綠色化學理念及其應用

王大偉等

摘要：指出了綠色化學是國際化學界提出的一個概念，它力求從源頭上消除化學、化工生產對生態環境和人類健康的負面影響，是實現預防污染最基本和最重要的科學手段。對綠色化學的概念、應用、與生態環境的關系、發展前景進行了論述。

關鍵詞：綠色化學；化學工業；生態環境

中圖分類號：X38

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2014）06021702

1 綠色化學的概念

綠色化學（Green Chemistry）又稱為環境友好化學（Environmentally Benign Chemistry），是近幾十年來國際化學界提出的一個新概念，它的核心理念是：在化學反應過程和化工生產過程中不使用或減少使用有害物質，減少或消除有害產物的生成，從源頭上消除化學、化工生產對環境和人類健康的負面影響。如今綠色化學的理念已經被全世界化學工作者所認同，提倡按照綠色化學要求的各項原則進行研發和應用，將會對生態環境和人們的生活質量的提高產生深遠的影響。美國在1996年設立了“綠色化學挑戰獎”，以表彰那些在綠色化學領域中做出杰出貢獻的企業和科學家。

綠色化學遵循的原則有12條[1]：①從源頭上防止污染，而不是在最后治理污染；②合成方法應具有原子經濟性，即盡量使參加反應的原子都進入最終產物；③在合成方法中盡量不使用和不產生對人類健康和環境有毒害的物質；④設計具有高使用效益低環境毒性的化學產品；⑤盡量不用溶劑等輔助物質，必須使用時要用無害的溶劑；⑥反應條件溫和，能耗要最低；⑦盡量采用可再生原料，用生物質原料代替石油和煤等礦物原料；⑧盡量減少副產物；⑨使用高選擇性的催化劑；⑩化學產品在使用完后應能降解成無害的物質，并且能進入生態系統循環；B11發展適時分析技術以便監控有害物質；B12減少發生意外事故的風險。凡是能夠符合以上原則中的一條或幾條的化學反應和化工生產工藝都可稱之為綠色化學。

2 綠色化學的應用

在過去的200多年里，人類對化學理論進行了大量的、深入的研究，掌握了豐富的化學知識，理論的發展又直接推動了化學工業的發展，從此徹底改變了人類的生活質量。如今化學工業已經在各個工業化國家的國民經濟中占有很大的比重，發揮著巨大的作用。但是化學工業的發展也逐漸展現出它的負面影響，如今物質資料越來越豐富，但生態環境卻不斷地惡化。現代社會，人們生活水平并不僅僅由物質所決定，同時還受到生活環境的制約。

綠色化學的內容廣泛，它涉及有機合成、工業催化、生物化學、分析化學等分支學科。綠色化學的價值在于，它在繼續為人類社會提供源源不斷的物質財富的基礎上改善人們的生活環境，使人們的生活質量得到提高。要實現綠色化學的價值，應從以下幾個方面努力。

2.1 化學反應原料綠色化，從源頭避免污染

為了解決化學工業對環境造成污染的問題，化工企業（包括石油化工、試劑制造、制藥、農藥、材料制造等行業）在設計化工合成路線時應盡量選用無毒無害的化學原料。將已有的舊工藝路線進行改造，提高原料的利用率。例如，國外研發了在固態熔融的狀態下，采用雙酚A和碳酸二甲酯聚合生產聚碳酸酯的新技術，新方法取代了原有的光氣（劇毒）合成路線，使原料無毒無害化，符合綠色化學的理念。

2.2 化工產品綠色化，減少排放污染

設計化工合成路線時要考慮到產物的收率，產物收率高才有更高的經濟效益，也會減少向環境中的排放量。還應該盡量減少副產物的生成，即原子經濟化，特別是一些有機化工生產過程，往往會有多種副產物產生，這些副產物做無害化處理時一般比較復雜。另外對于將那些毒性大、危險性高、三廢處理困難的化工項目應作適當的改進，力求做到生產工藝的安全環保。例如，生物催化可通過催化高立體選擇性反應來防止廢物的產生，通過生物催化，廉價的可再生資源可用于合成光學純化合物，這樣人們可以按照綠色化學的原則來設計藥物合成路線[3]。

