淺談綠色化學在化學工程中的應用

陳 勇，王加平

(江蘇輝豐農化股份有限公司，江蘇 鹽城 224100)

淺談綠色化學在化學工程中的應用

陳 勇，王加平

(江蘇輝豐農化股份有限公司，江蘇 鹽城 224100)

化學技術的快速發展，使得人民的物質生活得到提高，給我們的生活帶來日新月異的變化，但是同時帶來的負面效應也不容忽視。傳統的化工生產具有高消耗、高污染、高浪費的缺點且隨著時間的積累已經開始影響人們的生活環境，帶來了一些亟待解決的環境問題。因此，綠色化學應運而生，已經逐漸應用到現代化工生產中。本文就綠色化學在化學工程中的應用給出簡要的探討。

綠色化學；環境保護；化工；應用

科技和經濟的飛速發展，使得人們的生活水平得到提升，能夠利用的資源也逐漸增多，但是我們的生活環境卻變得越來越差，很多工業城市和大都市常常籠罩在霧霾之中，影響人們的正常生活，同時也制約經濟的持續發展。造成這些問題出現的一個主要原因是由于化工企業“三廢”(廢氣、廢水、廢渣)的排放。為防止環境的進一步惡化，也為經濟的可持續發展，很多企業開始重視對綠色化學工業的研究，力求探索出一條工業技術優化之路，用高效、環保、安全的綠色化學工業來控制化學物質對環境的污染。

綠色化學[1]又稱環境無害化學、環境友好化學和清潔化學，是近年來發展起來的一門新興科學，它可以通過改變化學物質或化學過程的內在本質來降低或消除化學性危害從而在源頭上阻止環境污染。開發和運用綠色化學工藝，利用最少的能源，排放最少的有害物質，產生最大的經濟效益，是實現社會可持續發展的必由之路。

1 光催化劑對大氣中氮氧化物的凈化

1.1 氮氧化合物廢氣介紹

氮氧化物[2]指的是只由氮、氧兩種元素組成的化合物。常見的氮氧化物有一氧化氮(NO，無色)、二氧化氮(NO2，紅棕色)、一氧化二氮(N2O)、五氧化二氮(N2O5)等，它們是最常見的大氣污染物之一。天然排放的NOx，可以被土壤和海洋中有機物的分解，屬于自然界的氮循環過程，一般情況下可以達到排放和分解的動態平衡。人為活動排放的NOx，大部分來自化石燃料的燃燒過程，如汽車、飛機、內燃機及工業窯爐的燃燒過程，也來自生產、使用硝酸的過程，如氮肥廠、有機中間體廠、有色及黑色金屬冶煉廠等，其中由人為活動產生的NOx是造成大氣污染的主要原因。

1.2 氮氧化合物廢氣危害

氮氧化物的肆意排放會引起一系列的環境問題，毒害人類身體，危及人類的健康，破壞地球的生態環境。據不完全統計，全世界每年由于人類活動向大氣中排放的NOx約5300萬t。NOx對環境的損害作用極大，它是形成酸雨的主要物質之一，也是形成光化學煙霧的重要物質，吸入過量的氮氧化物會對肺部結構產生不可逆轉的影響，長期處于高濃度氮氧化物的環境下，可以導致眼睛腫脹，甚至失明。

1.3 氮氧化合物廢氣的治理方法

近年來，半導體光催化劑[3]在環境污染降解方面已受到人們的廣泛關注。TiO2作為典型的光催化劑，具有光催化效率高、化學性質穩定、對人體無毒的特點。它的降解機理[4]為吸附在催化劑表面的空氣中的氧氣和微量水，分別被光生電子和空穴還原或氧化為·O2-和·OH，為氮氧化物的深度氧化提供了高活性的氧化劑。利用這種作用開發的產品，廣泛地用于脫臭、防污及環境凈化，最新研究表明，它們同樣可用于凈化大氣中的 NOx。況棟梁[5]等改性納米二氧化鈦應用于凈化汽車尾氣，并取得顯著效果。在國外凈化燃煤煙氣的研究中，研制的填充式床PPCP反應器中最常用的填充介質就是TiO2。除此之外，已有多種納米TiO2光催化劑產品應用于實際污染處理中，比如納米光催化劑涂料、納米TiO2自清潔涂層等[6]。

2 離子交換樹脂對水體中重金屬的凈化

2.1 水體中重金屬的介紹

“水是生命的搖籃”，但是，近年來由于各種工業固體廢棄物和廢水的肆意排放，導致水體中毒重金屬元素含量越來越高，已經嚴重影響人們的生活。溶解在水體中的重金屬因為具有較低的中毒濃度以及較高的移動性，使得水生生態系統中的重金屬變成了最危險的物質之一。水體中的重金屬無法被生物降解，只能通過攝入被生物體吸收，并且在微生物的作用下，一些重金屬還可能轉成具有更強毒性的重金屬化合物。汞是水體中最常見的重金屬之一，環境污染導致人體中毒以甲基汞中毒較為嚴重。甲基汞主要損害神經系統，出現諸如頭痛、疲乏、健忘、情緒異常等一般癥狀，長時期、高濃度的甲基汞的攝入會出現語言障礙、運動失調、感覺異常、視野模糊等甲基汞中毒癥狀。鎘是另一種常見的重金屬，其主要通過飲水和食物攝入人體，長期吸攝入低濃度的鎘可導致慢性中毒，如肺炎、肺氣腫、腎功能損害等，慢性的鎘中毒還會導致肺部組織的纖維化。除此之外，還有銅、鉛、鈷等，為了全面保障人體健康以及生態系統的正常運行，必須采取有效的措施治理水體的重金屬污染。

