绿色化工技术在化学工程工艺中的应用研究

姜英磊

（许昌技术经济学校，河南 许昌 461500）

引言

随着我国化工行业的发展，在带来巨大经济效益的同时，环境污染也成为了国民的关注要点。目前常见的绿色化学技术主要用于污染物的处理和化工产品生产中的催化，在我国大型化工厂中都有大量的应用，但由于技术缺陷，目前某些技术并未得到有效的推广和普及。基于此，为响应我国对“绿色环保”的号召，在化学生产中，应当大力开发绿色化工技术，减少污染源的排放，实现对环境的保护。

1 化学工程工艺中常见绿色化工技术及其应用

1.1 生物技术

生物技术作为绿色化工技术的一种，本质上是生物学、化学和工程学三门学科的综合，在包括化工行业在内的多个行业中都有广泛的应用[1]。在化学工程工艺中，生物技术在其中的应用主要以生物酶为主，生物酶作为一种由活细胞产生的有机物，其催化能力在化学工程工艺中有大量的应用，常见的有纺织工业中的棉织物的退浆、蚕丝的脱胶和织物的漂白整理等；生物酶除了在化学工程工艺中的使用优势外，其本身产生污染的概率相对也比较小，即使将某些酶直接置入自然环境中，也不会对环境产生污染[2]。除此之外，生物技术中生物膜技术在化工行业中也有广泛的应用，并且具有消耗低、利用率高的优点。

1.2 清洁技术

清洁技术在化学工程工艺中主要用于化工废料、废水、废气等污染物的处理，其能从多方面处理和治理污染源问题，进一步优化化学工程工艺流程，保护工厂周边环境。传统的污染物处理一般是在污染物已经产生之后进行处理，清洁技术则是融入于化学工程工艺流程中，提前降低和避免污染物的产生，从源头控制污染问题[3]。同时，随着科技的发展，越来越多的技术人员开始着力于利用清洁技术将污染物转化为可供生产使用的新型材料，由此可见，这种技术的发展一方面能降低环境污染，另一方面污染物的回收利用也能在一定程度上降低企业生产的成本，创造更大效益[4]。

1.3 催化技术

在化工生产中，由于涉及到大量的化学反应，因此通常需要使用各种催化剂。但在整个化学工程工艺流程中，催化剂的用量较大，很多企业出于对企业经营利润的考虑，通常在催化剂的选用中更为注重价格，这也使得实际的化工生产中部分催化剂的使用是不符合标准的，同时也给周边的生态环境造成了很大负担。随着人们环保意识的提升，绿色催化剂的研究也在不断深入，虽然催化技术的使用会在一定程度上提高成本，但从长远的角度考虑，这种技术不仅能提高化工产品的质量，还能减少污染物的产生，间接地降低了污染物的处理成本，整体而言，会使得化工生产的效益更高[5]。

2 绿色化工技术在化学工程工艺中的应用

为研究绿色化工技术在化学工程工艺中的应用，以该技术中的催化技术为例，通过催化技术中的光催化氧化法处理化工废水研究绿色化工技术的应用。光催化氧化法是以半导体为催化剂，利用光激发引起的“氧化—还原反应”分解化工废水中污染物的废水处理方法[6]。以光催化氧化法净化废水实验为例。

2.1 实验材料与方法

2.1.1 实验试剂及实验器材

本实验试剂包括4A 分子筛、硝酸铈、纳米二氧化钛（粒径30 nm～50 nm）等。自制的实验反应装置见图1。

图1 实验反应装置

2.1.2 制备催化协同剂

分子筛负载铈离子催化协同剂的制备方法采用等体积浸渍法，具体操作方法如下：第一步，制备2.0 mol/L 的硝酸铈浸渍液；第二步，取用10 g 4A 分子筛，将4A 分子筛与硝酸铈浸渍液置入水浴恒温振荡器中，设置温度为30 ℃，振荡时间设为12 h；第三步，将振荡过的浸渍液置入恒温古风干燥箱中，设置温度为120 ℃，干燥时间设为6 h；第四步，将干燥过的浸渍液置入马弗炉中，设置温度为400 ℃，焙烧时间设为4 h；第五步，利用实验用超细微粉磨将其磨碎，获得催化剂（细度d97≤5 μm）。

2.1.3 废水处理

本次实验的化工废水选择某化工厂排放的废水，取适量废水进行水质检测，检测方法为重铬酸钾法，检测结果为该废水的COD（化学需氧量）为1 249 mg/L～1 326 mg/L。

2.1.4 实验方法

为利用光催化氧化法实现废水的净化，结合自制的实验反应器，具体实验方法如下：第一步，取适量废水，加入催化剂和催化协同剂（催化剂的量和催化协同剂的初始添加量为0.1 g，之后每次实验以0.1 g 累加，多次重复实验），之后将其置入反应器中，利用磁力搅拌器搅拌1 h（不打开紫外灯）；第二步，打开紫外灯，由于紫外灯光照会在一定程度上提高反应器内温度，因此要注意控制反应器内温度为30 ℃左右，静置反应45 min；第三步，将反应后的废水置于离心机中，以3 000 r/min 的转速离心10 min；第四步，取离心后的废水的上清液测定其COD，测定方法为重铬酸钾法。

2.2 结果与分析

2.2.1 实验结果

经过多次实验，可以得出催化剂和催化协同剂的添加量变化时，废水处理的净化效果情况。当催化剂添加量为0.1 g～0.5 g 时，废水的净化情况（以废水中COD 值表示）如图2 所示。图3 为添加和不添加催化协同剂时对废水净化情况的影响。

图2 催化剂含量不同时对废水净化的影响

图3 催化协同剂对废水净化的影响

2.2.2 结果分析

根据实验结果可知，采用光催化氧化法进行化工废水处理能有效地提高废水的水质，使其符合排放要求。当催化剂质量浓度为0.4 g/L 时，废水的净化效果最好，催化协同剂的添加能在催化剂的基础上进一步提高COD 的去除率，从而使化工废水的水质有进一步的提高。由此可见，利用绿色化工技术中的催化技术能有效的处理化学工程工艺中产生的废水，能进一步优化化学工程工艺流程，在化工生产与制造中，应当大量推广和应用绿色化工技术。

3 结论

自21 世纪以来，“绿色环保”已经成为了全世界关注的要点问题，结合化工企业的发展，应当增加对绿色化工技术的研究，并大力应用于化学工程工艺中。目前绿色化工技术已经研究出了生物技术、清洁技术、催化技术等相关技术，并且每种技术均有小分支，在目前的化工企业生产中也有大量的应用。以催化技术中的光催化氧化法为例，该方法已经大范围用于处理化工废水中，在不造成二次污染的同时提高了废水排放的水质，减少了环境的污染。基于此，应当加大对各种绿色化工技术在化学工程工艺中的研究，推广绿色化工技术的应用，从而实现对生态环境的保护。