王大偉等

摘要：指出了綠色化學(xué)是國(guó)際化學(xué)界提出的一個(gè)概念，它力求從源頭上消除化學(xué)、化工生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康的負(fù)面影響，是實(shí)現(xiàn)預(yù)防污染最基本和最重要的科學(xué)手段。對(duì)綠色化學(xué)的概念、應(yīng)用、與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系、發(fā)展前景進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；化學(xué)工業(yè)；生態(tài)環(huán)境

中圖分類(lèi)號(hào)：X38

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2014）06021702

1 綠色化學(xué)的概念

綠色化學(xué)（Green Chemistry）又稱(chēng)為環(huán)境友好化學(xué)（Environmentally Benign Chemistry），是近幾十年來(lái)國(guó)際化學(xué)界提出的一個(gè)新概念，它的核心理念是：在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和化工生產(chǎn)過(guò)程中不使用或減少使用有害物質(zhì)，減少或消除有害產(chǎn)物的生成，從源頭上消除化學(xué)、化工生產(chǎn)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的負(fù)面影響。如今綠色化學(xué)的理念已經(jīng)被全世界化學(xué)工作者所認(rèn)同，提倡按照綠色化學(xué)要求的各項(xiàng)原則進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人們的生活質(zhì)量的提高產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。美國(guó)在1996年設(shè)立了“綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”，以表彰那些在綠色化學(xué)領(lǐng)域中做出杰出貢獻(xiàn)的企業(yè)和科學(xué)家。

綠色化學(xué)遵循的原則有12條[1]：①?gòu)脑搭^上防止污染，而不是在最后治理污染；②合成方法應(yīng)具有原子經(jīng)濟(jì)性，即盡量使參加反應(yīng)的原子都進(jìn)入最終產(chǎn)物；③在合成方法中盡量不使用和不產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境有毒害的物質(zhì)；④設(shè)計(jì)具有高使用效益低環(huán)境毒性的化學(xué)產(chǎn)品；⑤盡量不用溶劑等輔助物質(zhì)，必須使用時(shí)要用無(wú)害的溶劑；⑥反應(yīng)條件溫和，能耗要最低；⑦盡量采用可再生原料，用生物質(zhì)原料代替石油和煤等礦物原料；⑧盡量減少副產(chǎn)物；⑨使用高選擇性的催化劑；⑩化學(xué)產(chǎn)品在使用完后應(yīng)能降解成無(wú)害的物質(zhì)，并且能進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)；B11發(fā)展適時(shí)分析技術(shù)以便監(jiān)控有害物質(zhì)；B12減少發(fā)生意外事故的風(fēng)險(xiǎn)。凡是能夠符合以上原則中的一條或幾條的化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)工藝都可稱(chēng)之為綠色化學(xué)。

2 綠色化學(xué)的應(yīng)用

在過(guò)去的200多年里，人類(lèi)對(duì)化學(xué)理論進(jìn)行了大量的、深入的研究，掌握了豐富的化學(xué)知識(shí)，理論的發(fā)展又直接推動(dòng)了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，從此徹底改變了人類(lèi)的生活質(zhì)量。如今化學(xué)工業(yè)已經(jīng)在各個(gè)工業(yè)化國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有很大的比重，發(fā)揮著巨大的作用。但是化學(xué)工業(yè)的發(fā)展也逐漸展現(xiàn)出它的負(fù)面影響，如今物質(zhì)資料越來(lái)越豐富，但生態(tài)環(huán)境卻不斷地惡化?，F(xiàn)代社會(huì)，人們生活水平并不僅僅由物質(zhì)所決定，同時(shí)還受到生活環(huán)境的制約。

綠色化學(xué)的內(nèi)容廣泛，它涉及有機(jī)合成、工業(yè)催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等分支學(xué)科。綠色化學(xué)的價(jià)值在于，它在繼續(xù)為人類(lèi)社會(huì)提供源源不斷的物質(zhì)財(cái)富的基礎(chǔ)上改善人們的生活環(huán)境，使人們的生活質(zhì)量得到提高。要實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的價(jià)值，應(yīng)從以下幾個(gè)方面努力。

