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有些有機化學實驗因為儀器本身和實驗操作的限制,不能設計成微型實驗,必須選擇做常規(guī)性實驗。但是有機化學實驗所用的試劑大多毒性比較大,而現(xiàn)有的實驗教材中試劑的用量都比較大,為了實現(xiàn)有機化學實驗教學的綠色化,教師可以提前預做實驗,減少相關試劑的用量,如果實驗效果較好,而且又不影響培養(yǎng)學生基本的實驗技能等實驗要求時,就可以適當減少試劑的用量。特別對于性質(zhì)實驗,在不影響觀察實驗現(xiàn)象和實驗教學效果的前提下,試劑的用量也可以采取微量化。
2開設微波實驗
近年來,微波促進有機化學反應研究已取得很大的進展。微波輻射加熱試劑用量少,生成物更純凈,回收率高,廢棄物較少,不污染環(huán)境。因此可以將某些有機實驗選擇地改造為微波化學實驗,直接或間接地減少了環(huán)境污染。微波反應中的干反應避免了大量有機溶劑的使用,對防止環(huán)境污染具有現(xiàn)實意義。因此,干反應成為微波化學反應研究的熱點。盡管微波反應中的干反應需要載體,但有些干反應不需要載體卻可以得到較好的效果,如微波輻射合成阿司匹林[5]。計算機模擬有機化學實驗教學有些有機化學實驗盡管污染比較嚴重,毒性比較大,但不能通過改進而減少污染,可以充分利用先進的教學資源,采用錄像、計算機多媒體系統(tǒng)進行仿真實驗,將實驗講解、規(guī)范操作等一系列的實驗過程呈現(xiàn)出來。這樣做既減少了以往性質(zhì)實驗帶來的環(huán)境污染,也激發(fā)了學生的學習興趣。
3合理回收處理“三廢”
在實驗過程中,要求學生不能亂倒廢液、廢渣,將有害氣體盡可能作化學處理。對于某些溶劑如乙醇、乙醚等要回收處理后循環(huán)利用。對實驗中產(chǎn)生的廢酸、廢堿及其他污染物進行分類回收、處理。另外,實現(xiàn)有機化學實驗環(huán)境的綠色化還可以通過改進催化劑,不排放或少排放有害物質(zhì)[6],這樣可以對“三廢”進行最大限度地控制。
【關鍵詞】 綠色化學;綠色化學實驗;綠色化學意識
【Abstract】 Based on the domestic and international green chemistry analysis, summarize the experimental teaching of trace chemical experiment, green chemistry experiment operating requirements, green chemical instruments and medicines and information technology in the research and application of green chemistry experiment, training students' consciousness of green chemistry.
【Key Words】 green chemistry, green chemistry green chemistry consciousness
【中圖分類號】G63.23 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2013)32-0-01
一、引言
突破傳統(tǒng)的化學實驗方法,綠色化學已成為世界各國普遍接受并大力提倡、實施的人類、自然環(huán)境等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針的重要組成部分[1]。
二、綠色化學國內(nèi)外現(xiàn)狀分析
1990年,美國國會通過《污染防治條例》;1996年由美國環(huán)保署P.T.Anastas等編寫的《綠色化學》叢書陸續(xù)出版;1998年,美國正式啟動"綠色化學"計劃;1999年1月,英國皇家化學會主辦的國際性雜志《綠色化學》創(chuàng)刊;2001年秋季開始美國波士頓Massachusetts大學開始設立綠色化學博士學位[2]。1993年,中國政府制定了《中國21世紀議程一一中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》;1995年,中國科學院化學部組織《綠色化學與技術一一推進化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑》院士咨詢活動;1997年5月,中國以"可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)一一綠色化學"在北京舉行;首都師范大學專門編著了《環(huán)境與綠色化學》一書于2005年1月由清華大學出版社出版[3];2007年8月由清華大學出版社出版,完成了《環(huán)境與綠色化學》配套教材的建設[4]。
三、培養(yǎng)綠色化學意識是實現(xiàn)綠色化學的基礎
1、綠色化學含義
綠色化學,又稱環(huán)境無害化學、環(huán)境友好化學、清潔化學,是指在化學品的設計、生產(chǎn)和應用中消除或減少有毒有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生,設計研究沒有或只有盡可能少的環(huán)境副作用、在技術上和經(jīng)濟上可行的產(chǎn)品和化學過程,是在始端實現(xiàn)污染預防的科學手段[5]。
2、培養(yǎng)學生的綠色化學意識
教師具有豐富的綠色化學知識并采取有效的行動,例如:在實驗室張貼綠色化學標語,鮮明提出綠色化學的口號,在教學中強調(diào)12項基本原則[6],潛移默化地去感染學生。
三、實施綠色化學教育
3.1綠色從微量實驗開始
關于微型實驗、綠色化學與微型實驗己有大量文獻報道[7],國內(nèi)有關微型化學實驗的研究成果也陸續(xù)出版[8~10],微型實驗具有儀器裝置微型化和試劑少量化兩個基本特點,操作方便,節(jié)約藥品, 減少污染,代表了綠色實驗發(fā)展的方向[11]。是一種以盡可能少的試劑來獲取所需化學信息的實驗原理和技術,其試劑用量是對應的常規(guī)實驗的0.1%~10%[12]。如利用試管代替燒杯進行水中花園實驗,節(jié)約了試劑(原方法試劑用量的1/20) 實驗效果明顯安全材料易得[13]。因此,既節(jié)省了藥品,又使得產(chǎn)生的“三廢”大大減少,基本解決了實驗室的污染問題[14]。
3.2 綠色實驗基本操作
有些學生實驗設備動手能力較差,不能按實驗要求操作,如:SO2、溴苯、硝基苯等有毒,制備和性質(zhì)實驗特別強調(diào)規(guī)范操作;如:不能向燃著的酒精燈添加酒精;如:乙烯、乙炔、CH4等點燃前要驗純,降低事故發(fā)生率,節(jié)約藥品,減少污染嚴格遵守實驗操作規(guī)則。
3.3選擇綠色藥品及儀器
選用對環(huán)境友好的原料、催化劑等實驗藥品。例如:在乙酸乙酯制備實驗中,常用的硫酸催化酯化法存在用酸量大、副反應多、過程復雜、收率低、廢酸污染等不足,可依據(jù)實驗原理,選用 PW12 / SiO2 綠色催化劑取代濃硫酸,催化合成乙酸乙酯[15]。白磷毒性大,燃燒產(chǎn)物五氧化二磷對環(huán)境污染也較嚴重,改用 Mg2S i水解產(chǎn)生的 SH i 4在水面上自燃代替白磷,整個實驗安全無毒無污染,符合綠色實驗要求[16]。
3.4 綠色處理廢液和剩余藥品
在化學實驗教學中,把用過的酸類、堿類、鹽類等各種廢液應分類倒入各自的回收容器內(nèi),可采取中和、分解、吸收、燃燒、回收循環(huán)利用等方法處理廢棄物。例如:在實驗室制取氯氣時,采用向上排氣法收集氯氣,并把多余的氯氣用氫氧化鈉溶液吸收。保證了化學實驗末端綠色化,使學生受到良好的綠色化學教育。
3.5綠色實驗設計方案
從實驗技術、方法、儀器等方面進行重新設計,實驗產(chǎn)物或中間產(chǎn)物循環(huán)使用多種操作有機組合,如:乙醇系列實驗:工業(yè)酒精 95%的乙醇- 乙酸乙酯- 乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)測定及乙酸乙酯-乙酰乙酸乙酯-苯甲酰乙酰乙酸乙酯,乙酰水楊酸系列[17]。如:次氯酸鈉、氯酸鉀的制取和氯氣的氧化性實驗連到一起做,不僅節(jié)約了時間、藥品,而且基本上聞不到氯氣、氯化氫的氣味,環(huán)保效果好[18]。
