談綠色化工中無毒無害溶劑的應用

李美榮

摘 要：該文論述了無毒無害溶劑在綠色化工中四個發展方向，綠色溶劑、超臨界流體、水和不使用溶劑各有其特點和應用。這四個方向代表了以后化工溶劑的基本發展方向。

關鍵詞：綠色溶劑 超臨界流體 綠色化工

中圖分類號：O643 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0097-01

綠色化學也被稱為環境友好化學、環境無害化學和清潔化學。綠色化學就是通過科學的技術和手段來減少和消滅對人體或環境有害的原料、反應催化劑、溶劑和試劑的使用和產生，以確保對人類生活和生態環境沒有損害，實現可持續發展。綠色化學就是在化工生產過程中堅持采用預防污染的手段，從原料到中間產物，再到目的產品都要做到無污染，實現零污染，甚至零排放。綠色化學的最高理想就是在整個化工生產過程中不使用任何有毒有害的物質作原料、催化劑和中間產物，對環境和人類不再有傷害。綠色化學是一門從源頭上就不再污染環境的化學，集合了生物化學、分析化學和生態化學的綜合學科。

化工生產中大量的污染物質不僅來源于生產的原料和制造的產品，而且在化工生產過程中大量的中間產物也會對環境產生大量的危害。其中最常見的污染來源來自于溶劑，這些溶劑被廣泛應用于反應介質中，在物質分離也大量采用溶劑。目前在化工生產過程中廣泛應用的溶劑大部分是具有揮發性的有機化合物，這些有機化合物在應用過程中不僅會引起當地水源的污染，而且會引起地面臭氧的形成。這是因為溶劑作為化學反應的介質，它的用量是非常巨大的，通常是反應底物的數倍甚至幾十倍。因此，如果能夠采用無毒無害的綠色溶劑來替代這些對環境有害的有機化合物作化學反應的溶劑，那對人體健康和環境保護，實現可持續發展提供了可靠的保障。正因為這樣，采用無毒無害的綠色溶劑，少用或不用對環境有害溶劑已經成為了當前化工生產的研究方向。為了減少環境污染，綠色化工中無毒無害溶劑的應用有以下四個方面。

1 選用綠色溶劑代替不利于環保的溶劑

烴類溶劑和氯化溶劑是過去化工生產常用的溶劑。烴類溶劑和氯化溶劑的優點是不容易燃燒，表面張力小和黏度，滲透能力很強，可以很容易清除狹小縫隙中的污垢。溶解油污能力強，特別是在金屬加工油、油脂等方面。烴類溶劑和氯化溶劑最大的優點是沸點很低，非常適合利用蒸汽進行清洗油污的方式。但是烴類溶劑和氯化溶劑的毒性非常高，它們在空氣中的允許濃度非常低，一旦超標將會對生產車間的工人身體損害極大。正因為如此，歐盟和美國等許多西方國家已經限制生產和進口這些種類的清洗劑。

現在化工生產中對環境和人體有害的溶劑，正越來越多的被無毒無害的綠色溶劑所取代。比如：砧烯和過氧化氫之類的清潔劑正逐漸替代烴類溶劑和氯化溶劑。砧烯和過氧化氫之類物質能夠生物降解的非常徹底，不會留下殘留物質，對環境不會造成污染，而且對臭氧層造成破壞。隨著人們環保意識的增強，在油漆、衣物洗滌劑和電子產業中被越來越多的應用。價格高是帖烯類溶劑最大的缺點，這造成了成本的提高，縮小了它的應用界限。

高速發展的電子工業對電路板的需求量越來越大，因而帶動了清洗劑大量需求，目的是除去電路板中過多的摻雜物。過氧化氫由于其清潔無污染的特性正在被廣泛應用。在使用后過氧化氫分解成了水和氧氣，一點都不會構成污染，近年來超級純過氧化氫每年的需求量正以11.6%的速度增長。

