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淺談綠色化學(xué)工程與工藝對化學(xué)工業(yè)節(jié)能的促進作用
摘要：綠色化學(xué)工程與工藝是通過改進化學(xué)的技術(shù)和方法，減少甚至完全消除對人類健康、生態(tài)環(huán)境有危害作用的化工原料、催化劑、溶劑、試劑、廢物、產(chǎn)品等，同時促進化學(xué)工業(yè)節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)。本文作者根據(jù)多年對于綠色化學(xué)工程與工藝的實踐經(jīng)驗，從綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)以及在化學(xué)工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用等兩方面論述了綠色化學(xué)工程與工藝對化學(xué)工業(yè)節(jié)能的促進作用。
前言
進入21世紀(jì)，人類正面臨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境危機，最突出的是人口劇增、能源日漸減少、資源瀕臨枯竭、生活廢棄物和工農(nóng)業(yè)污染物正迅速惡化生態(tài)環(huán)境，使得人與自然的矛盾不斷激化。
綠色化學(xué)的設(shè)想是在化學(xué)生產(chǎn)過程中，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。相應(yīng)的，綠色化學(xué)工程與工藝是通過改進化學(xué)的技術(shù)和方法，減少甚至完全消除對人類健康、生態(tài)環(huán)境有危害作用的化工產(chǎn)物，同時促進化學(xué)工業(yè)節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)。
一、綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)
我國傳統(tǒng)的化學(xué)工程與工藝對有害污染物是滯后的被動治理，即不能根除污，并且成本很高，治標(biāo)不治本。如利用煙氣除塵、脫硫，雖然達到了凈化氣體的目的，但是污染物卻轉(zhuǎn)移為廢渣、廢水。綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)，則本著零排放、清潔生產(chǎn)的原則，從化學(xué)反應(yīng)的始端著手，進而有效防止和控制污染的產(chǎn)生。
1.選擇、采用無毒害化學(xué)原料
原料的選擇生產(chǎn)化學(xué)品的源頭，同時，還決定著不同的化學(xué)生產(chǎn)流程和工藝。綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)首要目標(biāo)是不使用有毒有害的原料。為了從源頭上防止化學(xué)污染，綠色化學(xué)工程與工藝開發(fā)的原則是盡量選用可再生的自然物質(zhì)作原料，如野生植物、農(nóng)作物等生物質(zhì)。將諸如蘆葦、木屑、樹枝等野生纖維植物以及諸如蔗渣、麥秸、稻草等農(nóng)副產(chǎn)品的廢棄物作為原料加工為糠醛以及醇、酮、酸類化學(xué)品，用生物質(zhì)氣化產(chǎn)生氫氣等，都是綠色原料應(yīng)用的典型例子。
2.提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性
烴類選擇性氧化是一類具有強放熱性的反應(yīng)，石油化工中經(jīng)常會有這種反應(yīng)，其目的產(chǎn)物不穩(wěn)定，容易進一步氧化成H2O和CO2.在各類的催化反應(yīng)中，此反應(yīng)的選擇性最低，有時有些產(chǎn)品還具有異構(gòu)體形式，為了得到更多的終產(chǎn)物，需要使用那些選擇性高的試劑。為了降低分離產(chǎn)品和純化產(chǎn)品的難度，需要提高反應(yīng)的選擇性，這樣可以降低成本，節(jié)約資源，減少環(huán)境污染。在這一方面已經(jīng)有不少的科研成果，比如開發(fā)載氧能力強、選擇性好的新型催化劑，來應(yīng)對不同的烴類氧化反應(yīng)。
3.采用無毒無害的化學(xué)催化劑
目前，約 90 %以上的化學(xué)反應(yīng)要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)必須采用，催化劑提高其反應(yīng)速率。開發(fā)新型高效、無毒無害的催化劑是綠色化學(xué)工藝的方向之一。國內(nèi)外都在研發(fā)新的烷基化固相催化劑。另外，分子篩催化劑也得到了很好的開發(fā)和應(yīng)用。
二、綠色化學(xué)工程與工藝在化學(xué)工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用
綠色化學(xué)工程與工藝開始與使用，很大程度上促進了化學(xué)工業(yè)節(jié)能的實現(xiàn)。具體來講，目前在國內(nèi)主要有以下幾方面的應(yīng)用。
1.清潔生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用
清潔生產(chǎn)技術(shù)也被稱為無害、無毒、無廢的綠色化技術(shù)，比如先進的脫硝和脫硫技術(shù);城市垃圾的無害化處理技術(shù);生活垃圾制沼氣技術(shù);高效清潔的煤氣化技術(shù);利用風(fēng)能、太陽能等自然能發(fā)電技術(shù)等等，這些都利用了清潔生產(chǎn)的技術(shù)。清潔生產(chǎn)技術(shù)包括的范圍很廣，主要有以下幾種技術(shù)：生物工程技術(shù)，這其中有細胞工程、酶工程、基因工程等等;輻射加工技術(shù)，如離子束、射線和中子束等在常溫常壓下就可以引起一些需要在高溫高壓下才能進行的反應(yīng);綠色催化技術(shù)，這里有多種催化劑，比如分子篩催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑等;超臨界流體技術(shù)，這里有超臨界H2O和超臨界 CO2，都能阻燃并且無毒。清潔生產(chǎn)技術(shù)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(jié)合生物技術(shù)的應(yīng)用
生物技術(shù)領(lǐng)域包括有細胞、基因、微生物和酶等的技術(shù)范疇。它在化工領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括兩個方面，化學(xué)仿生學(xué)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(xué)仿生學(xué)中主要是膜化學(xué)這一領(lǐng)域使用到生物技術(shù)。
綠色化學(xué)工程與工藝部分采用了生物技術(shù)，使可再生資源合成化學(xué)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(xué)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(xué)催化劑相比，具有無污染、反應(yīng)條件溫和產(chǎn)物性質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點。比如制備丙烯酰胺，使用的是丙烯腈，換用酶催化后，能耗大幅度降低，反應(yīng)完全且無副產(chǎn)物。
3.生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品
發(fā)展綠色化學(xué)工程與工藝，其目的是生產(chǎn)出環(huán)境友好型產(chǎn)品。在生活中有許多實例，比如尋找替代品來替代氟利昂，這樣可以保護大氣的臭氧層;使用可降解的塑料制品;無磷洗衣粉、清潔汽油等等。因為傳統(tǒng)汽油柴油給大氣帶來了嚴(yán)重污染，近年來國內(nèi)外流行使用的新汽油、低硫柴油或者是其他無污染燃料，大大減少汽車尾氣造成的污染。又如在山東推行的用二甲醚來做汽車用的燃料，二甲醚既經(jīng)濟又環(huán)保，這具有很好的發(fā)展前景。巴西在生物能源的開發(fā)上取得一定成就，如使用乙醇汽油，利用甘蔗產(chǎn)酒精，酒精燃料已經(jīng)取代了接近一半的汽油消費。另外還有H2和CO2在太陽能和電解質(zhì)存在的條件下合成乙醇這一新工藝，生產(chǎn)過程和產(chǎn)品均對環(huán)境友好。
三、結(jié)束語
總之，綠色化學(xué)工程與工藝采用無毒害的溶劑、原料、催化劑等，選擇無污染、低耗、節(jié)能的化學(xué)工藝過程，應(yīng)用清潔的生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)與環(huán)境相容，產(chǎn)品和生態(tài)友好。開發(fā)和應(yīng)用綠色化學(xué)工藝，已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展趨勢和前沿技術(shù)，是建設(shè)環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
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