3.6 信息技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗
對于實驗中排放較多的有毒氣體、有毒廢水,特別適合演示實驗。如膠體的電泳:硫化氫的性質(zhì)制取Co、So2、CL2等毒性實驗,氫氣還原氧化銅時先加熱后通氫氣,將水加入濃硫酸以稀釋濃硫酸)用啟普發(fā)生器制取乙炔等[19]。利用信息技術對實驗反應過程進行仿真,既有助于學生理解,又減少了三廢污染。
總之,綠色化學是全體化學教育工作者必須研究和解決的課題。把綠色化學的新理念、新方法和新技術落到實處,實現(xiàn)綠色家園偉大的中國夢想。
參考文獻
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關鍵詞:綠色化學工程與工藝;工業(yè)節(jié)能;促進作用
中圖分類號: TE08 文獻標識碼: A
引言
當下,我國倡導節(jié)能理念之風日益興盛,在各類的生產(chǎn)活動中,環(huán)保的地位越來越高。國家政府出臺了一系列的規(guī)章制度來推行環(huán)境保護的實施,監(jiān)察力度日益加大,打擊環(huán)境污染的力度明顯提高,相關的工作人員的努力也有了顯著的成效。長期以來,我國作為世界上的工業(yè)生產(chǎn)大國,工業(yè)發(fā)展速度之快令世人驚嘆。然而,與工業(yè)迅猛發(fā)展一起出現(xiàn)的還有環(huán)境污染的問題,這時,成功進入人們眼球的“綠色”理念就成為了當今時代下的主題,綠色化學工程的理念也逐步的興盛起來。
一、綠色化學工程興起的原由
1、綠色化學工程與工藝簡介
談起綠色化學工程興起的原由,我們就應該首先來了解一下什么是綠色化學工程。說到化學工程可能所有的人都并不陌生,它就是常常被人以簡稱來時常談論的化工。隨著新時代的發(fā)展,化學工程得到了廣泛的應用,與此同時,化學污染也成為了化學工程的代名詞,環(huán)境污染現(xiàn)象、資源浪費現(xiàn)象等等,都給社會發(fā)展背上了沉重的負擔。
而此時發(fā)展起來的綠色化學工程于工藝就是為了解決這一問題。綠色化學工程與工藝就是用化學的方法和技術去減少或消滅那些對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。從而提高環(huán)境的保護效率,增強資源的可持續(xù)使用的效率。綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì),不再產(chǎn)生廢物,不再處理廢物。
2、綠色化學工程和工藝的意義
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們的生活水平有了顯著的提高并增強,人們生活的步伐也明顯加快,化學生產(chǎn)也為人們所普遍接受并廣泛應用,但化工生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢物排放,會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的影響,甚至生產(chǎn)生活用水也受到了一定程度的污染,這些不合理現(xiàn)象的存在甚至會危害到人們的生命安全,長期生活在這樣環(huán)境下的人們的精神也會受到?jīng)_擊。
化學生產(chǎn)不僅要大量采集自然物資,還對自然環(huán)境造成影響,這是當今時代背景下所不能容忍的。政府的政策的出臺、監(jiān)察機關的嚴厲執(zhí)法、相關工作人員加快技術研究開發(fā)出環(huán)境友好產(chǎn)品就顯得尤其重要了,綠色化學工程與工藝也就成了未來化工生產(chǎn)發(fā)展的方向。
當化學工程逐漸的融入了“節(jié)能”的概念和“綠色”的概念時,化學工程的生產(chǎn)再也不是當初的污染的代名詞,綠色化學工程將保護生態(tài)環(huán)境和提高資源的利用率抬到實質(zhì),自然環(huán)境得到了有效的保護,原來只能廢棄的垃圾也做到了成功的再回收利用。這樣看來,綠色化學工程與工藝就成為了新時代所倡導的新詞匯,它成功的成為了保護環(huán)境資源的有效手段,而技術的進步,城市污染的減少,從而提升我們賴以生存的環(huán)境條件。
二、綠色化學工程與工藝的應用
根據(jù)當下的環(huán)境氛圍,我國綠色化學工程的開發(fā)和應用都有了一定的發(fā)展,從本質(zhì)問題治理起來,俗話說:“射人先射馬,擒賊先擒王?!敝挥凶プ×烁拘缘膯栴},才能夠真正的解決問題。現(xiàn)階段,我國的綠色化學生產(chǎn)體現(xiàn)在下面幾個方面。
1、選用無毒、無害化學原料
從化學原料的選擇入手,盡量選擇無毒、無害,并且可進行再生利用的化學原料來進行化學產(chǎn)品的生產(chǎn)和制作。對于化學產(chǎn)品來說,最根本的問題在于原料的選擇,它是影響著化學生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝重要原因之一。綠色化學工程與工藝是以無毒無害的化學原料為基本原則,在化學工業(yè)生產(chǎn)的起始就采取了防治手段,并且,綠色化學工程與工藝采用可再生資源為開發(fā)原料,保證在化學工業(yè)生產(chǎn)過程中進行無污染操作。
2、采用綠色高效的化學催化劑
綠色高效的化學催化劑的使用是非常必要的。目前我國也正在積極的研究這樣技術,如采用綠色生物仿生催化劑。石油化工反應中烷烴氧化反應時碳氫鍵是相當惰性的,通常情況下需要苛刻的反應條件,如高溫高壓才能使之活化。采用新型的綠色生物仿生催化劑,能夠實現(xiàn)在溫和條件下對分子氧的活化,在烷烴的氧化反應中表現(xiàn)出很高的催化活性和選擇性,因而綠色仿生催化劑使用也是綠色工學工程與工藝所追求的方向之一。
3、提高化學反應的選擇性
采用先進工藝和使用選擇性高的試劑等手段提高化學反應的選擇性,可以降低成本,節(jié)約資源,減少環(huán)境污染。如石油化工中經(jīng)常會發(fā)生的反應――如以上所說的烷烴類選擇性氧化反應,這一類反應具有強放熱性的特性,其目的產(chǎn)物不穩(wěn)定,有時有些產(chǎn)品還具有異構體形式,在各類的催化反應中此反應的選擇性最低,采用選擇性高的試劑,提高反應選擇性,從而能夠獲得更多的最終產(chǎn)物。
三、綠色化學工程與工藝在化學工業(yè)節(jié)能中的應用
基于綠色化學工程與工藝下的化工產(chǎn)品的大量的使用,在一定程度上實現(xiàn)了我國的化學工業(yè)節(jié)能,就目前而言,綠色化學工程與工藝在國內(nèi)已經(jīng)得到應用領域主要有以下幾個:
1、清潔生產(chǎn)技術的應用
清潔生產(chǎn)技術也被稱為無害、無毒、無廢的綠色化技術、生活垃圾制沼氣技術、高效清潔的煤氣化技術、利用風能、太陽能等自然能發(fā)電技術等等,這些都利用了清潔生產(chǎn)的技術。清潔生產(chǎn)技術包括的范圍很廣,主要有以下幾種技術:生物工程技術,這其中有基因工程;輻射加工技術;綠色催化技術,這里有多種催化劑,都能阻燃并且無毒。清潔生產(chǎn)技術具有許多優(yōu)點,其產(chǎn)品清潔無毒,不管是對環(huán)境還是對人體都是安全的。
2、結合生物技術的應用
生物技術領域包括有細胞、微生物和酶的技術范疇。它在化工領域的應用主要包括兩個方面,化學仿生學和生物化工。生物酶在生物體內(nèi)作為一種催化劑具有高效性和專一性,廣泛參與到生物合成的各個過程。而在化學仿生學中主要是膜化學這一領域使用到生物技術。綠色化學工程與工藝部分采用了生物技術,使可再生資源合成化學品。早期的有機化合物原料多數(shù)直接來源于動植物,之后才發(fā)展到利用石油和煤炭作為原料。在綠色化學工程與工藝中,催化劑一般用的都是自然界中存在的酶或者是工業(yè)酶。酶與一般的化學催化劑相比,具有無污染、反應條件溫和產(chǎn)物性質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點。