N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮是非常重要的化工原料，具有選擇性強和穩定性好的溶劑，具有極性強，不容易燃燒，毒性很低、不易揮發、生物可完全降解、可重復利用、使用安全等優點。而且分子中不包含鹵素，不會破壞臭氧層，在化工產業中應用非常廣泛。譬如在涂料行業印刷工業中正越來越多的應用。N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮也可用作萃取劑，在化工生產過程中常用作有機溶劑，在殺蟲劑的生產過程中常用作載體溶劑，在生產滑潤劑過程中常用作萃取劑。總之，酯類溶劑對人體無害，對環境無污染，前途應用廣泛，發展前景看好。

2 采用超臨界流體作溶劑

超臨界流體的研究是無毒無害溶劑研究中最活躍的開發項目，這其中應用最廣泛的是超臨界二氧化碳被用作化工生產中的溶劑。隨著溫度和環境的變化，任何物質都有三種相態，三相并存的點叫三相點，氣液兩相成平衡的點稱為臨界點。在臨界點的溫度和壓力稱作臨界溫度和臨界壓力。超臨界二氧化碳是指在超過臨界溫度和臨界壓力下二氧化碳變作流體。超臨界二氧化碳通常具有液體的密度和氣體的粘度，因而超臨界二氧化碳有著液態溶劑的溶解度和氣體的傳質速度。而且在實際應用過程中可以通過調節壓力和溫度來調節溶劑溶解度，壓縮性，流體的密度和粘度等性能。沒有毒性、安全可靠、不容易燃燒、成本低等特點是超臨界二氧化碳溶劑與傳統溶劑相比的最大優勢。

目前，四川大學皮革系正把超臨界二氧化碳用在皮革處理的過程中，應用前景令人鼓舞。另外在油漆、涂料和塑料的生產過程也已經開始應用超臨界二氧化碳有機溶劑。舉個例子，Dow化學工業有限公司已成功采用了超臨界二氧化碳作為包裝材料苯乙烯泡沫塑料的發泡劑，代替了傳統的怕壞臭氧層的氟氯烴。

3 采用水作溶劑

水是自然界最廣泛的物質，無毒無害，取材廣泛。早在1980年，Breslow發現環戊二烯與甲基乙烯酮的環加成反應在水中速度很快，比傳統上在異辛烷中的反應速度快了大約700倍。日本化學工業在實際化工生產過程中成功地用超臨界水生產出了TDA，井已開始大規模工業化生產運行。在以前這些工業殘渣是廢物垃圾，污染環境。現在是變廢為寶，既減少了浪費，又防止了環境污染。這項新技術不會產生出酸堿，更不需要用作廢水處理。在工業生產中將塑料中間體進行回收是一個新的突破。

4 化學反應不使用溶劑

在固相反應和熔融狀態下的化學反應中的某些反應有些是不需要溶劑的。旋光性2，2-二氫基-1，1-聯荼酚采用FeCl3·6H2O為氧化劑進行固相反應，在50 ℃條件下反應持續2個小時，再用稀鹽酸淋洗就可以得到聯萘酚，收率95%。隨著人們對環保要求的日漸提高，無溶劑浸漬漆逐漸開發并推廣出來。無溶劑浸漬漆是不飽和聚酯樹脂的一片新天地。同時這種浸漬樹脂還有著非常優良的滲透性，良好1穩定的物理性能和室溫保質期。

綠色化學是在傳統化學工業基礎上開發出的更高層次的化工化學，符合了時代對化學工業的新要求，是化學工業的發展方向。其核心是減少或消除化污染，做到可持續發展。當然，綠色反應也必然要求具有一定的成本收益，在技術上和經濟上要合理。隨著現代對環境越來也重視，環保要求越來越高，上面四個無毒無害溶劑的選擇方向在化工生產上應用也越來越廣泛。

參考文獻

[1] 傅獻彩.物理化學[M].北京高等教育出版社，1994.

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