绿色化学理念及其应用

王大伟等

摘要：指出了绿色化学是国际化学界提出的一个概念，它力求从源头上消除化学、化工生产对生态环境和人类健康的负面影响，是实现预防污染最基本和最重要的科学手段。对绿色化学的概念、应用、与生态环境的关系、发展前景进行了论述。

关键词：绿色化学；化学工业；生态环境

中图分类号：X38

文献标识码：A 文章编号：16749944（2014）06021702

1 绿色化学的概念

绿色化学（Green Chemistry）又称为环境友好化学（Environmentally Benign Chemistry），是近几十年来国际化学界提出的一个新概念，它的核心理念是：在化学反应过程和化工生产过程中不使用或减少使用有害物质，减少或消除有害产物的生成，从源头上消除化学、化工生产对环境和人类健康的负面影响。如今绿色化学的理念已经被全世界化学工作者所认同，提倡按照绿色化学要求的各项原则进行研发和应用，将会对生态环境和人们的生活质量的提高产生深远的影响。美国在1996年设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出贡献的企业和科学家。

绿色化学遵循的原则有12条[1]：①从源头上防止污染，而不是在最后治理污染；②合成方法应具有原子经济性，即尽量使参加反应的原子都进入最终产物；③在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒害的物质；④设计具有高使用效益低环境毒性的化学产品；⑤尽量不用溶剂等辅助物质，必须使用时要用无害的溶剂；⑥反应条件温和，能耗要最低；⑦尽量采用可再生原料，用生物质原料代替石油和煤等矿物原料；⑧尽量减少副产物；⑨使用高选择性的催化剂；⑩化学产品在使用完后应能降解成无害的物质，并且能进入生态系统循环；B11发展适时分析技术以便监控有害物质；B12减少发生意外事故的风险。凡是能够符合以上原则中的一条或几条的化学反应和化工生产工艺都可称之为绿色化学。

2 绿色化学的应用

在过去的200多年里，人类对化学理论进行了大量的、深入的研究，掌握了丰富的化学知识，理论的发展又直接推动了化学工业的发展，从此彻底改变了人类的生活质量。如今化学工业已经在各个工业化国家的国民经济中占有很大的比重，发挥着巨大的作用。但是化学工业的发展也逐渐展现出它的负面影响，如今物质资料越来越丰富，但生态环境却不断地恶化。现代社会，人们生活水平并不仅仅由物质所决定，同时还受到生活环境的制约。

绿色化学的内容广泛，它涉及有机合成、工业催化、生物化学、分析化学等分支学科。绿色化学的价值在于，它在继续为人类社会提供源源不断的物质财富的基础上改善人们的生活环境，使人们的生活质量得到提高。要实现绿色化学的价值，应从以下几个方面努力。

2.1 化学反应原料绿色化，从源头避免污染

为了解决化学工业对环境造成污染的问题，化工企业（包括石油化工、试剂制造、制药、农药、材料制造等行业）在设计化工合成路线时应尽量选用无毒无害的化学原料。将已有的旧工艺路线进行改造，提高原料的利用率。例如，国外研发了在固态熔融的状态下，采用双酚A和碳酸二甲酯聚合生产聚碳酸酯的新技术，新方法取代了原有的光气（剧毒）合成路线，使原料无毒无害化，符合绿色化学的理念。

2.2 化工产品绿色化，减少排放污染

设计化工合成路线时要考虑到产物的收率，产物收率高才有更高的经济效益，也会减少向环境中的排放量。还应该尽量减少副产物的生成，即原子经济化，特别是一些有机化工生产过程，往往会有多种副产物产生，这些副产物做无害化处理时一般比较复杂。另外对于将那些毒性大、危险性高、三废处理困难的化工项目应作适当的改进，力求做到生产工艺的安全环保。例如，生物催化可通过催化高立体选择性反应来防止废物的产生，通过生物催化，廉价的可再生资源可用于合成光学纯化合物，这样人们可以按照绿色化学的原则来设计药物合成路线[3]。

