绿色化工技术在精细化工中的应用研究

张在根 李朝兵 李君

摘   要：科技进步带动了化工行业的迅猛发展，研究如何让化工向着绿色环保方向发展有着巨大的现实意义。从概述绿色化工技术入手，逐步介绍6大绿色化工技术在精细化工中如何被有效利用，并对未来绿色化工技术的发展趋势进行展望。

关键词：绿色化工;精细化工;现代科技

化工企业在发展过程中必须加强精细化，不能只关注生产能力而忽略扩大生产所带来的环境破坏。随着可持续发展战略的落实，化工企业的生产模式也正在逐步向精细化工转变，逐步将绿色化工技术应用到生产中。

1    绿色化工技术概述

绿色化工技术是指在实际化工生产过程中，采取环保的形式进行操作，力求最大限度地降低各种类别的污染物的排放，达到绿色环保的目的。只有把绿色化工技术融会贯通到化工生产的每一环节中，使化工生产精细化，才能最大限度地提升资源的使用效率。让绿色技术和现代化工技术更好地结合在一起，创新化工技术，使化工产业的相关机械和设备达到环境保护的指标，让化工企业在创造经济价值的同时获取更多的社会效益。

首先，绿色化工是将工业废料排放降到最低且对环境毫无污染的一种化学工艺。通过绿色化工的技术支持，使化学工业的各类精细化机械设备能高效率地完成生产工作，进而充分利用化工原料，降低生产成本。确保在生产过程中不会再产生污染环境的隐患。

其次，绿色化工技术能充分地利用化工原料和能源，符合可持续发展原则。在化工产品的生产过程中，要将对生态环境的保护和对员工身体健康的保障作为指标。

最后，为了达成“零污染、零排放”的主要目标，绿色化工技术要求化工工业所使用的生产设备和设施都采用无毒无公害的绿色环保材料。也可使用最新的绿色工艺对化工原料进行加工，如膜分离技术、超临界流体技术等。

我国目前的大部分化工产业都在逐步将绿色化工技术应用到生产过程中。在绿色化、精细化技术下开展的化工产业，从应用各类化学原料到各类化学设备机械都能创造绿色环保价值。相较于传统的化工产业，绿色化工技术能将工业废料对周围环境的破坏性污染降到最低。

2    精细化工中绿色化工技术的有效应用

2.1  纳米技术

纳米技术从推出至今，仍是全球范围内的热门话题和尖端科技，主要原因就是纳米科技下的全新材料会在各方面都远超同类材料。如经过纳米科技处理的铜，比常规铜要坚硬6倍左右;经过纳米科技处理的铁，韧性要比常规铁提高12倍左右[1]。随着纳米科技的不断发展，各种各样的纳米材料层出不穷，应用领域也在不断拓宽、拓深。

2.1.1  化工转化及催化

纳米技术因其优异的化工转化和催化能力正在被大力推广于化工产业及其相关领域中。纳米型多孔材料被大量用于催化剂领域，并还在不断开发与研究中，为大量化工合成工业企业的现代化和科技进步奠定了有力的基石。在石油加工工业的冶炼工程中，纳米型多孔材料因其所含有的沸石被应用多年，这种催化剂能把甲烷完整地转化成液体工业燃料，显著减少生产成本。

2.1.2  化工过滤及分离

纳米技术制造出来的新型材料也广泛运用于化工材料的过滤及分离。主要应用领域为水和空气的提纯过程及其他相关工业的生产环节，包括生物酶的萃取和生物制药、工业废料的排除、油水成分的分离等。

运用纳米科技将氧原子从氮氧化物分子结构中脱除的制作工艺制取纯液态氧，摆脱了传统依托深冷液化工艺高昂的费用和复杂的操作，极大地减少了生产成本，同时因为能自由且精准地控制眼径的大小，该工艺的适用范围变得极为广泛。

2.2  微化工技术

传统的化学生产设备和工艺就是微化工技术的开端。相较于传统化工设备，微化工技术主要通过利用微通道反应器来完成化学加工，具有传热能力高、反应持液量少的优点。

在研发微化工技术的过程中，学者们把研究微反应器作为工作的重点和核心内容。微反应器又称为微通道反应器，主要利用微加工技术和精密仪器加工技术来完成三维结构原件在化学反应中的制作。同时在三维结构反应器中做到换热、混合、分离、分析[2]。微反应器能有效地筛选催化剂，并随着微反应器的更新换代，筛选的效率还在不断地上升，筛选的模式也在不断优化、更新。

微反应器在近些年的发展中，已经逐渐应用到化学工业的生產过程中。通过提升反应效率，有利于整体工艺的优化，推动化工产业的现代化升级。目前，我国已逐步重视起微化工技术对于企业生产效率的提升，伴随着企业经济效益和社会效益的不断提高，微化工技术的科技水平也在不断提高。

2.3  绿色分离技术

在化工行业中，无论是精细化工行业还是传统化工行业都会使用分离技术。和传统化工行业不同的是，精细化工大量使用绿色化工技术。现阶段绿色化工在分离技术上表现为树脂吸附技术、微波萃取技术和膜分离技术[3]。

树脂吸附技术主要应用于药物的制备过程，通过大孔树脂对药物中的有效成分进行吸附，再通过洗脱回收，去除杂质，达到提纯药物的目的。在分离技术的实际应用中，绿色化工技术的消耗更低、污染更最小、效率更高，所以目前已经得到了广泛应用。