3、生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品
綠色化學工程的生產(chǎn)也可以生產(chǎn)出來符合社會發(fā)展的環(huán)境友好型的產(chǎn)品。它的生產(chǎn)的出現(xiàn),在很大程度上做到了對環(huán)境的保護作用。在社會中,人們隨時隨地都可以買到放心的“綠色”產(chǎn)品,不僅維護了自身的健康,同時也是在為社會做著重大的貢獻,這樣一舉兩得的事情,若是真的能夠實現(xiàn),對國家的發(fā)展和社會的進步影響的意義也是十分巨大的。
結束語
在綠色化學工程與工藝中采用無毒無害的原料,使用節(jié)約減排的生產(chǎn)工藝,采取清潔生產(chǎn)的技術,可以有效地使化學工業(yè)產(chǎn)品的破壞性降低,實現(xiàn)人與自然的和諧,達到產(chǎn)品與生態(tài)之間的互補。因此,開發(fā)和研究綠色化學工程與工藝是影響當代化學工業(yè)發(fā)展的決定性因素之一,成為了可持續(xù)發(fā)展的重要前提。
參考文獻
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關鍵詞:綠色化學;有機化學;應用實踐
隨著綠色理念的盛行,綠色教育事業(yè)也相繼出現(xiàn)。有機化學在實驗過程中通常會應用很多的有害試劑,為了避免化學實驗過程對環(huán)境的影響,提高對環(huán)境的重視度是非常有必要的。本文主要闡述綠色化學理念在有機化學教學中的應用。
1綠色化學理念價值
1.1綠色化學理念
綠色化學是以生態(tài)環(huán)保為基礎發(fā)展方向的一項學科,其主要目的是降低化學實驗過程中的污染率,利用新型的清潔能源完成化學實驗或是化學實驗中資源的替換,降低污染排放量,達到環(huán)境友好型的化學實驗,實驗化學實驗的“0排放”。合理運用綠色化學理念可以有效改善有機化學實驗副反應的生成以及污染物質(zhì)的排放。
1.2核心價值
綠色理念與化學的結合形成了綠色化學,主要是為了體現(xiàn)無污染、環(huán)境友好型、清潔的特點。其核心的價值是原子經(jīng)濟性以及減量、循環(huán)、回收、再生、拒用的“5R”原則,并實現(xiàn)有機化學實驗的“0排放”;提升學生的環(huán)保意識,增強學生的科學發(fā)展觀,為學生灌輸可持續(xù)發(fā)展的概念,引導學生和社會環(huán)境友好相處。
2綠色化學理念的應用
2.1建立綠色化學實驗室
2.1.1硬件設施建設在原有化學實驗室的基礎上進一步實驗綠色化學實驗室的建立,通過改善學校的硬件設施,優(yōu)化“三廢”的管理過程,實現(xiàn)綠色化學理念在化學實驗建立中的應用。“三廢”處理包括對廢水、廢氣、廢渣的處理,以增加通風柜的臺數(shù),對廢液加強回收處理后排放,有毒氣體以及污染氣體處理后排放,通過蒸餾以及有機溶劑的添加,降低“三廢”的污染度和污染性。
2.1.2軟件建設方面對綠色實驗室的規(guī)章制度加強建設,提升學生和老師的環(huán)境保護意識以及灌輸綠色化學理念,對“三廢”的處理辦法以及規(guī)定打印出來黏貼到實驗室的墻上,供學生和老師閱讀和遵守,建立一個綠色理念的有機化學實驗室文化,將“5R”原則灌輸給老師以及學生,在充分理解原則的基礎上進行有機化學的實驗,傳播綠色化學意識。
2.2實驗內(nèi)容綠色化
2.2.1實驗內(nèi)容優(yōu)化在有機化學實驗的過程中,注重對實驗過程的總結和歸納,分步驟優(yōu)化實驗過程,選擇污染小、毒性小、清潔型的實驗試劑以及實驗過程中,對不必要的實驗選擇用清潔型的實驗替代或是刪除。例如,以Al2O3/SO42-固體超強酸代替濃硫酸作為制備乙酸乙酯、制備乙酰水楊酸等的催化劑,這樣可以有效的減少實驗過程中的副反應,降低“三廢”的產(chǎn)生以及排放量。通過對有機溶劑的選擇和廢渣的處理,再次蒸餾以及分類處理,在實驗的過程中實現(xiàn)了綠色化。
2.2.2開展微量、半微量實驗微量、半微量實驗作為成功教學經(jīng)驗已在多個高校推廣應用,并已有多套相關教材出版發(fā)行,其最突出的優(yōu)點是使用最少的藥品、試劑完成教學任務。由于試劑用量大大減少,產(chǎn)生的“三廢”量也就非常少,既節(jié)省了實驗經(jīng)費,又減少了環(huán)境污染。實踐證明,微量、半微量實驗與常量化實驗在準確性與嚴密性方面并無明顯差別,而且,學生在做實驗時更細心,更認真。因此,在校財政支持下,購置了部分微型實驗儀器,積極開展微量、半微量實驗并取得了較好的效果。
2.2.3先進教學技術的應用隨著信息技術和科學技術的發(fā)展和應用,模擬仿真技術的出現(xiàn)可以替代實際動手操作,以及降低了有毒溶劑和揮發(fā)性溶劑的使用。計算機多媒體系統(tǒng)通過文字、聲音、圖像、動畫在不同的界面上流動,從而對實驗的原理、裝置、實驗步驟及實驗注意事項進行展示。學生還可以自由搭建實驗裝置,添加藥品,實驗現(xiàn)象逼真,實驗數(shù)據(jù)準確。不僅具有形象生動的特點,而且真正實現(xiàn)了化學實驗的零排放、零污染。通過對這些先進教學技術的應用,可以有效的滿足學生的好奇心和興趣,帶動學生的學習熱情以及學習興趣。在實驗學習的過程中,向學生灌輸綠色化學、環(huán)境友好型的理念。
2.3綠色化學實驗技術應用
2.3.1微波加熱技術微波加熱技術是利用微波介質(zhì)效應將電磁能轉化為熱能的新技術。它具有加熱速度快、效率高、反應條件溫和、操作簡單等優(yōu)點,微波加熱屬于分子意義上的攪拌,反應物轉化率高,產(chǎn)品質(zhì)量好,副反應少,原子經(jīng)濟好,可直接減少環(huán)境污染。微波加熱技術在有機合成也有一個特定的應用程序,如微波輻射合成阿司匹林,可以不需要有機溶劑,大大減少了環(huán)境污染和微波輻射。合成苯甲酸也是一個典型的微波化學實驗,反應時間只有15min,不僅大大縮短了反應時間,而且副產(chǎn)品可回收利用,不污染環(huán)境。除了上述微波合成實驗外,還對乙酸乙酯和正丁基醚的微波合成進行了探索,得到了一些結果。
2.3.2超聲波合成技術超聲波合成技術是在超聲波條件下完成有機反應。超聲的化學作用與物質(zhì)沒有直接關系,主要是通過液體的聲空化作用。所謂聲空化,是指微泡核在液體中形成、振蕩、生長、收縮、坍縮所引起的物理化學變化。超聲波合成技術具有反應速率快、高產(chǎn)量、時間短、條件溫和等的特點。超聲波合成技術作為一種新興的綠色實驗技術,在有機合成中得到了廣泛的應用??娠@著提高原子經(jīng)濟,符合綠色化學的理念。具有重要的現(xiàn)實意義和發(fā)展前景。
關鍵詞: 高校 綠色化學 化學實驗
當前,全球十大環(huán)境問題中,有環(huán)境問題都與化學化工生產(chǎn)有關。由此,很多人對化學工業(yè)提出質(zhì)疑,認為化學是環(huán)境變差的罪魁禍首,對化學產(chǎn)生一種莫名其妙的恐懼心理。在這種形勢下,綜合考慮環(huán)保、經(jīng)濟、社會,以及化學工業(yè)自身發(fā)展的要求,具有全新理念的“綠色化學”(Green Chemistry)應運而生[1]。由于社會的不斷進步,人們的環(huán)保意識不斷提高,科學實驗(包括實驗教學)中的環(huán)境保護問題越來越受到人們的重視?;瘜W實驗是化學教學過程中的重要環(huán)節(jié),通過開展綠色化學實驗研究,推進化學實驗教學的綠色化,有利于培養(yǎng)學生的環(huán)境保護意識和創(chuàng)新意識。這也將是今后化學實驗教學的必然選擇。
1.綠色化學概述
進入21世紀,人類正面臨著有史以來最嚴重的環(huán)境危機,為了根治環(huán)境污染,人們開始從節(jié)約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革傳統(tǒng)化學,提出了“綠色化學”這一新概念。
1.1綠色化學的概念
