绿色化学综述

绿色化学的研究进展摘要：绿色化学是近十几年来发展起来的新兴学科。随着科技的迅猛发展，越来越多的环境问题逐渐凸现出因此，绿色化学受到越来越多地关注。本文分别从绿色化学的定义、绿色化学的重要性、特点、研究进展等方面对绿色化学进行了阐述，重点论述了绿色化学的方法和途径。关键词： 绿色化学；环境；进展；前言: 化工行业是国民经济支柱行业之一，化工产品遍布人们生活的方方面面，化学对人类作出了巨大的贡献。人类生活的各方面，从衣、食、住、行的生活必需品到汽车、电视洗、衣机等，无不同化学有关。高科技更是离不开化学的有力支持。可以说化学改变了人类的生活方式，提高了人类的健康与生活水平。但化学的这些巨大贡献伴随着一定的代价，那就是制造、使用和处理这些合成化合物质对人类健康和生活环境造成的负面影响。进入21 世纪,人类正面临着有史以来最严重的环境危机, 世界人口剧增, 资源和能源日渐减少与濒临枯竭, 大量排放的工农业污染物和生活废弃物使人类生存的生态环境迅速恶化, 使人与自然矛盾激化。1.绿色化学的定义 绿色化学又称清洁化学(Clean Chemistry)、环境友好型化学(Evironally Friendly Chemistry)和环境无害化(Environmentally Benign Chemistry)，与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。并且采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的零排放过程。绿色化学的目标在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。2.绿色化学重要性传统化学概念似乎总和环境污染密不可分，它更关注如何通过化学的方法得到更多的物质，而此过程中对环境的影响则考虑较少，即使考虑也着眼于事后的治理而不是事前的预防。传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。传统化学对环境的污染，以及资源的严重浪费，导致出现了环境危机，生存危机，因此提出一种可持续性，零污染或是环境友好型的新型指导化学十分重要以及十分必要。绿色化学就是新型的化学指导形式，绿色化学是对传统化学和化学工业的革命，是以生态环境意识为指导，研究对环境没有（或尽可能小的）副作用，在技术上和经济上可行的化学品和化学过程，它是化学未来发展的方向。绿色化学的研究以及发展关系着人类子孙后代的繁衍生息。3.绿色化学的特点以及原则特点：（1）充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；（2）在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放； （3）提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现零排放；（4）生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。原则：（1）防止污染优于污染形成后处理。（2）设计合成方法时应最大限度地使所用的全部材料均转化到最终产品中。（3）尽可能使反应中使用和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小。（4）设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性。 尽量不用辅助剂，需要使用时应采用无毒物质。（5）能量使用应最小，并应考虑其对环境和经济的影响，合成方法应在常温、常压下操作。（6）最大限度地使用可更新原料。（7）尽量避免不必要的衍生步骤。（8）催化试剂优于化学计量试剂。（8）化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型。（9）分析方法应能真正实现在线监测，在有害物质形成前加以控制。（10）化学生产过程中各种物质的选择与使用，应使化学事故的隐患最小。4 绿色化学的研究4.1 绿色原料 原料的绿色化主要表现在利用可再生资源做为原料以及采用低毒或无毒无害的原料代替高毒原料方面。4.1.1 利用可再生资源作为原料二氧化碳作为一种可更新资源，工业社会中大量化石燃料的燃烧为其提供了丰富的的来源。