绿色化学与资源利用

绿色化学与资源利用

一个世纪过去了，人类已进入新的千年，人类在充分享受现代文明的同时，面临着人口的压力，资源的短缺，环境的恶化和生态危机等一系列的世界性难题。如何合理开发和利用资源，以及如何保护好环境已是实现人类可持续发展的关键意义所在。在化学方面，环境化学与绿色化学便随之产生。然而近年来，环境化学虽然在污染物的种类及来源，污染物在自然环境中的化学变化过程产生的化学生态效应及污染物控制和防治等环境监测分析方面发挥了重要的作用，但是要从源头上完全解决环境污染问题，必须寻求绿色化学的新途径。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、洁净化学，即用化学技术和方法把使用和生产对人类健康和安全，生态环境有害的原材料，产物及副产物减少到最低。

一、绿色化学的内涵

绿色化学是贯彻可持续发展战略的一个不可分割的一部分，它包括：节约原材料和能源淘汰有毒原材料，在生产过程中排放废物之前减降废物的数量和毒性，对产品而言，绿色化学旨在减少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。

二、绿色化学与绿色化学技术

绿色化学不仅将为传统化学工业带来革命性的变化，而且必将推进其他绿色产业的建立与发展，它是一种更高层次的化学，化学家不仅要研究化学品生产的可行性和现实用途，还要考虑和设计符合绿色化学要求，不产生和减少污染的化学过程。这是一个难题，也是化学家面临的一项新的挑战。国际上对此很重视。

绿色化学作为可持续发展的核心战略之一，随着时间推移和技术进步，它将不再是一种奢侈品，正如杜邦公司的特帕所说：“事实上企业界正在通过应用绿色化学技术而获利，一些积极的公司正在发现‘对环境和企业都有利’的口号是可信的和实在的”。

以杜邦公司的一家尼龙工厂为例。在1997年以前的15年内，技术进步已使该厂生产率从大约70%增加到92%，消灭了工厂的很多废物，此外，各种方法使99．8%的尼龙原料转化为有用的产物，其中包括为准备废弃的材料找到了市场，结果是，该公司在1997年秋季关闭了当地的废物处理设施，并将余下的废水送入城市污水处理厂，这使杜邦公司每年节约25万美元，并且不必花2000万美元再去改进当地的设施。

与此相对，中国安徽茶出品因不符合绿色标准而遭遇“绿色壁垒”。安徽省生产的黄山毛峰、霍山黄芽、岳西翠兰、六安瓜片等茶叶闻名遐迩，享誉海内外，然而2000年安徽省茶叶在欧盟市场全面受阻，有的客户是大批量退货，有的不订期货了，有的客户身甚至中断了从安徽进口茶叶，改从其他省或其他国家进口。原因是从2000年7月1日开始，欧盟对进口茶叶实施新的农残限量标准，其中对部分农药（如三氯杀醇等）的限量指标提高了100倍，个别的如氰戊菊酯甚至达200倍，安徽茶叶农药残留虽与我国其他省份相比相对较低，但距欧盟新标准要求仍相差甚远，由此，徽茶不可避免地受到了强劲的冲击。造成茶叶农药残留过高的主要原因是茶园的病虫害防治全部依赖农药，一是对茶园盲目施药，边施药边采摘，没有安全间隔期；二是在农药品种上只重杀虫效果，不注意农药的安全性，有的茶园甚至施用茶园禁用农药；三是茶园周围其他作物对茶叶的间接污染。如果不解决及时农药残留超标问题，不仅影响这个产茶大省的出口创汇，甚至会波及500万茶农的生存。而这些问题的解决多待于绿色技术的发展和应用。

三、在资源方面的应用

从绿色化学的目标来看，有两个方面必须重视：一是开发以“原子经济性”为基本原则的新化学反应过程；另一个是改进现有的化学工业，减少和消除污染。

（一）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，即绿色合成与绿色催化问题，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年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖，美国Dow公司化学公司用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。如以过氧化氢氧化丙烯制环氧丙烷，用过氧化氢氨氧化环已酮合成环已酮肟；用催化剂的晶格氧作烃类选择性氧化反应，如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。

（二）传统化学过程的绿色化学改造

这里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，并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，而现可用CO₂和胺催化合成异氰酯，成为环境友好的化学工艺。

（三）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。我国每年由煤排放的SO₂达1600万吨，烟尘烟灰过1300万吨。由SO₂而产生的酸雨对生态环境的破坏十分严重，因此研究和开放洁净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测大气的质量，这是大气净化中的首要任务。

（四）资源再生和使用技术研究

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，世界塑料的生产量已达1亿吨，大部分是由石油裂解成乙烯，丙烯，经催化致使聚合而成的，而这1亿吨中约有5%经使用后当年就作为废物排放，如包装袋，地膜，饭盆，汽车垃圾等。我国推广地膜面积达2000万亩，塑料用量达30万吨，“白色污染”和石油资源浪费十分严重。西欧各国担出“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，倡导塑料制品尤其是塑料包装袋的再利用（Reuse）；第三是重视塑料的再资源化（Recycle），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消耗能源和大量劳动力的工业，例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利用，再生技术研究。

（五）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，在21世纪中它必将大展宏图，为人类可持续发展做出贡献。

展望21世纪，我国的工业化，城市化将继续发展，人口还要增加，对化学工业的需求也将增多，而传统化学工业虽在农药、聚合物、材料科学、去污剂、石油添加剂、水处理、废物处置等方面做出了巨大贡献，另一方面它也带来了一个负面影响——环境污染，增加了对环境的压力。而人民群众对改善环境、提高生活质量的要求又越来越强烈。党中央、国务院反复强调：“保护环境是我国的一项基本国策，是可持续发展战略的重要内容，直接关系到现代化建设的成败和中华民族的复兴”，“加快经济建设，决不能以破坏环境为代价，决不能把环境保护同经济建设对立起来或割裂开来，决不能走先污染后治理的老路，那样代价太大”，“建设项目必须实行环境污染治理设施与主体工程‘三同时’（同时设计、同时施工、同时投入运行）的规定。大力推行清洁生产”，“防止资源浪费”，为此，绿色化学以其“原子经济性”为基本原则，一方面充分利用资源防止浪费，另一方面实现“零排放”，达到不污染环境的效果。因此，它对于我国的现代化建设和人类未来生活都有着不可估量的巨大意义。只要我们提高科技水平，用好绿色化学技术，搞好搞活我国经济，使我们的祖国的水更清、天更蓝、山川更秀美，营建人类的美好家园。