2.4  生物化工技术

生物化工技术囊括细胞工程、遗传工程及酶工程，是一项复杂且具有极大现实意义和价值的尖端科技。生物化工生产技术和生物化工催化技术是其亮点项目。

2.4.1  生物化工生产技术

生物化工生产技术是一种颠覆传统化工生产模式的新兴科技，开创了化工生产的全新生产思路和模式。如甘油发酵生产法可以取代传统的提取法和化解法，极大地降低了化工原料的生产成本，扩大了甘油的生产产量。甘油发酵法对生产设备的要求很低，生产原料来源也十分广泛且成本低廉，有着广阔的发展前景。

可用于甘油生产的原料有酿酒酵母、耐高渗压酵母等，在生物化工科技的实际应用中将其合成。在信息技术和自动化技术的支持下，生物化工生产技术将有更快的发展速度。

2.4.2  生物化工催化技术

化工产品在生产时需要催化剂参与其中，生物化工催化技术就是将原本无机物的催化物换成各种酶。这些酶的来源十分广泛，有微生物、植物、动物等，其中，微生物是酶最主要的来源。其原因在于微生物的种类繁多、培养简单，最重要的一点是，从微生物中提取酶要比植物和動物简单，并且成本更低。

以酶作为化工生产的催化剂存在回收困难、稳定性差、难以提纯等缺点[4]。可以让孔隙材料作为酶的载体，如琼脂、纤维素等，通过物理吸附、生物结合等方式将其聚合在一起，实现以酶作为催化剂的实际应用目的。

2.5  分子设计技术

随着计算机技术的不断发展，先进的分子设计技术也被应用在化学工业中。分子设计技术是一项全新技术，主要利用计算机的高计算力对化学材料的分子结构进行解析，总结其规律和特点。通过这个过程进行精细化工的生产，能节省大量的实验时间和实验经费，同时能更直观、科学、可靠地对新材料进行探索。

计算机技术和精细化工的结合催生了绿色化工中的分子设计技术，使化学工业中对工艺的研究与探索加快进度，化工行业整体的科技水平有着显著的提高。

2.6  超临界流体技术

超临界流体技术属于绿色化学化工技术，在精细化学、食品、医药等化学工业领域有着广泛的应用。

2.6.1  超临界二氧化碳萃取技术

超临界二氧化碳萃取技术属于分离提纯技术的一种。利用超临界流体，即以温度高于临界温度、压力高于临界压力的热力学流体作为萃取剂，能将萃取原料中的金属离子、香料色素及其他所需要的成分萃取出来。在医药方面，常用于提取中医药草中有效成分、精制热敏性生物制品药物、分离脂质类混合物;在香料工业方面，多用于精制合成及天然香料;在食物方面，多用于对人体有害物质和食用色素的提取等。

2.6.2  超临界干燥技术

超临界干燥的基本原理是：在超临界状态下，液体和气体之间不再有界面存在，而是成为介于液体和气体之间的一种均匀的流体。这种流体不存在气-液界面，从而不存在毛细管力，进而不会引起结构破坏和导致凝胶体收缩。它会逐渐从凝胶中排出，最后材料具有纳米孔结构，并且充满气体。

气凝胶是具有广泛应用前景的新型材料，由于其具备不同特性，应用于催化剂或催化剂载体、高效隔热原料、气体过滤原料等多个领域。二氧化硅凝胶由于制作流程简单、原料易获取，是目前应用最广泛和最早应用的一种气凝胶。主要应用于冷冻储藏罐和真空设备的绝缘粉状填料。

3    精细化工中绿色化工技术的发展趋势

目前我国在精细化工中已经大量普及并使用的绿色工艺有纳米技术、微化工技术、绿色分离技术、生物催化技术、分子设计技术和超临界流体技术，实现了化工产业的绿色化。

面对全球资源短缺的现实，我国化工产业的可持续发展研究仍需要继续，这就要求绿色化工的研究也继续深入。绿色化工能有效实现在精细化工中把控从原料到生产再到化工废料处理的全过程。杜绝资源浪费和环境污染，有助于提高国家的生产水平和确保人民群众的安全。这也是未来化工产业的发展方向：将新材料、新能源、新工艺相结合的绿色和精细化工生产。加强对化工企业的监管，贯彻落实节能减排的生产方案，积极建设环境友好型、资源友好型企业。绿色化工的科技创新应当不断加强，对绿色化工技术的创新应用也应不断加强，这也需要化工企业对精细化工生产投入资金支持和技术支持。

我国作为人口大国，在开放二胎政策后人数必定会产生阶段性增长，意味着未来我国对化工产品、化工资源的需求也会阶段性提升，同时也对生活环境的要求标准再次提高。普及绿色化工刻不容缓，绿色化工技术能有效地满足需求，增加化工产品产量、扩大化工资源来源范围、减少环境污染，有利于我国总体的社会发展。

4    结语

我国已经逐步将绿色化工技术中的绿色工艺实际应用在精细化工中，并初见成效。我国科研人员仍需要进一步加深对绿色化工技术的研究，政府也应加强对化工企业将绿色化工技术落实在精细化工中的监督管理，从而推动我国的可持续发展。

[参考文献]

[1]高  军，胡建明.纳米技术在化学工业中的运用[J].南方农机，2017，48（4）：75.

[2]赵善达.微化工技术的研究与应用[J].化工设计通讯，2019，45（3）：153，186.

[3]常思聪，蒋  悦.绿色化工技术在精细化工中的应用研究[J].化工管理，2019（21）：96-97.

[4]潘晓捷.浅谈生物化工技术的新进展[J].中小企业管理与科技，2019（4）：188-189.