,并且一般绿色化学化工所使用的能源都是绿色环保可回收利用的能源在生产使用时都会最大限度地利用原材料防止浪费,减少污染排放从而节省能源绿色环保。

第二反应物无毒,无害不会对环境产生污染减少对外界的废物排放。一般情况 下,传统的化工生产都会产生一些有毒有害的排放物质这些排放物会对环境造成不可逆转的危害但是绿色化学化工在生产之前都会将反应物生成的有害物质整体的化学结构进行重新排列从而将有害成分运用科学的方法去除,这样既可以保留生产所需要的有效成分,又保证了在反应的过程中不会对环境产生污染和负担。绿色化学化工从产品的根本上避免了化学化工生产可能会对环境产生的危害源头,绿色化学化工是名副其实的环境友好型产品。

第三最大限度地利用了原子能源,有效节约能源。传统的化工生产一般只注重生产效率在生产过程中原材料没有能够被完全充分利用,些有效成分被浪费了,但是绿色化学化工会运用科学的方法重组材料内部结构,最大限度地利用材料有效成分,在材料被利用的同时就减少了其生产过程中对环境的排放。

第四确保了产品的绿色环保性。在过去那些传统的化工生产中生产方式比较粗放也没有能力将生产材料的内部结构进行重组设计生产的过程当中释放出大量的有害物质污染环境,但是如今的绿色化学化工注重科学环保,在生产之前会重新组合产品内部结构保证了生产出的所有产品都是绿色环保无毒无害的。

2政府对绿色化学化工所用战略

(1)国家在战略十分重视对于资源浪费问题解决方法的研究.致力于迅速推进国内科学的化工业发展等。从国际上来说,绿色化工工业一直都是重要研究内容,其中-一系列化工产品的反应溶剂、催化剂、反应条件等都是主要研究对象。另外.高原子组合以及目标分子拆分,都能在保持绿色化学工业有效功能的基础上、将能源消耗带来的有害影响降到最低化,不但带来了一定的经济效益.还能与社会效益和环境效益相统-。

(2).国家研究院专门建立了相关机构、目前来说,我国在绿色化学化工产品的开发上已经初步具备了较为完备的催化,合成等绿色化学技术。比如研究院所进行的基础研究就是绿色化学的相关合成以及有机产品的研究和检测。

(3).我国在战略上重视对于可再生资源的开发和利用、在自然界中,纤维素和木质素植物较多,而且有着很强的可再生性。我们应当将方案进行总结尤其是在绿色化学化工问题上要采用最佳方案。

3中国绿色化学化工发展面对的挑战与机遇

(1)资源、能源和环境人 口居多的中国,耕地,水资源,石油、煤等人均和世界相比占据少部分,以至于我国资源、能源消耗比较大,环境污染随着也严重起来。

(2)中国化学工业绿 色化学化工技术是新兴产业发展的保障,直接影响到我国制造产业走向高质化和高端化,我国需要自主开发绿色化工创新能力,发展绿色科学和技术。同时我国化工工业在经济增长过程中也消耗了大量能源和材料,环境收到巨大影响,污染物排放也大大超过其他国家,所以我国化学工业面临着危机和挑战。

(3)建设一流生态工业园区以发展绿色化学化工为目标,我国需要建设发展和规划。要以发展绿色化学与化工为契机,建设-流生态工业园区,要设计并建设好具有中国特色的国际一流生态工业园区一建 设成循环经济示范区,这是中国应对全球资源、能源与环境危机的挑战,保持可持续发展的重要战略举措。自然界能源和资源都是有限的,绿色化学化工是一种战略、思想、甚至是-种研究策略。绿色化学的出现实现了化工与科技的完美结合,资源逐渐变废为宝真正实现可循环经济。人类在生产中怎样做到化学品回收、再利用是我们需要长期坚持

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