綠色化學是指用化學的技術,原理和方法去消除對人體健康,安全和生態(tài)環(huán)境有毒有害的化學品,綠色化學又稱清潔化學(Clean Chemistry)、環(huán)境友好型化學(Environally Friendly Chemistry)和環(huán)境無害化學(Environmentally Benign Chemistry),與其相對應的技術稱為綠色技術、環(huán)境友好技術[2]。綠色化學主要是利用化學原理以及所有相關的技術和方法,來減少或消除化學反應對生態(tài)和環(huán)境的污染。它的主要任務是研究新的化學反應體系,包括新的合成方法和路線,探索新的反應條件,尋求新的包括生物資源在內(nèi)的化學原料,開發(fā)能夠代替揮發(fā)性有機溶劑的溶劑,無毒無害的高效催化劑,減少副產(chǎn)物產(chǎn)生的合成方法,設計和研究新的綠色化學品等。
1.2綠色化學的特點
綠色化學綜合起來應該具備以下幾個特點:(1)化學反應的原子經(jīng)濟性[3],應保證化學反應中每個原子都參與反應并全部轉化為產(chǎn)物。(2)化學反應中的試劑,溶劑,催化劑,目標產(chǎn)物,化學反應條件都是無毒無害的。(3)化學工藝是閉路循環(huán)的,整個流程只有原料和必需的能量輸入,產(chǎn)出的是產(chǎn)品,其余的物質(zhì)和能量是內(nèi)部循環(huán),對環(huán)境無影響[2]。(4)過程和終端均為零排放或零污染。
1.3綠色化學的原則
綠色化學的具體內(nèi)涵體現(xiàn)在使用化學品應遵循的“4R”原則[4]:(1)拒用危害品原則(Rejection):在化學反應過程中拒絕使用一些無法替代,又無法回收和重復使用的有毒有害物質(zhì),這是杜絕污染的最根本辦法。(2)減量使用原則(Reduction):對教學需要又無法替代的使用有毒物質(zhì)或產(chǎn)生有毒物質(zhì)的實驗,可通過減量使用原則加以控制。(3)循環(huán)使用原則(Recycling):包括回收未反映的原料,副產(chǎn)物以及助溶劑,催化劑等非反應試劑。(4)重新利用原則(Reuse):循環(huán)使用和重新利用可有效實現(xiàn)“省資源,少污染,減成本”的目標要求,既是減少廢物排放的需要,又是降低實驗成本的需要。
2.實施高校綠色化學實驗教學的必要性和可行性
化學是一門實踐性和應用性很強的學科,化學知識廣泛深刻地滲透進個人和社會生活的各個方面,化學實驗是化學教學的重要組成部分,根據(jù)教育部擬定的基礎課實驗教學示范中心建設標準,化學實驗課占理論課時數(shù)的120%左右。在我國的高校里,每天都有大批學生在進行各種各樣的化學實驗,所用的化學藥品種類多,消耗量大,而且大部分有毒或有腐蝕性,有的實驗過程還伴隨有毒氣體的產(chǎn)生,有的實驗生成物就是有毒物質(zhì)。大多數(shù)高校對學生每次實驗所產(chǎn)生的污染物很少進行處理,而是直接排向環(huán)境中。學生在完成實驗獲取知識和技能的同時,也造成環(huán)境的污染。因此,在高?;瘜W實驗教學中加強綠色化學教育,對傳統(tǒng)化學實驗進行大膽的綠色化改革,并實施綠色化學實驗,使學生知道并參與怎樣減少化學實驗污染及污染治理的實踐,培養(yǎng)學生的環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展意識,具有重要的現(xiàn)實意義和必要性。同時以綠色化學的原則為指導,結合化學教學實驗自身的特點,實現(xiàn)化學教學實驗綠色化的改革是勢在必行的。
3.實驗高校綠色化學實驗教學的途徑
優(yōu)良的教學方法是有效實施實驗教學綠色化的保障,它直接影響到教學效果??v觀化學專業(yè)的教學計劃,學生至少有兩到三學期的時間在實驗室,因而實驗教學方法是否得當成為實驗真正綠色化的又一關鍵點。實驗教學中遵從綠色化可從以下幾方面進行。
(1)改進或刪除有毒性的實驗項目
依據(jù)綠色化學教學的要求,對實驗教學課程體系進行重組,在保證實驗教學的前提下,充分考慮試劑和產(chǎn)物的毒性以及整個實驗過程所產(chǎn)生的“三廢”對環(huán)境的污染情況,盡量選擇低毒,污染較小且后處理容易的實驗項目,改進或刪除那些對環(huán)境污染大,毒性大,危害性大,“三廢”處理困難的實驗項目,并用有環(huán)?;蛴袑嶋H意義的實驗項目代替。
(2)選用綠色原料,綠色溶劑,綠色催化劑
實現(xiàn)同一變換可能存在幾種可供選擇的原料,溶劑,催化劑。只要可能,實驗過程中應盡量尋找實現(xiàn)同一變換最無害的試劑替代有毒有害的試劑;通過改變反應的溶劑,用不易揮發(fā),無害溶劑來代替揮發(fā),有毒的溶劑;用高效,無毒,無害的催化劑代替腐蝕性嚴重的催化劑。
(3)推廣微量,半微量或減量化實驗
微型化學實驗是以微小量的試劑,在微量化的儀器裝置中進行的化學實驗。其特點是保證實驗效果的同時,大大減少試劑用量,縮短實驗時間,降低水電能的消耗,節(jié)約了實驗經(jīng)費,大大減少污染排放量,保護了環(huán)境。推廣微量,半微量或減量化實驗,能減少環(huán)境污染,是實現(xiàn)化學實驗綠色化的一個重要途徑。
(4)將某幾個實驗合并在一起
將幾個實驗合并在一起,開展串聯(lián)實驗,使本來存在幾次污染的的實驗變?yōu)橐淮挝廴?,甚至沒有污染。而且使前面實驗的產(chǎn)物成為后面實驗的原料。通過以上方法,可使試劑循環(huán)使用,不但能提高試劑的利用率,降低實驗費用,而且在一定程度上減輕常規(guī)實驗對環(huán)境的污染。
(5)引進微波,超聲波技術
微波作為一種新型能量形式,具有反應條件溫和,操作方便,時間短(節(jié)能)產(chǎn)率高,產(chǎn)品易純化,減少用量或不用溶劑,對環(huán)境友好等優(yōu)點。超聲波化學利用超聲波的空化作用,可提高許多反應的速度,改善目的產(chǎn)物的選擇性,改善催化劑的表面形態(tài),提高催化活性組分在載體上的分散性等[5]。在化學實驗中引入微波,超聲波技術,不但能減少環(huán)境污染,節(jié)約能源,而且有助于學生對相關的先進科學技術的了解,激發(fā)求知欲。這些技術的引入對增強化學實驗內(nèi)容的綠色化有十分重要的作用,因而也是實現(xiàn)化學實驗綠色化的一個重要方法。
(6)采用現(xiàn)代教學手段,模擬化學仿真實驗
利用計算機模擬仿真手段,簡單的驗證性實驗可以讓學生在計算機上進行模擬。一些實驗條件高,危險性大或必須使用較多有毒有害的試劑,并在整個實驗過程中排放較多有毒氣體、有毒廢水,給師生身體健康帶來極大危害,且對環(huán)境破壞較大,而目前又無法通過改進而減少污染實現(xiàn)綠色化的實驗,這次實驗利用計算機多媒體技術既讓學生學會了實驗方式,又使那些毒性大、危險性較大、試劑昂貴的實驗變成了綠色化的實驗自始至終不會對人體和環(huán)境造成污染。
(7)妥善處理實驗后廢棄物
化學實驗產(chǎn)生的廢棄物,如果直接排放,不但會造成環(huán)境污染,而且會淡化學生的環(huán)保意識,養(yǎng)成不良的習慣。因此,對實驗產(chǎn)生的廢棄物應進行潔凈化處理,真正實現(xiàn)化學實驗綠色化。實驗廢棄物的處理應根據(jù)“變廢為寶,化害為利,分別處理”的原則,首先考慮回收再用,然后根據(jù)廢棄物的性質(zhì)分別采取可行的物化方法、化學方法或生物方法進行處理。
(8)利用一些成品化的儀器來完成化學實驗
利用一些成品化的儀器來完成化學實驗,這種儀器和藥品可循環(huán)使用,不存在污染毒害。
(9)注重實驗室的綠色化管理
化學實驗室是安全隱患較多的地方,因此實驗技術人員要加強實驗室綠色化管理。在實驗室配制的化學試劑,要注意安全綠色化保管,防止揮發(fā)、風化、潮解、見光受熱、氧化燃燒、爆炸,以及試劑間的相互作用。我們要根據(jù)化學試劑的特性進行分類,按一定的規(guī)則和順序妥善保存。有劇毒性的試劑,不管濃度大小,使用多少就配制多少,已配好未用完的溶液要作無害化處理。實驗結束后,我要求每一個學生仔細清洗好自己的儀器,并要打掃自己區(qū)域的桌面和試劑臺面,無污染的廢棄物直接處理,其他一律按規(guī)定的地點存放,促使學生養(yǎng)成實驗時盡量少污染、零排放的綠色化學意識,養(yǎng)成了善始善終的好習慣。
