单原子催化剂合成的原因

绿色化学的研究进展

近年来，绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的，已经取得了许多重要成果。

积极研究“原子经济”反应

1991年人们提出了“原子经济性”的概念，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子100%地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。对于大宗基本有机原料的生产来说，选择原子经济反应十分重要。目前，在基本有机原料的生产中，有的已采用原子经济反应，如甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氢氰酸合成己二晴等。另外，有的基本有机原料的生产所采用的反应，已由二步反应改成采用一步的原子经济反应。如环氧乙烷的生产，原来是通过氯醇法二步制备的，发现银催化剂后，改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济反应。

近年来，开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一。环氧丙烷是生产聚氨酯泡沫塑料的重要原料，传统上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用危险的氯气，而且还产生大量含氯化钙的废水，造成环境污染。国内外均在开发硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法。

提高烃类氧化反应的可控性

烃类选择性氧化在石油化工中占有极其重要的地位。据统计，用催化过程生产的各类有机化学品中，催化选择氧化生产的产品约占25%。烃类选择性氧化为强放热反应，目的产物大多是热力学上不稳定的中间化合物，在反应条件下很容易被进一步深度氧化为二氧化碳和水，其可控性是各类催化反应中最低的。这不仅造成资源浪费和环境污染，而且给产品的分离和纯化带来很大困难，使投资和生产成本大幅度上升。所以，控制氧化反应深度，提高目的产物的选择性，始终是烃类选择性研究中最具挑战性的难题。

无害物代替剧毒原料

关于代替剧毒氢氰酸原料，国外有的公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发，经过催化脱氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺，改变了过去的以氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线，并因此获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖。另外，国外还开发了由异丁烯生产甲基丙烯酸甲酯的新合成路线，取代了以丙酮和氢氰酸为原料的丙酮氨醇法。

采用无毒、无害簇化剂和溶剂

目前，烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸等液体酸催化剂，这些液体酸催化剂的共同缺点是对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。为了保护环境，多年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂。其中，采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术引人注目，这种催化剂选择性很高，乙苯重收率超过99．6%，而且催化剂寿命长。

大量的与化学品制造相关的污染问题，不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质、分离和配方中所用的溶剂。当前，广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物，有的会引起水源污染。因此，采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂，已成为绿色化学的重要研究方向。

在无毒、无害的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体，特别是超临界二氧化碳作溶剂。超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点（311℃、7477．79千帕）以上的二氧化碳流体。它通常具有液体的密度，因而有常规液态溶剂的溶解度，有很高的传质速度。而且，由于具有很大的可压缩性，流体的密度和溶剂溶解度等性能均可由压力和温度的变化来调节。超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价廉等。

充分利用可再生资源

利用生物原料代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。生物原料主要由淀粉及纤维素等组成，前者易于转化为葡萄糖，而后者则由于结晶及与木质素共生等原因，通过纤维素酶等转化为葡萄糖，难度较大。国外有报道以葡萄糖为原料，通过酶反应可制得己二酸、邻苯二酚和对苯二酚等，尤其是不需要从传统的苯开始来制造作为尼龙原料的己二酸取得了显著进展。由于苯是已知的致癌物质，以经济和技术上可行的方式，从有机原料中去除苯是具有竞争力的绿色化学目标。

另外，利用生物或农业废物（如多糖类）制造新型聚合物的工作。由于其同时解决了多个环保问题，因此引起人们的特别兴趣。其优越性在于聚合物原料单体实现了无害化；生物催化转化方法优于常规的聚合方法，该聚合物还具有生物降解功能。

环境友好产品

柴油是另一类石油炼制产品。对于环境友好柴油，美国要求硫含量不大于5%，芳香烃含量不大于20%，同时十六烷值不低于40%。瑞典对一些柴油要求更严。为达到上述目的，一是要有性能优异的深度加氢脱硫催化剂；二是要开发低压的生产工艺。国外在这方面的研究已有进展。此外，保护大气臭氧层的氟氯烃代用品已在开始使用。防止“白色污染”的生物降解塑料也在使用。

随着绿色环保风潮的兴起，人们在塑料垃圾的再生利用上另辟蹊径，像用矿泉水瓶制成套头衫。矿泉水瓶的主要原料是一种用途最广的塑料，学名叫聚氯乙烯。把矿泉水瓶轧成细碎片，加热熔化去除杂质，再经过抽丝纺纱成线，平均27个矿泉水瓶可以加工成一件漂亮的套头毛线衣。