2.3 使用無毒溶劑

化工生產導致的環境污染問題不僅來源于原料和產品，還來源于在生產過程中使用的輔助物質。最常見的輔助物質是在反應介質、分離純化和配方中所用的溶劑。液態有機化合物是當前廣泛使用的溶劑，常見的有苯、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。這些有機溶劑在使用過程中會進入大氣和水體中，較難降解，從而造成污染。因此，水（H2O）作為一種安全無毒、價格低廉的溶劑，又重新受到化學家的重視。目前在綠色化學領域，有大量研究致力于使用H2O作為反應溶劑，改造原有的合成路線。無溶劑化學反應的研究是另一個研究熱點[4]，所謂無溶劑化學反應就是反應物無需溶解在其他介質中而直接發生反應，從而避開使用其他有毒溶劑。例如，將幾種液體反應物直接混合反應或將固體反應物溶解到另一種液體反應物中使其反應。

2.4 降低能耗

化工生產是高能耗產業，能源主要來源于電力、煤炭、燃油和天然氣。煤炭、燃油和天然氣的使用本身會產生大量的污染物，這些污染物與化工生產的廢物一起排放到環境中，對環境造成更嚴重的危害，因此采用低能耗生產工藝和使用清潔能源符合綠色化學的理念。

3 綠色化學對生態環境的影響

我國東部地區化學工業發達，如江蘇、山東、浙江等省份，地方政府積極建設化學工業園，對當地經濟發展起到帶動作用。但是，化工企業的生產會對當地的土壤、空氣和水源造成污染。化學工業園通常建在城市與農村相銜接地帶，對地方政府而言，化工與農業的和諧發展是目前面臨的重要問題。綠色化學從源頭上防止污染的理念和采用可再生原料的理念將會減輕生態環境面臨的壓力，有利于生態系統的自我清潔和恢復。地方政府在引進化工項目時，符合綠色化學概念的化工項目應該優先考慮。

綠色化學所遵循原則的第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生對人類健康和環境有毒害的物質”。目前，以低毒化工產品代替高毒化工產品已經產生了良好的生態效益。例如，白花除蟲菊中含有天然除蟲菊酯，可作為衛生和農用殺蟲劑，具有高效、低毒、廣譜、低殘留等優點[5]。新型除蟲菊酯類殺蟲劑的研制迅速取代了過去高毒性且不易降解的有機氯和有機磷殺蟲劑。近年來，一系列新型環保制冷劑的研制和應用正在逐漸淘汰舊的氟利昂制冷劑，對保護臭氧層和大氣環境起到了積極的作用。

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

農村地區生態系統薄弱，政府投入到農村環保的財政經費較少，所以農村地區適合發展利用生物質原料的化工項目。例如，利用剩余糧食（玉米、紅薯）生產生物乙醇；種植高產油料作物（如小桐子油）生產生物柴油；利用木材、秸稈生產生物質復合材料。這類項目的原材料易于降解，毒性小，即使產生的廢棄物進入環境，也能較快分解。

4 綠色化學的前景展望

綠色化學是實現污染預防最基本和最重要的科學手段，其目的是實現污染物排放低、資源和能源消耗少的化學反應和生產工藝。綠色化學的理念會給企業帶來更好的經濟效益，減少生態環境承載的壓力，盡可能降低對人們身體健康的危害。因此綠色化學的發展會受到政府、企業、群眾的歡迎。基于綠色化學的社會效益和經濟效益，綠色化學領域的研究將會成為高校、科研機構、高技術企業的重要研究方向；另一方面，要趕超發達國家的技術水平，政府也會逐漸增加投入。

綠色化學理念的提出對化學與化工行業來說既是挑戰又是機遇，任何國家或企業如果抓住機遇，積極面對挑戰，就有可能在未來的競爭中處于有利的地位，解決好經濟發展和保護生態環境的難題。

參考文獻：

[1] 朱清時. 綠色化學[J]. 化學進展， 2000， 12（4）.

[2]曾向潮. 有機合成實驗的綠色化學探索[J]. 化學試劑， 2011， 33（9）.

[3]陳振明，劉金華，陶軍華. 生物催化在綠色化學和新藥開發中的應用[J]. 化學進展， 2007，19 （12）.

[4]余富朝，嚴勝驕，林 軍.無溶劑反應在雜環合成中的應用進展[J]. 有機化學， 2010 （10）.

[5]劉尚鐘，王 敏，陳馥衡.擬除蟲菊酯類農藥的研究和展望[J].農藥， 2004 （7）.

[6]陳 慶，崔 彪.全淀粉生物降解塑料技術研究現狀[J].塑料工業， 2010 （增刊）.

[7]張元琴，黃 勇.以纖維素材料為基質的生物降解材料的研究進展[J]. 高分子材料科學與工程，1999 （5）.endprint