4.結語
綠色化學是應用化學的技術和工藝去減少或消滅污染。綠色化學符合經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求,其根本目的是從節(jié)約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革現(xiàn)在的整個化學和化工。在高?;瘜W實驗中實驗綠色化,加強綠色化教育,讓人類賴以生存的地球環(huán)境會變得更加美好。
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關鍵詞:綠色 化工化學 發(fā)展問題
中圖分類號:O631 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)08(b)-0000-00
在現(xiàn)代化社會不斷進步發(fā)展的背景下,傳統(tǒng)形式的化工化學已經(jīng)難以滿足社會發(fā)展需求,從而帶來了綠色化工化學的應運而生。從專業(yè)化角度出發(fā),判斷化工化學是否是綠色的,所涉及的評價范圍相對較廣,包括經(jīng)濟發(fā)展層面、生態(tài)環(huán)境層面以及社會影響層面等,不僅要綜合考慮到污染物的排放與人體健康情況,還必須要考慮原材料的有效利用、再生情況等。我們應在清楚了解綠色化工化學定義的基礎上,促進其健康發(fā)展。
一、綠色化工化學的基本優(yōu)勢
(一)節(jié)約能源
傳統(tǒng)意義上的化學化工是從原材料當中提取所需要的物質(zhì)資源,僅僅考慮到了最后的結果,而沒有考慮到相應的生產(chǎn)過程,一般情況下還會為提煉原料的部分成分而放棄了材料中的其他可利用成分,在能源與材料利用率上相對較低,浪費嚴重。綠色化工化學可以有效避免以上問題,借助對物質(zhì)分子結構的改變,充分保留物質(zhì)特性,實施高選擇性反應,其副產(chǎn)品相對來說是非常少的,甚至能夠實現(xiàn)原子經(jīng)濟型,當原料當中的原子進入產(chǎn)品之后,可以提升原子利用率,有效避免資源浪費。這種情況下,就能夠從源頭上發(fā)揮保護環(huán)境的作用,而且綠色化工化學不需要在后期進行環(huán)境治理,節(jié)省了成本。
(二)促進無污染資源合理利用
與傳統(tǒng)化工化學方式不同,綠色化學化工中所應用到催化劑與溶劑等都是無毒無害以及綠色無污染的,能夠在一定程度上充分發(fā)揮原材料的實際價值,不會對環(huán)境造成破壞,減少了后期的環(huán)境治理,降低了化工化學應用期間的經(jīng)濟壓力,降低了能源浪費?,F(xiàn)階段,充分利用綠色資源屬于綠色化學化工發(fā)展期間的重要優(yōu)勢,不會對環(huán)境帶來危害。
(三)減少廢物排放
從之前化工化學生產(chǎn)角度出發(fā),傳統(tǒng)化工化學在實際生產(chǎn)過程中會排放大量污染物,從而對環(huán)境造成嚴重破壞。采用綠色化工化學,相關人員可以在反應開始之前對物質(zhì)所具有的化學結構實施有效重組與改造,并對其中的相關有害成分實施科學化修復,其重組之后的物質(zhì)不僅包含了化工化學生產(chǎn)期間所需要的化學成分,而且還避免了外界環(huán)境污染,力求避免排除任何廢物或者是副產(chǎn)品,做到廢物零排放,進而從源頭上減少化學生產(chǎn)帶來的危害。
二、綠色化工化學的發(fā)展問題分析
(一)加大宣傳力度
從綠色化學化工發(fā)展歷史上來看,盡管其已經(jīng)興起了很多年,而且也發(fā)展了相對較長的時間,然而社會各行各業(yè)在綠色化學化工認識程度上還不夠深刻,嚴重阻礙了其在社會范圍內(nèi)的快速發(fā)展。目前,我國正在大力提倡生態(tài)文明建設,借助環(huán)保工藝以及綠色化學工藝的開發(fā),做到化工生產(chǎn)全過程的綠色化。從原料到產(chǎn)品的整個過程實現(xiàn)綠色化,隨著現(xiàn)代化科學技術的不斷進步發(fā)展,關于綠色化工化學的基礎性研究以及工業(yè)化發(fā)展已經(jīng)獲得了相對較大的進展。具體來說,在基礎性研究層面主要包括高效化綠色催化、離子液體以及超臨界等。從某種程度上講,綠色化工化學獲得的突破性進展為我國化工領域的迅猛發(fā)展提供了契機。此外,綠色化工技術以及科技產(chǎn)品的日益完善,將會借助“變廢為寶”的方式做到“清潔化生產(chǎn)”,實現(xiàn)新興化工領域工業(yè)園區(qū)經(jīng)濟的循環(huán)式發(fā)展。
(二)促進人才的培養(yǎng)
從綠色化學化工人才培養(yǎng)角度出發(fā),當務之急在于有效落實國家的相關教育規(guī)劃綱要。將社會主義核心價值體系合理化融入到教育全過程中。著力培養(yǎng)具有執(zhí)著信念、思想道德水平高以及專業(yè)化素質(zhì)水平相對較高的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。從某種程度上講,工科大學屬于工程師培養(yǎng)的主陣地,積極培養(yǎng)卓越工程師可以更好地為創(chuàng)新型社會建設服務,同時也是歷史所賦予的使命。因此,各大高校必須要不斷創(chuàng)新人才的培養(yǎng)機制、教育管理機制以及辦學體制等,對質(zhì)量評價以及考試招生制度進行不斷改革,促進教學內(nèi)容、教學方法以及教學手段的大力改革,構建現(xiàn)代化的學校管理制度,充分發(fā)揮高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的優(yōu)勢,尤其是在綠色化工化學方面的創(chuàng)新人才。積極鼓勵各大高校在國家區(qū)域創(chuàng)新、知識創(chuàng)新以及技術創(chuàng)新等方面做出應有的貢獻。針對綠色化工化學類人才,高校必須要緊跟國際工程教育步伐,對專業(yè)化教學內(nèi)容進行不斷更新,打造綠色化工化學特色專業(yè),從根本上實現(xiàn)綠色化工化學的可持續(xù)發(fā)展。
(三)追求綠色化工化學的創(chuàng)新發(fā)展
從專業(yè)化角度出發(fā),綠色化學化工領域的發(fā)展不僅應依賴微觀分析化學領域的發(fā)展,還必須要有強有力的化工技術作為支撐,實現(xiàn)兩者之間的相輔相成。此外,為了確保綠色化學化工的相關生產(chǎn)方式可以合理有序的發(fā)展下去,國家應該盡快采取相應的實際行動,進一步建立起與綠色化工化學息息相關的實驗基地以及生產(chǎn)基地等,從該領域的創(chuàng)新發(fā)展提供技術性平臺。此外,國家應該針對這一系列的創(chuàng)新基地給予相關資金保障,大力鼓勵創(chuàng)新,并且要建立健全相應的激勵機制,積極拓展創(chuàng)新思維,提升創(chuàng)意水平。創(chuàng)新性的化工化學發(fā)展模式在行業(yè)發(fā)展與科學進步中發(fā)揮著非常關鍵的作用,對于綠色化學化工未來發(fā)展來說十分必要。
三 結語
總而言之,綠色化工化學的發(fā)展問題是一個非常重要的問題,直接關系到社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)文明建設。現(xiàn)階段,在社會發(fā)展以及人口增長的背景下,人們在積極追求科技發(fā)展與進步的同時,備受環(huán)境污染的困擾。所以,各國也在加大環(huán)??萍及l(fā)展的研究力度,綠色化學化工受到廣泛關注。致力于綠色化工化學的快速發(fā)展,可以在一定程度上有效緩解社會環(huán)境問題,進一步為環(huán)境保護做貢獻。為促進綠色化工化學健康發(fā)展,我們可以通過加大宣傳力度、促進人才的培養(yǎng)以及追求綠色化工化學的創(chuàng)新發(fā)展等措施,為以后的綠色化學化工發(fā)展奠定良好基礎。
參考文獻
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關鍵詞:經(jīng)濟化學品 綠色化 進展