2.1 化學(xué)反應(yīng)原料綠色化，從源頭避免污染

為了解決化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境造成污染的問(wèn)題，化工企業(yè)（包括石油化工、試劑制造、制藥、農(nóng)藥、材料制造等行業(yè)）在設(shè)計(jì)化工合成路線(xiàn)時(shí)應(yīng)盡量選用無(wú)毒無(wú)害的化學(xué)原料。將已有的舊工藝路線(xiàn)進(jìn)行改造，提高原料的利用率。例如，國(guó)外研發(fā)了在固態(tài)熔融的狀態(tài)下，采用雙酚A和碳酸二甲酯聚合生產(chǎn)聚碳酸酯的新技術(shù)，新方法取代了原有的光氣（劇毒）合成路線(xiàn)，使原料無(wú)毒無(wú)害化，符合綠色化學(xué)的理念。

2.2 化工產(chǎn)品綠色化，減少排放污染

設(shè)計(jì)化工合成路線(xiàn)時(shí)要考慮到產(chǎn)物的收率，產(chǎn)物收率高才有更高的經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)減少向環(huán)境中的排放量。還應(yīng)該盡量減少副產(chǎn)物的生成，即原子經(jīng)濟(jì)化，特別是一些有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程，往往會(huì)有多種副產(chǎn)物產(chǎn)生，這些副產(chǎn)物做無(wú)害化處理時(shí)一般比較復(fù)雜。另外對(duì)于將那些毒性大、危險(xiǎn)性高、三廢處理困難的化工項(xiàng)目應(yīng)作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，力求做到生產(chǎn)工藝的安全環(huán)保。例如，生物催化可通過(guò)催化高立體選擇性反應(yīng)來(lái)防止廢物的產(chǎn)生，通過(guò)生物催化，廉價(jià)的可再生資源可用于合成光學(xué)純化合物，這樣人們可以按照綠色化學(xué)的原則來(lái)設(shè)計(jì)藥物合成路線(xiàn)[3]。

2.3 使用無(wú)毒溶劑

化工生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題不僅來(lái)源于原料和產(chǎn)品，還來(lái)源于在生產(chǎn)過(guò)程中使用的輔助物質(zhì)。最常見(jiàn)的輔助物質(zhì)是在反應(yīng)介質(zhì)、分離純化和配方中所用的溶劑。液態(tài)有機(jī)化合物是當(dāng)前廣泛使用的溶劑，常見(jiàn)的有苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙腈、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等試劑。這些有機(jī)溶劑在使用過(guò)程中會(huì)進(jìn)入大氣和水體中，較難降解，從而造成污染。因此，水（H2O）作為一種安全無(wú)毒、價(jià)格低廉的溶劑，又重新受到化學(xué)家的重視。目前在綠色化學(xué)領(lǐng)域，有大量研究致力于使用H2O作為反應(yīng)溶劑，改造原有的合成路線(xiàn)。無(wú)溶劑化學(xué)反應(yīng)的研究是另一個(gè)研究熱點(diǎn)[4]，所謂無(wú)溶劑化學(xué)反應(yīng)就是反應(yīng)物無(wú)需溶解在其他介質(zhì)中而直接發(fā)生反應(yīng)，從而避開(kāi)使用其他有毒溶劑。例如，將幾種液體反應(yīng)物直接混合反應(yīng)或?qū)⒐腆w反應(yīng)物溶解到另一種液體反應(yīng)物中使其反應(yīng)。

2.4 降低能耗

化工生產(chǎn)是高能耗產(chǎn)業(yè)，能源主要來(lái)源于電力、煤炭、燃油和天然氣。煤炭、燃油和天然氣的使用本身會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，這些污染物與化工生產(chǎn)的廢物一起排放到環(huán)境中，對(duì)環(huán)境造成更嚴(yán)重的危害，因此采用低能耗生產(chǎn)工藝和使用清潔能源符合綠色化學(xué)的理念。