2.3 使用无毒溶剂

化工生产导致的环境污染问题不仅来源于原料和产品，还来源于在生产过程中使用的辅助物质。最常见的辅助物质是在反应介质、分离纯化和配方中所用的溶剂。液态有机化合物是当前广泛使用的溶剂，常见的有苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙腈、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等试剂。这些有机溶剂在使用过程中会进入大气和水体中，较难降解，从而造成污染。因此，水（H2O）作为一种安全无毒、价格低廉的溶剂，又重新受到化学家的重视。目前在绿色化学领域，有大量研究致力于使用H2O作为反应溶剂，改造原有的合成路线。无溶剂化学反应的研究是另一个研究热点[4]，所谓无溶剂化学反应就是反应物无需溶解在其他介质中而直接发生反应，从而避开使用其他有毒溶剂。例如，将几种液体反应物直接混合反应或将固体反应物溶解到另一种液体反应物中使其反应。

2.4 降低能耗

化工生产是高能耗产业，能源主要来源于电力、煤炭、燃油和天然气。煤炭、燃油和天然气的使用本身会产生大量的污染物，这些污染物与化工生产的废物一起排放到环境中，对环境造成更严重的危害，因此采用低能耗生产工艺和使用清洁能源符合绿色化学的理念。

3 绿色化学对生态环境的影响

我国东部地区化学工业发达，如江苏、山东、浙江等省份，地方政府积极建设化学工业园，对当地经济发展起到带动作用。但是，化工企业的生产会对当地的土壤、空气和水源造成污染。化学工业园通常建在城市与农村相衔接地带，对地方政府而言，化工与农业的和谐发展是目前面临的重要问题。绿色化学从源头上防止污染的理念和采用可再生原料的理念将会减轻生态环境面临的压力，有利于生态系统的自我清洁和恢复。地方政府在引进化工项目时，符合绿色化学概念的化工项目应该优先考虑。

绿色化学所遵循原则的第③条显得尤其重要，即“在化工合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒害的物质”。目前，以低毒化工产品代替高毒化工产品已经产生了良好的生态效益。例如，白花除虫菊中含有天然除虫菊酯，可作为卫生和农用杀虫剂，具有高效、低毒、广谱、低残留等优点[5]。新型除虫菊酯类杀虫剂的研制迅速取代了过去高毒性且不易降解的有机氯和有机磷杀虫剂。近年来，一系列新型环保制冷剂的研制和应用正在逐渐淘汰旧的氟利昂制冷剂，对保护臭氧层和大气环境起到了积极的作用。

在新材料领域，人们对淀粉基生物降解塑料、纤维素基生物降解塑料进行了深入的研究[6，7]，希望能够在食品包装领域替代聚乙烯和聚氨酯塑料，减少白色污染。

农村地区生态系统薄弱，政府投入到农村环保的财政经费较少，所以农村地区适合发展利用生物质原料的化工项目。例如，利用剩余粮食（玉米、红薯）生产生物乙醇；种植高产油料作物（如小桐子油）生产生物柴油；利用木材、秸秆生产生物质复合材料。这类项目的原材料易于降解，毒性小，即使产生的废弃物进入环境，也能较快分解。

4 绿色化学的前景展望

绿色化学是实现污染预防最基本和最重要的科学手段，其目的是实现污染物排放低、资源和能源消耗少的化学反应和生产工艺。绿色化学的理念会给企业带来更好的经济效益，减少生态环境承载的压力，尽可能降低对人们身体健康的危害。因此绿色化学的发展会受到政府、企业、群众的欢迎。基于绿色化学的社会效益和经济效益，绿色化学领域的研究将会成为高校、科研机构、高技术企业的重要研究方向；另一方面，要赶超发达国家的技术水平，政府也会逐渐增加投入。

绿色化学理念的提出对化学与化工行业来说既是挑战又是机遇，任何国家或企业如果抓住机遇，积极面对挑战，就有可能在未来的竞争中处于有利的地位，解决好经济发展和保护生态环境的难题。

参考文献：

[1] 朱清时. 绿色化学[J]. 化学进展， 2000， 12（4）.

[2]曾向潮. 有机合成实验的绿色化学探索[J]. 化学试剂， 2011， 33（9）.

[3]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）.

[4]余富朝，严胜骄，林 军.无溶剂反应在杂环合成中的应用进展[J]. 有机化学， 2010 （10）.

[5]刘尚钟，王 敏，陈馥衡.拟除虫菊酯类农药的研究和展望[J].农药， 2004 （7）.

[6]陈 庆，崔 彪.全淀粉生物降解塑料技术研究现状[J].塑料工业， 2010 （增刊）.

[7]张元琴，黄 勇.以纤维素材料为基质的生物降解材料的研究进展[J]. 高分子材料科学与工程，1999 （5）.endprint