一、精細化學品與綠色化學概述
所謂的精細化學品,就是指在化學工業(yè)中,用于與通用化工產(chǎn)品或者其他大宗的化學品相互區(qū)別的一個術語,其中,通用化工產(chǎn)品是指在具有特定性能和繁雜的合成步驟的小產(chǎn)量高產(chǎn)值的化工產(chǎn)品,而大宗化學品則是指具有廣泛的應用范圍,且在生產(chǎn)過程中需要高技術支持的大產(chǎn)量的化學品,例如合成樹脂等。精細化學品的種類很多,而且由于它的產(chǎn)量小,使得經(jīng)濟化學品的更新速度較快,生產(chǎn)規(guī)模小,技術附加值高,這些也是經(jīng)濟化學品所具有的特點。
盡管精細化學品的產(chǎn)量小,但是因為它具有特定的功能和性質(zhì),使得精細化學品能夠促進工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,同時,精細化學品在促進經(jīng)濟發(fā)展的過程中,對人類的健康、生態(tài)環(huán)境都具有一定的不利影響,受到了人們的廣泛關注。
為了實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展,必須對生態(tài)污染進行預防和積極的治理,所以,為了在戰(zhàn)略技術上實現(xiàn)該目標,就要通過綠色化學,發(fā)展環(huán)境友好型技術。而且,綠色化學的出現(xiàn)主要是因為農(nóng)藥對環(huán)境所造成的破壞性影響。
然而,我們?nèi)绾卫斫饩G色化學?綠色化學就是指無論是在技術還是在經(jīng)濟方面都具有可行性,而且對生態(tài)環(huán)境沒有負作用的化工產(chǎn)品或者化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。其優(yōu)點在于化學品在生產(chǎn)初期就使用了有效的科學手段預防對環(huán)境的污染,所以,在生產(chǎn)的全過程都是零污染。綠色化學所研究的核心內(nèi)容針對的是污染的本質(zhì),并不是要通過技術對污染進行再處理。所以說,綠色化學不僅能夠切實提高資源的利用率,還能夠有效防止環(huán)境污染。
現(xiàn)在,綠色化學所研究的重點內(nèi)容主要包括以下三個方面:第一,研究對人體健康和生態(tài)環(huán)境有利的化學品,這也是綠色化學發(fā)展的關鍵;第二,探索對環(huán)境更安全的新型化學品生產(chǎn)工藝,主要從原料入手;第三,改善化學品生產(chǎn)過程中的反應條件,降低環(huán)境污染源的排放。進而減輕化學品生產(chǎn)對人類和環(huán)境所造成的危害、在綠色化學中,更注重安全這一詞,不僅包括人類的生命健康安全,還包括在化學品生產(chǎn)過程中對你整個生態(tài)圈所造成的影響,將直接和間接兩方面的影響都涵括在內(nèi)。因此,綠色化學也是21世紀化工科學發(fā)展的重點方向和趨勢。
二、精細化學品的綠色化進展
綠色化的精細化學品是化工生產(chǎn)所追去的最終目標,從殺蟲劑的更新?lián)Q代,即原有的有機氯殺蟲劑到目前的生物源殺蟲劑就可以看出來精細化學品的綠色化進展,同時,還有綠色農(nóng)藥,綠色涂料等也在迅速的發(fā)展。
1.綠色農(nóng)藥
綠色農(nóng)藥是指能夠對害蟲具有高效性而于人和農(nóng)作物無害,且在自然環(huán)境中能夠自然分解,被環(huán)境所吸收的農(nóng)藥。綠色農(nóng)藥主要包括超高效的低毒化學農(nóng)藥和生物源農(nóng)藥。其中,超高效低毒化學農(nóng)藥是指只針對目標生物具有效用,并在環(huán)境中能夠無殘留降解的農(nóng)藥。農(nóng)藥對環(huán)境所造成的污染在很久以前就受到了世界各國的重視,其中以發(fā)達國家更甚。我國在20世紀末期才開始對有機氯農(nóng)藥進行禁止,以后又對其他對環(huán)境造成威脅的殺蟲劑進行了限制;但是,由于農(nóng)藥是一種可以大規(guī)模生產(chǎn)的低耗能產(chǎn)品,所以直到現(xiàn)在也被作為防病蟲害的主要方法。所以,高效低毒化學農(nóng)藥成為綠色農(nóng)藥的主要研究趨勢。而生物源農(nóng)藥則是指從生物中提取的對特定的病蟲害具有效用的天然農(nóng)藥。在生態(tài)環(huán)境中,生物源農(nóng)藥的資源非常豐富,而且它對人類、植物沒有負作用,具有針對性。而且,以農(nóng)藥的來源為標準對生物源農(nóng)藥進行分類,可以包含三類,即植物、微生物和抗生素。而我國對生物源農(nóng)藥的使用和成產(chǎn)量都很大。但是,盡管生物源農(nóng)藥在不污染環(huán)境的基礎上對病蟲害的防止具有顯著效果,在農(nóng)業(yè)中的使用仍然受到限制,只應用于專業(yè)市場。但人們對綠色農(nóng)藥的重視程度越來越高,隨著綠色農(nóng)藥的深入研究,綠色農(nóng)藥將會成為農(nóng)藥市場上的主角。
2.綠色涂料
涂料是由很多有機溶劑和具有毒性的顏料合成而成的,所以,它對環(huán)境和人類健康造成了嚴重的危害。涂料在使用過程中會揮發(fā)出很多有害氣體,是造成空氣污染的主要污染源,所以,對涂料中VOC排放的控制是防止涂料氣體污染的有效途徑。因此,最近幾年,低VOC含量的涂料得到了快速發(fā)展,主要包括水性涂料和粉末涂料等。其中水性涂料具有廣泛的應用范圍,是溶劑型涂料的很好的替代品,它還可以防止金屬的腐蝕。目前,很多涂料生產(chǎn)企業(yè)都轉向了水性涂料生產(chǎn)。而粉末涂料在使用過程中具有以下優(yōu)點:(1)涂料全部是成膜物,不含有對環(huán)境造成破壞作用的有機溶劑;(2)能夠進行再回收利用,提高涂料的利用率;(3)使用過程中減少了工序,并且它的防腐性能和抗沖擊性能較好。目前,粉末涂料的發(fā)展非常迅速,而且在工業(yè)上也具有廣泛的應用。
此外,還有綠色催化劑,綠色溶劑等,在精細化學品生產(chǎn)中占據(jù)重要作用,也是造成環(huán)境污染的主要因素,所以,溶劑和催化劑的綠色化也是目前綠色精細化學品研究的重點。
總之,綠色化是精細化學品研究的重點,但是,在精細化學品的生產(chǎn)過程中,合成步驟的復雜化和高頻率就會成為清潔工業(yè)的重要環(huán)節(jié)。因此,為了提高精細化學品的綠色化,技術是關鍵,因此,要探索綠色化的清潔技術,提高化學品的利用率,進而降低精細化學品的生產(chǎn)和使用過程中對人類和生態(tài)環(huán)境所造成的危害。
參考文獻
[1]田宏哲,閻圣剛,姚衛(wèi)東:《精細化學品的催化氧化與綠色化學》,《遼寧化工》,2002年第11期
[2]陳偉平:《精細化學品的綠色化進展》,《海南大學學報:自然科學版》,2002年第1期
化學工業(yè)推動著人類社會和物質(zhì)文明的快速發(fā)展,也為人類社會作出了重大的貢獻,同時伴隨而來環(huán)境污染問題越來越嚴重,因此化學工業(yè)表現(xiàn)出的“貢獻”和“環(huán)境污染問題”的兩重性對化學工業(yè)領域的科研工作者和生產(chǎn)人員提出了挑戰(zhàn)。用綠色的化工工藝取代傳統(tǒng)的化工工藝是綠色化學工程與工藝所提出的思想,通過在化學工業(yè)生產(chǎn)過程中,在無毒、無害的反應條件下去采用無毒、無害的原料來進行反應,同時使整個反應具有高選擇性,進而能夠最大限度地減少副產(chǎn)物的生成。要達到此目的,必須在化工行業(yè)推行清潔生產(chǎn),實現(xiàn)零排放,把污染消滅在生產(chǎn)過程中。文章針對傳統(tǒng)化學工業(yè)的發(fā)展問題,通過對綠色化學工程與工藝對化學工業(yè)節(jié)能的促進作用進行探討,從而在我們國家今后的化學工業(yè)生產(chǎn)中環(huán)保性和節(jié)能性提供參考依據(jù)。1綠色化學工業(yè)概念綠色化學又稱“環(huán)境無害化學”“、環(huán)境友好化學”“、清潔化學”,綠色化學的最大特點是在始端就采用預防污染的科學手段,因而過程和終端均為零排放或零污染。其研究目的在于尋找充分利用原材料和能源且在各個環(huán)節(jié)都潔凈和無污染的反應途徑和工藝。綠色化學工業(yè)是把綠色化學的思想引入傳統(tǒng)化學工業(yè)生產(chǎn)中,并此基礎上產(chǎn)生對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境無害的化學工業(yè)過程。
