綠色化學在環境污染治理中應用的研究

＊慈曉琳

（上海永道環境技術有限公司 上海 200092）

1.綠色化學的重要地位

綠色化學也叫環境無害化學，其是指在化學產品生產開始就最有效的利用原料，采用預防的科學手段及環境友好的化學反應，最大限度地降低能耗，最大的生產出環保、有用的產品，在整個生產始末過程中，均為零排放或者零污染。

(1)人類生存的需要

人類社會的發展過程就是自然資源消耗及應用的過程，在化工為我們提供物質基礎、改善生存條件的同時，也帶來了很多因自然環境破壞而產生的不利人類生存的危害，如全球變暖、臭氧層空洞、霧霾及紫外線輻射等。

(2)社會經濟發展的需要

隨著技術的發展，化學工業在推動社會的進步及經濟發展的同時，環境污染問題也隨之產生，由于企業對污染物處理成本的增加，進而對于社會經濟的發展產生了巨大的影響。

(3)企業健康發展的需要

企業在化工生產的同時產生了無經濟價值并對環境有害的廢水、廢氣及廢渣，嚴重破壞了自然界的生態環境，增加了企業處理的成本，降低了企業的競爭力。

以上因化學工業而導致的問題都可以使用綠色化學技術得以緩解及解決，所以在化工生產過程中推行綠色化學是相當必要的。

2.綠色化學的理念

從科學角度來看，傳統化學的思維方式因綠色化學產生而更新和發展，綠色化學的核心是研發新的合成方法、新的工藝路線，尋找傳統化工原料的替代品，特別是可再生的生物資源，使用新的反應條件，如環境無害化反應介質、超臨界流體，最終設計、生產出環境友好型產品。從環境角度來看，在源頭上消除了環境污染是綠色化學的宗旨，其從源頭上避免使用對生態環境有害的化學原料、化學溶劑及反應催化劑，不產生副產物或副產物無害化，生產出不污染環境并且有利于環境的產品，實現了化工生產的“零排放”與“原子經濟性”。從經濟角度來看，綠色化學使資源和能源得到了更合理利用，使生產成本降低，其符合了經濟可持續發展的要求。

(1)P.T.Anastas和J.C.Waner綠色化學12原則

①防止污染物的產生比生產過程中產生污染物后再處理要好。

②在進行合成方法設計時，應使全部原輔材料盡量的、最大程度的轉化為產品。

③盡最大可能的使生產過程中使用的原輔材料及產品對生態環境無污染。

④合成的化合物既要具有所需要的性能，又應具備低毒、低污染特性。

⑤在設計合成方法時應盡量降低反應所需能耗，還需考慮化學反應對環境及經濟的影響。常溫、常壓下進行化學反應是有效降低反應能耗的重要手段。

⑥在技術及經濟效益允許情況下，最大限度的回收廢棄物中可重復利用的原料。

⑦盡可能避免衍生反應合成化合物，因衍生反應過程中需額外添加反應物及產生無用的廢棄物。

⑧使用反應催化劑比化學計量數試劑更占優勢。

⑨盡量使用可降解材料設計產品，材料降解后生成無害的產物，不污染環境。

⑩使用在線監控的分析方法，將對環境有害的產物在產生前就對反應加以控制。

(2)綠色化學5R原則

①Reduction（減量），在化學反應過程中，應減量使用原輔料，達到節約自然資源，減少“三廢”排放的目的。

②Reuse（重復使用），重復使用是降低生產成本，減少污染物排放的重要手段。如化學工程中催化劑、載體等，在設計之初就應考慮重復使用。

③Recycling（回收），通過回收未反應的原料、不參加反應的溶劑、反應副產物及反應助劑，實現節約資源、減少污染和節約成本的目的。

④Regeneration（再生），在生產過程中使原材料得到再生，提高資源、能源利用率，減少污染物排放。

⑤Rejection（拒用），拒絕使用對環境有污染性且不可回收、不可再生、不可替代的原輔料。

3.綠色化學的發展方向

（1）探索綠色化學的反應原料。參加反應過程的化學原輔料，要符合綠色化學5R要求。

（2）提高原子經濟性反應。原子經濟性的氧化反應、催化的加成反應、周環反應中具有代表性的Diels-Alder反應。

（3）提高反應的選擇性。使用定向合成的方法，減少副反應產生及衍生物的產生。

（4）開發環境友好型催化劑。選擇使用催化劑，除關注催化劑活性、選擇性及催化壽命外，要考慮催化劑的環境友好性。如雜多化合物在催化氧化、烷基化、異構化等石油化工領域使用。