2.2 離子交換樹脂對水體中重金屬的凈化

離子交換樹脂是利用離子交換基團高分子特性實現汞、銅、鉑等重金屬的有效處理[7]。離子交換樹脂所用溶液大多是與酸性溶液無法相溶的堿性溶液，其內部成分多是高分子多孔性的固體聚合化物。相比其他工業污水處理技術，離子交換樹脂技術不但可以處理、過濾低濃度污水與高重金屬含量污水，還可使工業污水與硫化鈉相互配合，實現污水的二級處理，全面保障工業污水達到國家規定的排放標準。而且，離子交換樹脂是封閉式循環運作的，運行穩定性強，污水排放的速度快。其處理完畢的污水可直接通過循環系統回收與利用，進而為工業生產提供工業補水，降低工業用水成本。

3 固體廢棄物的資源化利用

3.1 固體廢棄物的介紹

我國人口眾多，產生的生活垃圾的量也比較大，而由于固體廢棄物所引起的環境問題也日益突出，如何更好的利用這些“垃圾”，使之變廢為寶，成為了人們關注的焦點[8]。為了更好利用固體廢棄物，按照固體廢棄物的不同來源，可分為礦業固體廢物、工業固體廢物、城市垃圾、農業廢棄物和放射性固體。固體廢棄物的種類多、數量大、成分雜，是造成環境污染的主要原因之一，其危害程度不亞于大氣污染和水污染，應該引起高度重視。

3.2 等離子體技術使“垃圾”變廢為寶

等離子體是不同于固體、液體和氣體的第四態物質。它的內部含有大量高能電子、正負離子、自由基、激發態分子等活性粒子。粒子能量達到幾個到幾十電子伏特，大于聚合材料的結合能。等離子體技術通過電弧放電可以產生高達 5000 K 的等離子體，將垃圾加熱至很高的溫度，從而迅速有效地摧毀廢物。可燃的有機成分充分裂解氣化，轉化成合成氣(CO+H2)，其他物質則變成類似玻璃體的熔渣[9]。合成氣可進行發電，也可用來生產乙醇、甲醇和生物柴油；熔渣則可以加工成建筑材料。目前，等離子體在綠色制備催化劑方面也已經實現應用。

可持續發展作為我們國家的一項基本國策，對我們化學從業人員也提出了新的要求。綠色化學可以從源頭上減少或者杜絕廢棄物的產生與排放，從短期看，綠色工藝相關設備的引入可能會耗費較大的財力、物力，但是從長遠來看，綠色化學卻能提高經濟效益，造福子孫后代。因此，為了資源的合理利用，環境的有效保護，也為了經濟的持續發展，必須合理應用綠色化學。

[1]高兆林,譚丕亨,李海靜. 綠色化學淺說[J].山東化工,1999(4):1-5.

[2]張 燕.城市大氣污染與防治策略探析[J].環境與可持續發展,2016,41(1):54-55.

[3]馬 睿,譚 欣,趙 林,等.光催化轉化氮氧化物的研究進展[J].安徽農業科學,2007,35(8):2215-2217.

[4]薛韓玲,李建偉,葛嶺梅,等.納米材料催化凈化燃煤煙氣中NOx的新技術[J].能源環境保護,2004,18(1):9-12.

[5]況棟梁,裴建中,李 蕊,等.改性納米二氧化鈦在凈化汽車尾氣中的應用研究[J].材料導報,2014,28(20):18-22.

[6]趙卓凡.納米二氧化鈦光催化劑在環境污染治理中的應用[J].科技創新與應用,2016(27):182-183.

[7]畢向光,余建民,楊金富,等.陽離子樹脂凈化鉑族金屬溶液的研究[J].礦冶工程,2015,35(3):87-95.

[8]侯小潔.我國固體廢棄物處理現狀及對策分析[J].中國高新技術企業,2014(1):79-81.

[9]李 珣,尚書勇.固體廢棄物收集、處理及資源化利用技術進展[J].廣東化工,2016,43(5):122-123.

(本文文獻格式：陳 勇，王加平.淺談綠色化學在化學工程中的應用[J].山東化工,2017,46(5):139-140.)

2016-12-05

陳 勇(1988—)，男，江蘇鹽城人，安全工程師，主要從事綠色化研究。

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1008-021X(2017)05-0139-02