2綠色化學工程與工藝的開發(fā)
早期人們對化學工業(yè)所引起的環(huán)境污染常常采用的辦法是“末端治理”,開發(fā)了多種環(huán)境保護手段,如:水處理技術、大氣污染防治技術、固體廢棄物處理技術和噪聲治理技術等,對生態(tài)環(huán)境的保護作出了重要貢獻。但隨著人類社會和物質(zhì)文明的不斷發(fā)展和進步,環(huán)境污染的速度遠遠快于治理環(huán)境污染速度,并且治理環(huán)境污染的費用不斷增加,而且治標不治本。而綠色化學工程與工藝是用綠色的化工工藝取代傳統(tǒng)的化工工藝,采用無毒、無害的原料,在無毒、無害的反應條件下進行,使反應具有高選擇性,最大限度地減少副產(chǎn)物的生成。從而在化工行業(yè)推行清潔生產(chǎn),實現(xiàn)零排放,實施綠色化工生產(chǎn),從污染的源頭防止污染的發(fā)生。綠色化學工程與工藝在化學工業(yè)中具體實施方法主要有以下幾種。
2.1原料的綠色化
在化學產(chǎn)品生產(chǎn)中,原料的選擇是決定化學生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝的主要因素之一,綠色化學工程與工藝以無毒無害的原料作為綠色化學工業(yè)重點研發(fā)目標,選用可再生資源作為綠色化學原料,如生物質(zhì)資源包括植物、農(nóng)作物、林產(chǎn)物、海產(chǎn)物(各種海草)和城市廢棄物(報紙、天然纖維)采用生物轉化法通過一系列的反應轉化得到醇、酮、酸類等常見的化工原料,在轉化過程中依賴各種微生物在細胞內(nèi)產(chǎn)生出我們所需要的各種化學品,整個過程清潔無污染,這都是綠色原料應用的典型。
2.2催化劑的綠色化
近幾年來,隨著化學工業(yè)的快速發(fā)展,采用合理的化學反應應用在化工生產(chǎn)過程中成為了現(xiàn)代化學工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。在常規(guī)的化學反應中都離不開催化劑的使用,正確合理的使用催化劑不僅可以加速反應進程,改善化學反應的選擇性和提高轉化率,提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本,而且從根本上減少或消除副產(chǎn)物的產(chǎn)生,減少環(huán)境污染,最大限度地利用各種資源,保護生態(tài)環(huán)境。目前,針對化學反應催化研究已經(jīng)研發(fā)出各種催化劑,例如,在精細化工生產(chǎn)中,已使用安全的固體催化劑分子篩、雜多酸等來替代有害的液體催化劑濃硫酸,從而簡化了工藝過程,減少“三廢”的排氣量。
2.3溶劑和助劑的綠色化
在化學工業(yè)生產(chǎn)過程中,無論是化學反應過程,還是化學產(chǎn)品的分離過程,都會使用大量的溶劑或者助劑來克服反應或分離過程中的特殊障礙,但是這些溶劑和助劑都是有毒的,往往會對人類健康和社會環(huán)境造成負面影響,所以開發(fā)出無毒無害的溶劑和助劑也是綠色化學工業(yè)重點研發(fā)目標之一。合適的綠色的溶劑和助劑不僅僅能使反應加速進行,也能使反應能耗低、效果更好、選擇性更高以及產(chǎn)品更容易分離,更有利于環(huán)境保護。例如,現(xiàn)已開發(fā)出各種離子液體來應用于化學工業(yè)生產(chǎn)過程中的化學反應提供新的反應環(huán)境,也應用在化學工業(yè)生產(chǎn)過程中的分離過程進行產(chǎn)品與副產(chǎn)物的分離。
2.4能源的綠色化
在化學工業(yè)中,從獲取的化學原料到發(fā)生的化學反應以及反應產(chǎn)物的分離和純化等各個環(huán)節(jié)均伴隨能量的產(chǎn)生和消耗,而且耗能巨大。然而,在化工生產(chǎn)的化學反應中,若反應是吸熱的,則需要在反應開始時加入熱量來使反應進行完全;若反應是放熱的,則需要冷卻以移出熱量來控制反應進行。同樣在化工過程的分離與純化中,可通過精餾、萃取、再結晶、超濾等操作來實現(xiàn),也需要消耗大量能量。所以找到合適的能源也是綠色化學工業(yè)重點研發(fā)目標。例如,比較清潔的能源有電能、光能、微波以及超聲波等能量,其中電能是運用較多的一種,在利用天然、無毒、手性的維生素B12為催化劑的電催化反應中可以實現(xiàn)在溫和中性條件下的自由基環(huán)氧化。
3綠色化學工程與工藝對化學工業(yè)節(jié)能減排中的促進作用
近些年來,在國內(nèi)的化學工業(yè)中,綠色化學工程與工藝主要應用在以下幾個方面。
3.1清潔生產(chǎn)技術的應用
在化工行業(yè)清潔生產(chǎn)包括清潔生產(chǎn)過程、清潔的產(chǎn)品以及清潔的能源等三個方面。而在化學工業(yè)節(jié)能減排中,主要以清潔生產(chǎn)過程為主。清潔生產(chǎn)過程是指在生產(chǎn)中盡量少用和不用有毒有害的原料,采用少廢、無廢的新工藝和高效設備,改進常規(guī)的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝;盡量減少生產(chǎn)過程中的各種危險因素,如高溫、高壓、易燃、易爆、強噪聲、強震動等;采用可靠、簡單的生產(chǎn)操作和控制。已有的化學工業(yè)中清潔生產(chǎn)技術應用案例為:磷肥工業(yè)清潔生產(chǎn)工藝、鉻酸酐生產(chǎn)工藝的綠色化改造、環(huán)氧丙烷的清潔生產(chǎn)、對苯二甲酸二甲酯氧化尾氣的回收利用、二氯苯胺的清潔生產(chǎn)以及苯甲醛的清潔生產(chǎn)工藝等,這些清潔生產(chǎn)技術對化學工業(yè)節(jié)能減排有促進作用,實現(xiàn)了化學工業(yè)的綠色化,對人類健康和生態(tài)環(huán)境的保護作出了重要的貢獻。
3.2與生物技術相結合的應用
在化學工業(yè)生產(chǎn)中,綠色化學工程與工藝常常與生物技術相結合,采用生物煉制技術將可再生資源轉化化學原料,進而合成出所需要的化學品。通過這種技術得到的化學原料相對于一般的工業(yè)原料來講,反應效果和催化效率較好,反應產(chǎn)生的污染物和廢棄物較少,還具有良好的無污染性、高效性、節(jié)能性。生物煉制是開拓創(chuàng)新型技術,是生產(chǎn)能源、材料與化工產(chǎn)品的新型工業(yè)模式。例如,全作物生物煉制方法以油菜、大豆、甘蔗、玉米等為原料,采用發(fā)酵技術,用基因組合方法在有氧條件下生成1,3-丙二醇重要的化工中間體。
3.3環(huán)境友好型的化學品的應用
大力發(fā)展綠色化學工程與工藝可以使化學工業(yè)為我們生產(chǎn)出更符合社會、自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型產(chǎn)品,在生活中有許多具體應用實例。例如,已被聯(lián)合國列為新一代環(huán)保制冷劑含雜原子N、Si的三氟碘甲烷(FIC-1311)來替代傳統(tǒng)制冷劑氟利昂,F(xiàn)IC-1311不損耗臭氧層,溫室效應可以忽略,對環(huán)境破壞作用較小;2005年美國環(huán)境保護署已批準的新型熏蒸氣體殺蟲劑硫酰氟來替代溴甲烷,殺蟲效果比溴甲烷好,對堅果和干果氣味無影響,同時對臭氧耗損潛能值為零,對大氣臭氧層無影響。
4結束語
[關鍵詞]綠色;化學工藝;應用;發(fā)展
中圖分類號:TQ02 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)06-0116-01
前言:隨著環(huán)境污染問題的加重,國家對生態(tài)環(huán)境保護越來越重視,而綠色化學是實現(xiàn)這一目標的重要理論支撐,綠色化學工藝的應用極為重要。