3 綠色化學(xué)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

我國(guó)東部地區(qū)化學(xué)工業(yè)發(fā)達(dá)，如江蘇、山東、浙江等省份，地方政府積極建設(shè)化學(xué)工業(yè)園，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展起到帶動(dòng)作用。但是，化工企業(yè)的生產(chǎn)會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥?、空氣和水源造成污染?；瘜W(xué)工業(yè)園通常建在城市與農(nóng)村相銜接地帶，對(duì)地方政府而言，化工與農(nóng)業(yè)的和諧發(fā)展是目前面臨的重要問(wèn)題。綠色化學(xué)從源頭上防止污染的理念和采用可再生原料的理念將會(huì)減輕生態(tài)環(huán)境面臨的壓力，有利于生態(tài)系統(tǒng)的自我清潔和恢復(fù)。地方政府在引進(jìn)化工項(xiàng)目時(shí)，符合綠色化學(xué)概念的化工項(xiàng)目應(yīng)該優(yōu)先考慮。

綠色化學(xué)所遵循原則的第③條顯得尤其重要，即“在化工合成方法中盡量不使用和不產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境有毒害的物質(zhì)”。目前，以低毒化工產(chǎn)品代替高毒化工產(chǎn)品已經(jīng)產(chǎn)生了良好的生態(tài)效益。例如，白花除蟲(chóng)菊中含有天然除蟲(chóng)菊酯，可作為衛(wèi)生和農(nóng)用殺蟲(chóng)劑，具有高效、低毒、廣譜、低殘留等優(yōu)點(diǎn)[5]。新型除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑的研制迅速取代了過(guò)去高毒性且不易降解的有機(jī)氯和有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑。近年來(lái)，一系列新型環(huán)保制冷劑的研制和應(yīng)用正在逐漸淘汰舊的氟利昂制冷劑，對(duì)保護(hù)臭氧層和大氣環(huán)境起到了積極的作用。

在新材料領(lǐng)域，人們對(duì)淀粉基生物降解塑料、纖維素基生物降解塑料進(jìn)行了深入的研究[6，7]，希望能夠在食品包裝領(lǐng)域替代聚乙烯和聚氨酯塑料，減少白色污染。

農(nóng)村地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)薄弱，政府投入到農(nóng)村環(huán)保的財(cái)政經(jīng)費(fèi)較少，所以農(nóng)村地區(qū)適合發(fā)展利用生物質(zhì)原料的化工項(xiàng)目。例如，利用剩余糧食（玉米、紅薯）生產(chǎn)生物乙醇；種植高產(chǎn)油料作物（如小桐子油）生產(chǎn)生物柴油；利用木材、秸稈生產(chǎn)生物質(zhì)復(fù)合材料。這類(lèi)項(xiàng)目的原材料易于降解，毒性小，即使產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)入環(huán)境，也能較快分解。

4 綠色化學(xué)的前景展望

綠色化學(xué)是實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防最基本和最重要的科學(xué)手段，其目的是實(shí)現(xiàn)污染物排放低、資源和能源消耗少的化學(xué)反應(yīng)和生產(chǎn)工藝。綠色化學(xué)的理念會(huì)給企業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益，減少生態(tài)環(huán)境承載的壓力，盡可能降低對(duì)人們身體健康的危害。因此綠色化學(xué)的發(fā)展會(huì)受到政府、企業(yè)、群眾的歡迎?；诰G色化學(xué)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，綠色化學(xué)領(lǐng)域的研究將會(huì)成為高校、科研機(jī)構(gòu)、高技術(shù)企業(yè)的重要研究方向；另一方面，要趕超發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平，政府也會(huì)逐漸增加投入。

綠色化學(xué)理念的提出對(duì)化學(xué)與化工行業(yè)來(lái)說(shuō)既是挑戰(zhàn)又是機(jī)遇，任何國(guó)家或企業(yè)如果抓住機(jī)遇，積極面對(duì)挑戰(zhàn)，就有可能在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利的地位，解決好經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的難題。

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