（5）使用物理方法促進化學反應。使用微波、輻照等物理方法促進化學反應，減少化學品的使用及污染物的排放。

（6）計算機輔助助力綠色化學設計和模擬。利用計算機可進行化合物結構分析、化學反應程度預測及化工流程控制等方面的計算和模擬，為開發出符合綠色化學12原則的最佳工藝路線及產品設計方案提供助力。

（7）研發環境友好產品。如可降解塑料、環境友好農藥、綠色燃料、綠色涂料等。

4.環境保護中綠色化學的應用

化學工業具有行業復雜，品種多，工藝差別大等特點，是國民經濟的重要支撐之一。但隨著現階段全球生態危機的加劇，環境保護已經成為了世界各國特別關注的重點問題。綠色化學作為預防及治理環境的有效手段，近年在環境保護方面具有廣泛的應用，具體如下。

(1)綠色化學在大氣污染預防中的應用

煤炭燃燒產生的二氧化硫，二氧化硫是大氣污染中最主要的污染物，大氣污染預防的關鍵在于減少、控制二氧化硫的排放。綠色化學中預防和治理空氣污染最有效的方法是使用煤炭脫硫技術。目前有三種燃煤脫硫技術，第一種從污染預防角度出發，在煤炭燃燒之前，使用物理及化學方法對煤炭進行燃前脫硫處理；第二種在煤炭燃燒過程中，從污染治理角度出發，對煤炭進行固硫處理；第三種，從污染治理角度出發，對煤炭燃燒后產生的煙氣進行煙氣脫硫處理。綠色化學中煤炭生物脫硫技術是人工加速自然界硫循環的方法，采用該技術在環境保護方面效果好、經濟效益高、反應溫和等特點，目前該技術是大氣污染防治的主要發展方向。生物脫硫技術分為處理浮選法、生物浸出法及微生物絮凝法。在煤炭生物脫硫技術基礎上，煤炭生物—非生物脫硫技術也是當前煤炭脫硫技術研究的新方向，此技術可有效縮短脫硫時間，提高經濟效益[1]。此外，在現有馴化菌種選育研究基礎上，正努力探索利用遺傳學新技術、新成果對煤炭脫硫生物進行改良研究[2]。

(2)綠色化學在水污染中的應用

水污染主要來源于城市污水及工業廢水，其中工業廢水中含有大量的酸堿離子、金屬離子，甚至具有放射性性質的物質[3]。這些工業廢水中的大部分物質可作為生產中的原料來使用，它們具有很高的可回收利用價值，并且工業廢水中的物質對生物健康產生嚴重的影響。而傳統的水污染治理由于技術水平低，提取廢水中化學物質效果差，即對大量工業原材料造成浪費，也沒達到污水治理的目標。

當前，工業廢水的凈化效果隨著綠色化學技術的快速發展而顯著提高，清潔原材料在化工生產中的引入，新型的化工合成技術和方法的實施，降低了工業廢水中有害物質提取難度，并降低了工業廢水的外排量，達到增加原材料使用率、污水零排放的目的。除從源頭控制化工原料及生產工藝外，水污染處理技術也得到了長足進步，特別是聯用聲、光、電、磁、微生物氧化等手段的水處理技術的研究和開發，并開發出了高效、經濟、環保的水處理技術[4]。

(3)綠色化學在固體廢棄物污染中的應用

化工生產固體廢棄物、城市生活垃圾、農業生產固體廢棄物是自然界中固體污染物的主要來源。傳統的固體廢棄物一般采用填埋法或燃燒法進行處理，但燃燒法會產生大量對環境有毒有害的氣體，使大氣環境遭受二次污染；而采用填埋法處理固體廢棄物雖然不會產生有毒有害氣體，但占用大量耕地，且廢棄物降解困難，廢棄物在填埋后會造成土壤的污染，最終造成地下水受到污染。綠色化學技術是解決上述問題的有效手段，采用熱分選煤氣化或電離氣化技術，其在固體廢棄物處理過程中操作簡單，經濟效益高，具有較高的自然資源利用率，處理時不產生有毒有害物質，可以避免二次環境污染現象發生。另外超聲波降解技術也有較大進步，通過超聲波的聲能對白色污染物進處理，能夠在空氣氣泡內使有機物發生化學鍵發生斷裂，達到有機物降解的效果[5]。

5.結語

綠色化學是傳統化學與可持續發展理念相結合的一門新興的科學領域，在現階段是前沿性的技術，在生態環境保護領域具有不可替代的作用。只有不斷的加大綠色化學研究，不斷創新綠色化學方法，全力發展綠色化學工業，才能自源頭上預防環境污染，提高化學工業的“原子經濟性”，實現化學工業“零排放”。