一、綠色化學的內(nèi)容概述
綠色化學工藝在化工生產(chǎn)中的引進使得環(huán)境污染加劇問題得到了進一步控制,綠色化學的概念正不斷的深入人心。對于綠色化學,不管是原材料的應用還是在化學反應中催化劑的添加,都要盡可能做到無毒、無害、零污染。運用綠色化學工藝不僅能減少化工生產(chǎn)中有害物質(zhì)的排放,還可以減少對環(huán)境的污染。首先,工業(yè)用材料必須是可再生資源,并且保證原材料無毒無害;其次,發(fā)生的化學反應為綠色的,應用的材料容易降解,且有害物排放低或為零;另外,慎重選擇化學反應的催化劑,選擇沒有危害的催化劑;最后,謹慎選擇添加溶劑,如果該溶劑有副作用則不能再用。我們需要不斷加強對綠色化學技術的研究,在今后的化學工業(yè)生產(chǎn)中,盡可能應用可再生的綠色資源,對于不可再生的資源應限制其重復利用。
二、綠色化學工藝研發(fā)現(xiàn)狀
2.1 “原子化學經(jīng)濟”反應
“原子化學經(jīng)濟”即是在化W反應中,要求對反應物中的原子實現(xiàn)最大程度的利用,并使其參加反應的物質(zhì)完全轉化為生成物,也只有這樣才實現(xiàn)了真正意義上的綠色化學工藝。
2.2 原材料的選取
在化工生產(chǎn)中,對于發(fā)生化學反應的原材料來說,其性質(zhì)決定了生產(chǎn)的過程和方法。對于原材料的選取,要想保證反應的徹底、無害,則應優(yōu)先考慮按綠色化學工藝要求使用的無毒害材料。
2.3 改善催化劑類型
在化學反應中改善催化劑的類型,可以使反應中不穩(wěn)定的中間體被進一步氧化或還原,使其反應更加徹底、高效。另外,要確?;瘜W反應的可選擇性,發(fā)生氧化還原反應時會有一些很容易被氧化、還原的中間物質(zhì)生成,所以要提高催化劑的載氧能力,并根據(jù)新型催化劑的反應特性研發(fā)相應的化學反應工藝。
2.4 使用清潔工藝
使用清潔工藝可以使整個化學生產(chǎn)過程達到綠色環(huán)保的效果,另外,使用再生能源、選用先進的工藝技術,可以從根本上減少或避免因污染物排放帶來的環(huán)境危害。例如:廢棄的秸稈以及稻草等就可以作為化學原料,將糖類植物轉化為乙酰丙酸,實現(xiàn)對葡萄糖的提取,這樣就避免了反應中廢棄物的出現(xiàn)。
三、綠色化學工藝的開發(fā)
3.1 采用無毒害的生產(chǎn)原料
企業(yè)在生產(chǎn)化工產(chǎn)品的過程中,首先應該做好的就是對生產(chǎn)原料的選擇。 生產(chǎn)原料不同,相應的生產(chǎn)方法與流程也會有所不同。綠色化學工藝則要求在生產(chǎn)過程中使用無毒無害的原料,即使在必須要使用化學物質(zhì)的情況下,也要采取措施將危害降到最低。在根源上消除污染環(huán)境的“三廢”,在生產(chǎn)過程中綠色化學工藝應采用可再生的原料,如野生植物或農(nóng)作物等。
3.2 采用無毒害的催化劑
目前的化工品生產(chǎn)過程中,90%以上的化學反應都需要加入催化劑來提高化學反應速率,因此在綠色化學工藝的開發(fā)過程中,對無毒害、新型高效綠色催化劑的開發(fā)也是一個關鍵的研究方向和課題。丁烯烷基化與異烯烷基化生產(chǎn)工業(yè)中,異辛烷屬于“原子經(jīng)濟”反應,但反應的催化劑使用的是對設備具有強烈腐蝕性危害的氫氟酸或硫酸,而且生產(chǎn)后的廢液很難進行恰當?shù)奶幚砘厥?,又會進一步污染環(huán)境。當前,國內(nèi)外的很多高校和機構都在研發(fā)新型的烷基催化劑,開發(fā)出腐蝕性低、能耗低、污染小的催化劑,也是綠色化學工藝的重要努力方向。
3.3 提高化學反應的選擇性
在石油化工行業(yè)中有許多強放熱類的反應,而且其目的產(chǎn)物一般又是一些不穩(wěn)定的容易被反應氧化的中間體,因此這類催化劑就成為了催化劑中選擇性最低的類型。另外,還有一些產(chǎn)品的組成方式是異構體的,因此為有效的將原材料加工轉換成產(chǎn)品,在過程中就需要加入選擇性較高的催化劑,對這種催化劑的開發(fā)不僅能夠降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源,更重要的是能減少其對環(huán)境造成的不良影響, 綠色化學工藝注重的是不同氧化反應和不同反應特點的催化劑的開發(fā)。
四、綠色化學工藝的應用
4.1 生物技術
從廣義上來說,生物技術包括了基因、細胞、酶以及微生物技術等。在應用方面,生物技術的主要應用領域為生物化工和化學仿生學方面。生物在某些領域正在逐步代替石油、天然氣等不可再生能源。生物技術中所進行的化學反應,大多數(shù)都是利用自然界中找到的酶或者是工業(yè)生產(chǎn)的酶作為催化劑。這種利用酶作為催化劑取代化學催化劑的方法,具有對環(huán)境無化學污染、反應的條件溫和以及生產(chǎn)出來的產(chǎn)品性質(zhì)相對優(yōu)良等特點。
4.2 清潔技術
清潔環(huán)保是綠色化學工藝追求的目標,清潔的生產(chǎn)技術就是無毒、無害、無廢棄物。例如清潔煤脫硫、脫碳技術的應用以及太陽能、風能發(fā)電技術的應用,都屬于清潔的生產(chǎn)技術。較為先進的清潔技術還有等離子技術、綠色催化技術和生物工程技術等。應用清潔生產(chǎn)技術,其生產(chǎn)過程不僅不會對環(huán)境造成污染,其產(chǎn)品也屬于清潔產(chǎn)品。
4.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
氮元素是農(nóng)作物生長時所必須的元素之一,這樣我們就可以通過生物固氮的方法來增加氮元素。外界環(huán)境中的氮元素都是以氮氣的形式存在,不能夠被農(nóng)作物直接吸收。傳統(tǒng)的固定氮元素的方法是通過化學反應生成NH3,化學反應中使用的催化劑以及生成的雜質(zhì)都會對環(huán)境造成污染,而應用綠色化學工藝的生物固氮技術,減少了工業(yè)合成氨的生產(chǎn),消除了生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染,從而保護了空氣質(zhì)量。
五、綠色化學工藝的發(fā)展
5.1 化學工藝發(fā)展
在未來的發(fā)展中,綠色化學將發(fā)展綠色化學工藝的模式,廣泛應用各種節(jié)能材料,這些都有利于綠色化學工藝的實施以及相關體系的進一步優(yōu)化。在將化學工藝進行綠色化的處理過程中,運用的比較創(chuàng)新的一個方法就是對化學生產(chǎn)進行在線控制與檢測,對生產(chǎn)的每一個具體環(huán)節(jié)的工藝和過程加以把控,以此做到協(xié)調(diào),這樣才可以保證參與到化學反應中的物質(zhì)和反應過程都是安全的,并且要設立相關機制以處理化學反應會出現(xiàn)的一些意外情況。對于社會公眾,必須加強環(huán)境保護的宣傳導向工作,在降低工業(yè)污染的同時也要做到減少生活垃圾排放。
5.2 催化劑的發(fā)展
5.2.1 仿酶催化
化學反應中,酶催化過程具有專一、效率高等特點,在目前的化學反應中應用的都是天然酶。天然酶是有一定限度的,所以需要我們逐步開發(fā)出人工酶來取代天然酶的應用。另外,人工酶的優(yōu)勢在于可以仿制一些人工活性反應結構,使反應中所需的疏水環(huán)境以及與多種非共價鍵反應的原子協(xié)同效應,充分發(fā)揮作用。
5.2.2 納米催化劑
納米催化劑可以對環(huán)境起到治理的作用,納米金屬催化劑中主要包含了一些含鉑、銠金等成本較高的金屬氧化物;還有另一種是較為傳統(tǒng)的以氧化鋁和氧化硅等金屬氧化物為載體,通過一系列反應形成一種負載型納米催化劑,以此來提高化學反應的速率以及活性。目前納米催化劑可以實現(xiàn)對汽車尾氣排放的處理,達到凈化空氣的效果。
結語
綜上所述,近年來環(huán)境污染不斷加劇,為了減少污染物排放、節(jié)約資源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標,綠色化學必將向著新的發(fā)展高峰邁進。
參考文獻