由于二氧化碳价廉易得， 用二氧化碳加氢合成甲醇、甲酸是一条很有意义的有机合成路线。由于它能与氢气互溶，在超临界二氧化碳流体中，二氧化碳生成甲酸的氢化反应具有很高的反应效率。二氧化碳加氢合成有机物的研究与碳资源的有效利用和环境保护具有重要的意义，二氧化碳作原料采用类似的方法亦可制备二甲基甲酰胺和甲酸甲酯。生物燃料乙醇是可取代石油的可再生新能源。但基于糖和淀粉类原料不能满足生物乙醇生产的巨大需求。4.1.2 采用低毒或无毒无害的原料 现有化工生产中往往使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料，但光气剧毒、且生产过程中产生大量的氯化氢, 既腐蚀设备，又污染环境，为了人类健康和环境安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面，碳酸二甲酯(DMC)起到了重要的作用。DMC 无毒而且在无光气的环境中合成所需的化工产品， 如在羰基化反应中用DMC 代替剧毒的光气(COCl2) 作羰基化试剂。4.2 绿色溶剂4.2.1 离子溶液离子液体是由特定阳离子和阴离子构成的 在室温或近于室温下呈液态的物质，其主要的特点是：几乎没有蒸气压，不挥发，无色，无嗅；具有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口；通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性, 且其酸度可调至超强酸。离子液体良好的环境友好性和可设计性,使得其作为新型的反应介质正在成为研究热点。在离子液体中进行加成反应的突出优点是体系有足够低的蒸汽压、可再循环、无爆炸性、热稳定且易于操作。4.2.2 无溶剂有机反应因为有机溶剂能很好地溶解有机反应物，使反应物分子在溶液中均匀分散，稳定地进行能量交换，所以传统的有机反应， 常常在有机溶剂中进行。但有机溶剂的毒性、挥发性、难以回收使其成为对环境有害的因素。因此，无溶剂有机合成将成为发展绿色合成的重要途径。无溶剂有机反应最初被称为固态有机反应，它既包括经典的固-固反应， 又包括气-固反应和液-固反应。无溶剂反应机理与溶液中的反应一样，反应的发生起源于两个反应物分子的扩散接触，接着发生反应，生成产物分子。此时生成的产物分子作为一种杂质和缺陷分散在母体反应物中，当产物分子聚集到一定大小，出现产物的晶核，从而完成成核过程，随着晶核的长大，出现产物的独立晶相。无溶剂有机反应可在固态、液态及熔融状态下进行，尤其是微波与无溶剂反应技术相结合， 具有安全、速率快、易操作、选择性好的特点。4.3 绿色催化剂4.3.1 生物催化剂从20 世纪70 年代开始, 经过几十年的研究与探索,生物催化的应用日趋广泛和成熟。生物催化在药物生产中用于开发经济的化学酶法合成工艺,在绿色化学领域中最大程度地减少废物的产生和危险试剂的应用, 在天然化学领域中对天然产物进行修饰以发现具有更好生物活性的新药物。所谓生物催化剂，就是在生物细胞中形成可加速体内化学反应的物质，通常以酶为主。酶具有反应步骤少、催化效率高、副产物少和产物易分离纯化等优点。微生物、植物细胞、动物细胞等与酶的催化作用相比，它们具有不需要酶的分离纯化和辅酶的再生等优点。所以现在微生物生产的方法已经广泛地用于一些有机酸、氨基酸、核苷酸、抗生素和甾体激素等化合物的工业化生产。4.3.2 固体酸碱催化剂 固体酸碱催化剂可以有效地减少甚至避免对环境的污染，同时也容易回收，可以多次使用。近日有报道称日本东京技术研究院合成了硫酸基团密度较高的碳基固体酸催化剂，可有效催化一系列有机反应，包括水解、酯化、烷基化、水合以及重排等， 这种催化剂在200以下保持稳定且易于从反应产物中移除，避免了无机酸带来的废水处理问题。4.4 绿色合成工艺4.4.1 利用绿色能源 在我国现今的能源结构中， 煤是主要能源。由于煤含硫量高和燃烧不完全， 造成SO2 和大量烟尘排出，使大气污染。据统计, 我国每年燃煤排放的烟尘约为2.2107t，二氧化硫约为1.31107t，分别占粉沙土量和二氧化硫总量的78.69%和89.7%。由SO2 而产生的酸雨对生态环境的破坏十分严重。因此，寻找可更新的用于取代化石燃料的资源势在必行。作为再生能源，燃料乙醇即燃料酒精对缓解我国石油供应紧张状况具有重要意义，发展燃料乙醇是加快新能源开发利用、实现能源消费结构多元化的有效措施。燃料乙醇可利用秸秆等植物纤维大规模制造。