绿色化学系统及其评价体系研究

李西尧

（西北工业大学附属中学,陕西 西安 710072）

绿色化学系统及其评价体系研究

李西尧

（西北工业大学附属中学,陕西 西安 710072）

本文通过对于绿色化学概念以及12项原则的梳理，建构出绿色化学系统，并在运用专家分析法和层次分析法的基础上建构出绿色化学系统的评价体系，其目的在于对绿色化学评价指标以及实现路径有一个更为清晰和全面的认识。

绿色化学；系统；评价体系；原则；评价指标

绿色化学的概念自20世纪90年代产生至今，经过20余年的发展与演进，已经成为替代传统化学的一种全新的科学思想。自其产生至今，不同的研究者对其进行了不同的概念界定，如何全面地认识绿色化学，并使其成为人们的一种生产实践活动，需要借助于对绿色化学系统及其评价体系的全面认识。

1 绿色化学概念及其原则

自20世纪80年代以来，相继出现了环境无害化学、环境友好化学、清洁化学等概念，进过近十年的发展，最终以绿色化学一词被广泛应用。

1990年美国联邦政府通过了“防止污染行动”的法令，将污染的防止确立为国策，该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词，其定义为“采用最少的资源和能源消耗，并产生最小排放的工艺过程。”

1996年绿色化学被首次定义，“绿色化学之父”Paul Anastas和Williamson将其界定为：“是用化学的技术和方法去减少或消除那些对人类健康或环境有危险的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的使用或产生。”1998年Paul Anastas和John C Warner对绿色化学的定义进行了修订，将其重新界定为：“利用一切原理来降低或消除在化学产品的设计、生产和应用中危险物质的使用或产生。”1999年Paul Anastas将该定义进一步修订为 “设计能降低或消除危险物质使用和产生的化学产品和过程[1]。”

随后,国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）对绿色化学进行了界定，将其定义为：“发明、设计和数数能降低或消除危险物质的使数和产生的化学产品和过程”。美国化学会（ACS）将绿色化学定义为：“设计、开发和实施能减少或消除那些对人类健康和生态环境有危险的物质的使数和产生的化学产品和过程”。美国环境保护署直接采用了Paul Anastas在1999年的绿色化学定义。至此，该定义成为绿色化学的经典定义。

1998年PaulAnastas和JohnCWarner提出绿色化学的12项原则：防止废物；设计更安全的化合物和产物；降低化学合成方法的危险性；使用可再生的原料；使用催化剂而非当量试剂；避免化合物的衍生物；使原子经济最大化；使用更安全的溶剂和反应条件；提高能源效率；设计可降解的产物；全程分析并防止污染；使事故的可能性降到最低[2]。2000年Hjeresen运用12个关键词语对这12项原则进一步凝练，并成为学界普遍认可并广为传播的12项原则。2005年TangSLY,SmithRL,PoliakoffM.等人在保留这些原则精髓的基础上，设计了一个简明的词PRODUCTIVELY，用其中的每一个字母来替代表达Anastas等提出的绿色化学12项原则中每一条的含义。

从上述绿色化学的概念及其原则可以看出，绿色化学的目标及其要素以及实现途径都已被表达出来了，但是在表述中还存在一些缺陷，如将绿色化学系统的内部目标和外部目标没有加以区分，目标实现中的过程以及环节没有分层，尤其是对绿色化学作为一个系统的概念其表述仍不够完整。这就导致人们难以找到绿色化学的目标与原则以及所研究的各项指标之间的内在联系。本文将通过对绿色化学系统以及评价体系的研究进一步阐明这一问题。

2 绿色化学系统

绿色化学作为一个系统，其包含内部系统和外部系统两个层级，其中，绿色化学的内部系统是指在化学自身范畴之内所形成的以产品绿色化和过程绿色化为目标的化学体系。而绿色化学的外部系统是指以实现化学的外部目标 （包括环境目标、科学目标和经济目标等）为目的的系统。

2.1 绿色化学内部系统

根据上述绿色化学的定义以及原则，本文认为，绿色化学的内部系统如图1[3]所示。其中，实现产品的绿色化和过程的绿色化是绿色化学内部系统的目标所在，而要实现这一目标，依赖于化学反应的绿色化，而其又依赖于原料绿色化、催化剂绿色化、溶剂绿色化[4]、绿色合成工艺、新型分离技术以及新型实现技术[5]如图1所示。

图1 绿色化学内部系统

2.2 绿色化学外部系统

从绿色化学的定义及其12项原则可以看出，绿色化学内部系统的运行目的在于实现满足外部系统的需求。从外部系统来看，有三个评价维度：一是环境维度，即消除污染，这是绿色化学的核心外部评价维度；二是科学维度，即实现环境友好约束下的化学与化工融合发展；三是经济维度，即降低生产成本，降低能源和资源成本，实现经济可持续发展。基于这样三个维度的目标建立起绿色化学的外部系统。

3 绿色化学系统的评价体系

基于上述绿色化学系统的建构，本部分结合绿色化学评价的技术指标、评估指标以及实施方案，建构绿色化学系统的评价体系。其中，对于体系的建构主要采用层次分析法，对于指标的选取主要采用专家分析法，如图2所示。

图2 绿色化学系统的评价体系

通过上图可以看出，绿色化学是个完整的系统，其包含了内部系统和外部系统。其中，绿色化学的外部目标除了环境目标之外，还包括科学目标和经济目标；绿色化学的内部目标在于产品绿色化和过程绿色化。基于这些目标，建立了产品设计、原料、催化、溶剂、工艺改进、分离技术、实现技术、反应等8个技术指标，进而运用原子经济性、环境因子、环境熵、反应速率、生命周期评价等5个指标进行评估。最后，提出了实现绿色化学系统的实施方案，具体包括设计安全有效的目标分子、寻求安全有效的反应原料、寻求安全有效的合成路线、寻找新的转化方法、寻找安全有效的反应条件。

本文的学术价值在于：通过建立绿色化学系统及其评价体系，有助于学习和研究者全面认识绿色化学、探求实现绿色化学的目标、寻求相应的评价指标和实施方案，进一步理清这些要素之间的内在联系，有助于促进绿色化学范畴界定的科学化与体系化。但是对于一些二级指标的研究还存在不足，这也是后续研究需要进一步解决的问题。

[1] 沈玉龙，舒世立.关于绿色化学概念的讨论[J].唐山师范学院学报.2014（2）：116.

[2] 蔡卫权，程蓓，张光旭，等.绿色化学原则在发展[J].化学进展，2009（10）：2003.

[3] 葛挺峰.基于绿色化工的化学反应路径评价及选择[D].浙江大学硕士学位论文，2004：15.

[4] 张运申.环境友好型社会背景下的绿色化学技术应用[J].化工管理，2015（1）：26.

[5] 贡长生.绿色化学化工过程的评估[J].现代化工，2005（2）：68.

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