綠色化學系統及其評價體系研究

李西堯

（西北工業大學附屬中學,陜西 西安 710072）

綠色化學系統及其評價體系研究

李西堯

（西北工業大學附屬中學,陜西 西安 710072）

本文通過對于綠色化學概念以及12項原則的梳理，建構出綠色化學系統，并在運用專家分析法和層次分析法的基礎上建構出綠色化學系統的評價體系，其目的在于對綠色化學評價指標以及實現路徑有一個更為清晰和全面的認識。

綠色化學；系統；評價體系；原則；評價指標

綠色化學的概念自20世紀90年代產生至今，經過20余年的發展與演進，已經成為替代傳統化學的一種全新的科學思想。自其產生至今，不同的研究者對其進行了不同的概念界定，如何全面地認識綠色化學，并使其成為人們的一種生產實踐活動，需要借助于對綠色化學系統及其評價體系的全面認識。

1 綠色化學概念及其原則

自20世紀80年代以來，相繼出現了環境無害化學、環境友好化學、清潔化學等概念，進過近十年的發展，最終以綠色化學一詞被廣泛應用。

1990年美國聯邦政府通過了“防止污染行動”的法令，將污染的防止確立為國策，該法案條文中第一次出現了“綠色化學”一詞，其定義為“采用最少的資源和能源消耗，并產生最小排放的工藝過程。”

1996年綠色化學被首次定義，“綠色化學之父”Paul Anastas和Williamson將其界定為：“是用化學的技術和方法去減少或消除那些對人類健康或環境有危險的原料、產物、副產物、溶劑和試劑等的使用或產生。”1998年Paul Anastas和John C Warner對綠色化學的定義進行了修訂，將其重新界定為：“利用一切原理來降低或消除在化學產品的設計、生產和應用中危險物質的使用或產生。”1999年Paul Anastas將該定義進一步修訂為 “設計能降低或消除危險物質使用和產生的化學產品和過程[1]。”

隨后,國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）對綠色化學進行了界定，將其定義為：“發明、設計和數數能降低或消除危險物質的使數和產生的化學產品和過程”。美國化學會（ACS）將綠色化學定義為：“設計、開發和實施能減少或消除那些對人類健康和生態環境有危險的物質的使數和產生的化學產品和過程”。美國環境保護署直接采用了Paul Anastas在1999年的綠色化學定義。至此，該定義成為綠色化學的經典定義。

1998年PaulAnastas和JohnCWarner提出綠色化學的12項原則：防止廢物；設計更安全的化合物和產物；降低化學合成方法的危險性；使用可再生的原料；使用催化劑而非當量試劑；避免化合物的衍生物；使原子經濟最大化；使用更安全的溶劑和反應條件；提高能源效率；設計可降解的產物；全程分析并防止污染；使事故的可能性降到最低[2]。2000年Hjeresen運用12個關鍵詞語對這12項原則進一步凝練，并成為學界普遍認可并廣為傳播的12項原則。2005年TangSLY,SmithRL,PoliakoffM.等人在保留這些原則精髓的基礎上，設計了一個簡明的詞PRODUCTIVELY，用其中的每一個字母來替代表達Anastas等提出的綠色化學12項原則中每一條的含義。

從上述綠色化學的概念及其原則可以看出，綠色化學的目標及其要素以及實現途徑都已被表達出來了，但是在表述中還存在一些缺陷，如將綠色化學系統的內部目標和外部目標沒有加以區分，目標實現中的過程以及環節沒有分層，尤其是對綠色化學作為一個系統的概念其表述仍不夠完整。這就導致人們難以找到綠色化學的目標與原則以及所研究的各項指標之間的內在聯系。本文將通過對綠色化學系統以及評價體系的研究進一步闡明這一問題。

2 綠色化學系統

綠色化學作為一個系統，其包含內部系統和外部系統兩個層級，其中，綠色化學的內部系統是指在化學自身范疇之內所形成的以產品綠色化和過程綠色化為目標的化學體系。而綠色化學的外部系統是指以實現化學的外部目標 （包括環境目標、科學目標和經濟目標等）為目的的系統。

2.1 綠色化學內部系統

根據上述綠色化學的定義以及原則，本文認為，綠色化學的內部系統如圖1[3]所示。其中，實現產品的綠色化和過程的綠色化是綠色化學內部系統的目標所在，而要實現這一目標，依賴于化學反應的綠色化，而其又依賴于原料綠色化、催化劑綠色化、溶劑綠色化[4]、綠色合成工藝、新型分離技術以及新型實現技術[5]如圖1所示。

圖1 綠色化學內部系統

2.2 綠色化學外部系統

從綠色化學的定義及其12項原則可以看出，綠色化學內部系統的運行目的在于實現滿足外部系統的需求。從外部系統來看，有三個評價維度：一是環境維度，即消除污染，這是綠色化學的核心外部評價維度；二是科學維度，即實現環境友好約束下的化學與化工融合發展；三是經濟維度，即降低生產成本，降低能源和資源成本，實現經濟可持續發展。基于這樣三個維度的目標建立起綠色化學的外部系統。

3 綠色化學系統的評價體系

基于上述綠色化學系統的建構，本部分結合綠色化學評價的技術指標、評估指標以及實施方案，建構綠色化學系統的評價體系。其中，對于體系的建構主要采用層次分析法，對于指標的選取主要采用專家分析法，如圖2所示。

圖2 綠色化學系統的評價體系

通過上圖可以看出，綠色化學是個完整的系統，其包含了內部系統和外部系統。其中，綠色化學的外部目標除了環境目標之外，還包括科學目標和經濟目標；綠色化學的內部目標在于產品綠色化和過程綠色化。基于這些目標，建立了產品設計、原料、催化、溶劑、工藝改進、分離技術、實現技術、反應等8個技術指標，進而運用原子經濟性、環境因子、環境熵、反應速率、生命周期評價等5個指標進行評估。最后，提出了實現綠色化學系統的實施方案，具體包括設計安全有效的目標分子、尋求安全有效的反應原料、尋求安全有效的合成路線、尋找新的轉化方法、尋找安全有效的反應條件。

本文的學術價值在于：通過建立綠色化學系統及其評價體系，有助于學習和研究者全面認識綠色化學、探求實現綠色化學的目標、尋求相應的評價指標和實施方案，進一步理清這些要素之間的內在聯系，有助于促進綠色化學范疇界定的科學化與體系化。但是對于一些二級指標的研究還存在不足，這也是后續研究需要進一步解決的問題。

[1] 沈玉龍，舒世立.關于綠色化學概念的討論[J].唐山師范學院學報.2014（2）：116.

[2] 蔡衛權，程蓓，張光旭，等.綠色化學原則在發展[J].化學進展，2009（10）：2003.

[3] 葛挺峰.基于綠色化工的化學反應路徑評價及選擇[D].浙江大學碩士學位論文，2004：15.

[4] 張運申.環境友好型社會背景下的綠色化學技術應用[J].化工管理，2015（1）：26.

[5] 貢長生.綠色化學化工過程的評估[J].現代化工，2005（2）：68.

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