關于化學工程工藝中綠色化工技術的應用

楊霈霖

摘要：為解決由于工業及化工生茶等過程造成的環境污染問題，本文提出包含生物技術、催化技術、膜技術、高級氧化技術和微波技術在內的幾項綠色化工技術，并對其原理、特點、優勢及應用進行分析，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：綠色化工技術;生物技術;催化技術;膜技術;高級氧化技術;微波技術

綠色化工技術是指在綠色化學基礎上開發的從源頭上阻止環境污染的化工技術。綠色化工技術的出現與應用為化學和化工生產實現綠色環保目標提供了技術解決方案，對適應當前節能減排和環境保護要求有重要作用。

1生物技術

生物技術是指根據工程學、生物學及化學基本原理，利用生物催化劑完成物料加工，生產有用物質。這項技術的主要特點為可最大限度利用不同的自然資源，減少能源消耗和污染，為清潔生產目標的實現提供助力，并且還能制備采用一般化學技術很難或根本無法制備的產品。目前對生物技術進行的分類主要有下列四種：第一種是作為主導的基因工程;第二種是作為基礎的細胞工程;第三種是作為條件的酶工程;最后一種則是作為關鍵的微生物發酵工程。其中，基因工程還可稱之為遺傳工程，以基因重組技術為核心，按要求將目標DNA片段利用工具酶于離體狀態下進行拼接、剪切與組合，然后利用宿主主細胞實現復制與標定，以此實現生物特性的改性，得到目標性狀的產品[1]。

2催化技術

催化劑作為化學工藝的一個重要基礎，使很多化學反應在工業中得到應用，現在依然有很多化工產品都依靠催化反應制得。對綠色化學而言，催化技術的應用表現在以下幾個方面：通過固體催化劑合理應用，使工藝過程達到簡化，減少三廢排放;在合成化學中，可將大孔分子篩作為反應催化劑;對于精細化工生產，通過不對稱催化合成技術的應用，可生產出光學純手性產品，以此減少對有毒原料的使用，并能避免有毒產物;借助茂金屬催化劑能對具備指定物理特性的高分子烯烴聚合物進行合成;對于藥物合成，依靠超分子催化劑可實現分子記憶與模式識別;依靠生物催化法可將石油餾分所含金屬鹽、硫與氮去除，并減少有機合成三廢;就當前的合成化學而言，電催化起到了至關重要的作用，因為它與環境的相容性更好;對于固定與移動能源，通過催化燃燒可提供無污染的動力[2]。

3膜技術

膜技術實際上是膜分離與膜催化的總稱。若按化學組成，可將膜分成無機膜與有機高分子膜兩類;若按結構，可將膜分成對稱膜與不對稱膜兩類（其中，對稱膜為單層膜，而不對稱膜為多層復合膜）;而若按照用途，還可將膜分成分離膜與膜反應器兩類。對于膜分離技術，它主要具有以下優勢：費用與能耗較低，但效率高，基本無污染，且可以對有用的物質進行回收;而對于膜催化反應，主要具有以下優勢：可實現超平衡，使反應更具選擇性，提高原料反應轉化率，從而減少各類資源的消耗，降低排放。所有膜分離工藝均為純物理形式的分離，不僅沒有熱學性變化，而且也沒有生物性及化學性變化。另外，由于膜分離過程采用組件形式完成，所以不同組件適用不同情況，可靈活滿足不同生產要求[3]。

4高級氧化技術

該技術的基本原理為反應過程中有·OH（羥基自由基）產生，其氧化能力極強，可對水中所有有機污染物進行氧化，生成無害的水與二氧化碳。該技術的主要優勢為：反應快速且過程可控，對幾乎所有有機污染物均可降解。然而，該技術也存在一些缺點，如部分處理過程十分復雜，所需處理費用較高，尤其是要消耗大量氧化劑，這也是這項技術無法得到大規模推廣的原因，只能在流量不大且濃度較高的污廢水處理領域使用。若按照使用的氧化劑與催化條件，可將該技術分成以下幾種類型：

（1）化學氧化類，即使用化學氧化劑進行氧化，使廢水所含無機物及有機物被氧化成對環境和人體基本無害的物質。

（2）化學催化氧化類，以現有濕式氧化處理為基礎，通過添加催化劑來降低反應需要達到的溫度和壓力，以此增強氧化能力，提高反應效率，在降低成本的同時避免設備腐蝕。

（3）濕式氧化類，基于高溫高壓環境，將空氣含有的氧氣作為氧化劑對有機污染物進行氧化，生成無害物[4]。

（4）超臨界水氧化類，其原理為采用超臨界進行氧化，使有機物分解。

（5）光降解類，部分有機物在受到光的照射后會被氧化成一些中間產物，并最終生成水和二氧化碳等無害物。

（6）電化學氧化還原類，采用電極使污染物發生電化學反應，或通過電極生成強氧化劑，由強氧化劑對污染物進行氧化還原。其中，前者為直接反應，而后者則為間接反應。

5微波技術

頻率在300MHz-300kMHz范圍內的電磁波被稱為微波，包括毫米波、厘米波與分米波。微波屬于內加熱，有很快的加熱速度，一般僅需不超過1/10s的時間;除了加熱速度快，還能使受熱體系的溫度保持均勻，防止滯后;另外，微波不會污染反應體系，是典型的清潔技術。

對于無機合成，這樣技術主要在燒結合成與水熱合成中應用。其中，基于微波技術的燒結合成指的是將傳統熱源替換為微波輻照，微波被吸收后溫度快速升高，在加熱至一定程度后，開始燃燒合成反應，目前這項技術在合成陶瓷中應用較多。由于加熱均勻且升溫快，還能對燃燒傳播進行控制，所以對陶瓷焊接及加工均十分有利。而基于微波技術的水熱合成主要在金屬氧化物和磁性材料中使用。

對于有機合成，因采用微波技術可以加快反應速度，尤其是采用無機固化物作為載體的基于微波技術的有機合成，不僅操作方便和簡單，而且所用溶劑數量很少，反應產物的分離純化難度低，產率很高。

6結語

總而言之，事實上綠色化工技術還有很多，限于篇幅，以上只提出了當下比較主流的生物技術、催化技術、膜技術、高級氧化技術和微波技術，通過對這些技術的應用，能在滿足各項生產要求的基礎上，加快效率、降低成本、減少污染及排放。

參考文獻：

[1]李連峰，熊東，方磊，周峰.化學工程工藝中綠色化工技術應用的幾點探究[J].中國石油和化工標準與質量，2020，40（10）：238-239.

[2]秦翠翠，馮巧，陳愛欣，徐麗敏，賈濤.化學工程與工藝中綠色化工技術的應用[J].當代化工研究，2020（07）：120-121.

[3]黃棟學，熊照.化學工程與工藝中的綠色化工技術探析[J].現代鹽化工，2020，47（01）：42-43.

[4]井博勛，莒菲.淺議綠色化工技術在化學工程工藝中的應用[J].天津化工，2015，29（03）：10-11.