无机化工过程中的绿色化学与工艺

摘 要：对绿色化学理念和化学原理进行详细的论述,重点对无机化工生产过程进行阐述.指出生产首先也要进行环境保护战略,应该实现节能、降耗、减污、增效为主要的宗旨,达到可持续发展的目的.

关 键 词：无机化工；绿色化学工艺；可持续发展

0前言

化工产品在人类文明发展的长河中发挥着十分重要的作用,它为人类的生产和生活提供了许多重要的产品.但是,随着人类使用化工产品程度不断的加深,化学物质造成的各种污染也不断危害着我们的生活,威胁着人类的身体健康.人类正在逐渐认识到环境的重要性,对化学物质使用的管控措施也越来越严格.而如何开发对人类健康和环境危害小的化工生产过程,甚至是无公害的化工生产过程已经成为化学家和化工生产面临的最大挑战.我们通常将无机化工过程称为绿色化学.绿色化学就是用化学的方法和技术去消除和减少化学危害,主要是对危害人类健康、对环境有害的物质进行处理,包括有害原料、催化剂、溶剂以及化工产物等.绿色化学要达到的目标就是不再使用有毒有害的化学过程,以及不产生有毒有害的副产品,是一项从源头上遏制化学污染的新型学科.

在绿色化学基础上发展起来的技术是绿色技术、主要就是利用科技的进步,对原来生产过程存在毒害作用的生产进行技术改造,使其耗能最少、污染程度最少的先进技术.利用化学的方法从根本上减少环境污染的产生,是消除污染的根本方法,是一种可持续发展的生态模式.通过技术改造,实现或者接近零污染排放的目的.此外,绿色化学要求具备一定的转化效率,实现在技术上和经济上的共赢.

1.绿色化学的发展进程

到目前为止,化学工程已经有了上百年的历史,但是大部分工艺的技术改造都不能完全解决环保问题.由于当时技术和条件的原因,对许多环境问题的设计没有充足的考虑.化工生产过程会产生大量的废气、废物等物质,进而也使后期的环保处理费用成本大幅度增加.例如,某年美国的Dupont公司的化学品销售额仅仅180亿美元,而环保费用却高达10亿美元.环保经济和社会需求的状态来看,传统的化学工艺已经不再适合现代的社会需求了.

为了保护环境,化学工作者做出了许多的努力,进行了大量的污染控治方面的技术研究.所谓的污染控治就是严格控制污染性废物的产生,而绿色化学工艺正好弥补了这一不足.世界环境组织指定的目标是到2020年的地球日时,将废物的排放减少40%～50%,实现每套装置消耗原材料减少20%～25%.总之,绿色化学在国外的研究已经运用到了生产,引起许多政府和学术界的高度关注.而我国的绿色化学产业发展刚刚起步,面临着严峻的挑战和发展机遇.

2.开发新型的绿色化学工艺

2.1开发“原子经济”的绿色化学反应

1991年提出的原子经济的概念,就是原料中的分子有多大程度转变成了产物,这个概念的提出并没有得到化学界的足够认同.而理想的原子经济反应是要求原料分子中的原子都能够转换成产物,却不会生成造成环境污染的副产品以及三废,其目的就是实现废物的“零排放”.

2.2采用无毒无害的化学生产原料

为了工艺需要,目前仍有许多的化工厂使用剧毒的光气和氢氰酸等化工原料.这些有毒有害的物质使用会导致许多副产品的产生,严重污染了环境.为了人类健康和环境保护,化学工程师必须行动起来,尽量使用无毒无害的原料代替有毒原料,最大限度的保证人类的健康和环境.

目前化工厂使用了大量的酸、碱及有机合成化合物等化工原料,而这些物质存在着共同的缺点,就是腐蚀性和毒害性,对设备存在着严重的腐蚀、对工作人员的健康危害十分严重、产生的废物也会污染环境.为了保护环境,化工企业需要采用新的催化剂,研究新兴的催化剂材料.多年来,我国正在大力研究许多固体的酸烷催化剂.

2.4采用无毒无害的溶剂

大量污染问题还会来源于制造过程中使用的溶剂,最常见的就是反应介质、分离以及配方的使用溶剂.在绿色的溶剂研究中,最活跃的研究项目是开发超临界流体,特别是一些超临界二氧化碳溶剂的开发.超临界二氧化碳指得是在温度和压力达到临界点以上的二氧化碳流体,并且还具有液体的密度,所以会具有比较常规的液态溶剂的溶解度,在相同的状态下,又具有气体的粘度并具有很高的传质速度.所以流体的许多性质就有可能用温度的变化来调节.超临界二氧化碳存在的最大优点就是无毒、不可燃、价廉等.

2.5使用许多可再生的资源进行合成化学品

利用研究的生物原料代替当前使用的石油产品,是保护环境的一个重要的研究课题,也是重要的发展方向.现在有许多技术可以实现这个目标,其中有一项技术就是,将化工生产的废物转变成动物饲料、工业产品和燃料.此外,利用生物或者农业的废料进行聚合物再造工作,涉及很多环保问题,所以引起了人们的特别兴趣,它的优越性就在于聚合物原料的单体实现无害化.生物催化转变的方法比常规的聚合法更加优越,同时还具有生物降解功能.

实现社会经济的可持续发展,已经成为了我国的一项基本的国策.作为社会经济的重要组成部分的化学工业,在这一基本国策的指导之下,最行之有效的实现可持续发展战略的方法便是绿色化学的开发和利用.绿色化学,不单单是指那些对环境产生的有害影响小甚至没有有害影响的化学生产过程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明显的平民化的化学化工技术的研究以及应用.绿色化学的生产过程只产生非常少量的废物处理,或者不产生废物处理.其最主要的特点便是在生产的过程中,最大程度地充分利用资源,使原材料转化为产品,尽量不产生污染.有利于化学化工产业的发展以及可持续发展战略这一道路的切实执行.