用乙醇作燃料提供能源，可以减少对电能等其他能源的过度浪费，进而降低发电过程中大量燃烧煤而带来的大气污染。4.4.2 资源再生和循环使用技术 自然界的资源有限，因此人类生产的各种化学品能否回收、再生和循环使用也是绿色化学研究的一个重要领域。5.我国绿色化学的活动 我国非常重视在绿色化学方面的进展。1996 年,召开了工业生产中绿色化学与技术研讨会, 并出版了绿色化学与技术研讨会学术报告汇编；1998年，在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会；化学进展杂志出版了绿色化学与技术专辑；2006 年7 月11 日，由中国化学会主办、吉林大学承办的中国化学会第25 届学术年会在吉林大学开幕，本届化学年会的主题是 化学与社会化学在社会可持续发展中的地位与责任，大会由主会场和绿色化学等19 个相对独立的分会场构成， 大会就化学的发展趋势开展热烈的讨论和交流。2008 年3 月31 日4 月2 日，建设部、科技部、国家发展和改革委员会、国家环境保护总局、财政部在北京共同举办第四届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会，会议就智能、绿色建筑与建筑节能技术标准、政策措施、评价体系、节能检测，分享国际国内发展智能、绿色建筑与建筑节能工作新经验为主要内容。6.结语 传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从粗放型向集约型的转变。绿色化学是知识经济时代化学工业发展的必然趋势，是当今国际化学研究的前沿。总之，大力发展绿色化学工业，从源头上防止污染，从根本上减少或消除污染，实现废物零排放，提高原子经济性，将是我国乃至世界环境保护的必由之路。参考文献：1李金芳,于欣伟,郑成. 绿色化学的研究现状与发展趋势J. 广东化工, 2004,8: 5-7.2邱红,刘彦钦,韩士田. 绿色化学的进展J. 河北化工,2000, 2: 14-16.3 马玉国. 烯烃复分解反应-2005 年诺贝尔化学奖简介J. 大学化学，2006，21（1）:1-7.4刘朴. 绿色化学的进展J. 河北建筑工程学院学报,2003, 21(2): 27-29.5贺红武,任青云,刘小口. 绿色化学研究进展及前景J.农药研究与应用, 2007, 11(1): 1-9.6李颖华. 超临界二氧化碳在有机合成中的应用J .化学世界, 2002, (9): 490-493.7王晓娟,王斌,冯浩,等. 木质纤维素类生物质制备生物乙醇研究进展J. 石油与天然气工,2007,36(6):452-461.8李静,孙婷,胡月霞. 无溶剂有机合成新进展J. 许昌学院学报, 2006, 25(5):115-124.9陈振明,刘金华,陶军华. 生物催化在绿色化学和新药开发中的应用J. 化学进展,2007,19(12):1919-1927.10陈依军,吴旭日. 生物催化与新药研究和开发J. 化学进展,2007,19(12): 1947-1954.11张炜. 绿色化学简介J. 贵阳学院学报(自然科学版),2006, 1 (4): 31-35.12沈明昊. 浅析燃煤对大气环境的污染及防治J. 西北煤炭, 2008, 6(1): 46-48.Abstract: Green chemistry is developed in the last decade the emerging disciplines. With the rapid development of science and technology, more and more gradually highlights environmental issues, therefore, green chemistry are more and more attention. This paper from the definition of green chemistry, the importance of green chemistry, characteristics, progress and other aspects of green chemistry are described, with emphasis on ways and means of green chemistry.Keywords: green chemistry; Environment; Progress;