绿色化学与可持续发展

1、绿色化学与社会发展摘要：工业革命之后的化工发展因为没有正确的思想指引，片面的追求经济利益，导致自然被破坏，从而有反作用于人，使人受到伤害，化学发展受到阻碍。传统的化学工艺给人类社会带来了巨大的生产力的同时也带来了各种各样的环境问题，造成了很多的负面影响，今天的我们可以实现不仅要从技术上实现无污染的化工生产，还要用可持续发展观武装思想，拥有无污染的化工生产观，摆脱过去的化工生产就是污染的错误观念，喜欢上化工，也从而让人人都喜欢化工，为化工发展贡献一份力量，为我们的社会的发展创造更多的动力。关键词：绿色化学 可持续发展 绿色化学应用 社会发展一、引言：自从工业革命以来，科学技术不断进步发展，化学就

2、是与科学技术像是一对孪生兄弟，始终你中有我我中有你。化学是是制造新物质，并在原子、分子层次上研究物质转化、制备、功能、用途及其产业化的科学技术，所有对人类发展产生重大影响的科学技术都需要化学与化工提供的各种功能和性能独特的分子和材料。与此相同的是任何化学技术的进步都是建立在科学技术的进步。进入二十一世纪，人们的生活与化学技术息息相关。世界化学化工产品已达到7万种之多化工总产值约l万亿美元(中国约5000亿人民币)。化学品极大地丰富了人类的物质生活提高了生活质量，并在控制疾病、延长寿命，增加农作物品种和产量帮助食物的储存和防腐等方面起到了重要作用。在我们的衣食住行及战胜疾病等很多方面，化工科技的

3、进步。为人类带来了巨大的益处。药品的发展有助于治愈不少疾病，延长人类的寿命：聚合物科技创造新的制衣和建造材料；农药化肥的发展控制了虫害。提高了生产。这些样样都离不开化学家的帮助。可以毫不夸张地说，人类的生活离不开化学的发展。但是由于目前科学技术的局限性，传统化学工业给人类环境带来的严重污染，引起了社会各界的关注在使用这些化学产品的过程中也产生了大量的废物污染了环境全世界目前每年产生的34亿吨危险废物(中国化学工业排放的废水、废气和同体废物分别占全国工业排放总量的225、782、593)，给人类的生活带来了灾难。因此我们需要利用可持续发展的理论我们自身，利用绿色化学来解决环境问题，来维持社会发展

4、的稳定。二、绿色化学的来源当今，化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2285万多种，是此之前发现的所有化合物总数的41倍强。但“化学家太谦虚”，20世纪化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。 1 化学所面临的挑战 化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没，化学是一门中心科学，化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系，产生了许多重要的交叉学科，但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学（central science）反而被社会看作是伴娘科学（bridesmaid science）而不受重视。同时化学正被各种各样的环

5、境污染问题所困扰，各种污染危害着人体的健康。一、大气污染与人体健康 大气污染主要是指大气的化学性污染。大气中化学性污染物的种类很多，对人体危害严重的多达几十种。我国的大气污染属于煤炭型污染，主要的污染物是烟尘和二氧化硫，此外，还有氮氧化物和一氧化碳等。这些污染物主要通过呼吸道进入人体内，不经过肝脏的解毒作用，直接由血液运输到全身。所以，大气的化学性污染对人体健康的危害大，可造成慢性中毒、急性中毒，严重的还可以致癌。 二、水污染与人体健康 水污染后，对人体健康会造成严重的危害，这主要表现在以下三个方面。第一，饮用污染的水和食用污水中的生物，能使人中毒，甚至死亡。第二，被人畜粪便和生活垃圾污染了的

6、水体，能够引起病毒性肝炎、细菌性痢疾等传染病，以及血吸虫病等寄生虫疾病。第三，一些具有致癌作用的化学物质，如砷（As）、铬（Cr），苯胺等污染水体后，可以在水体中的悬浮物、底泥和水生生物体内蓄积。长期饮用这样的污水，容易诱发癌症。 三、固体废弃物污染与人体健康 固体废弃物是指人类在生产和生活中丢弃的固体物质，如采矿业的废石，工业的废渣，废弃的塑料制品，以及生活垃圾。应当认识到，固体废弃物只是在某一过程或某一方面没有使用价值，实际上往往可以作为另一生产过程的原料被利用，因此，固体废物又叫“放在错误地点的原料”。但是，这些“放在错误地点的原料”，往往含有多种对人体健康有害的物质，如果不及时加以利用

7、，长期堆放，越积越多，就会污染生态环境，对人体健康造成危害。四、噪声污染与人体健康 噪声对人的危害是多方面的：第一，损伤听力。长期在强噪声中工作，听力就会下降，甚至造成噪声性耳聋。第二，干扰睡眠。当人的睡眠受到噪声的干扰时，就不能消除疲劳、恢复体力。第三，诱发多种疾病。噪声会使人处在紧张状态，致使心率加快、血压升高，甚至诱发胃肠溃疡和内分泌系统功能紊乱等疾病。第四，影响心理健康。噪声会使人心情烦躁，不能集中精力学习和工作，并且容易引发工伤和交通事故。因此，我们应当采取多种措施，防治环境污染，使包括人类在内的所有生物都生活在美好的生态环境。 五、环境污染对生物的影响，环境污染与“三致作用” 环境

8、污染往往具有使人或哺乳动物致癌、致突变和致畸的作用，统称“三致作用”。“三致作用”的危害，一般需要经过比较长的时间才显露出来，有些危害甚至影响到后代。一是致癌作用。即导致人或哺乳动物患癌症的作用。二是致突变作用。即导致人或哺乳动物发生基因突变、染色体结构变异或染色体数目变异的作用。三是致畸作用。即作用于妊娠母体，干扰胚胎的正常发育，导致新生儿或幼小哺乳动物先天性畸形的作用。 当前人类正面临着更严重的资源耗竭和环境污染的威胁，要保护环境修复人与自然的关系，就是要通过提高环境保护教育的质量和水平，努力增强人们的环境保护意识。环境保护教育意义重大，影响深远，任重而道远。让我们营造良好的社会氛围，为保

9、护环境持续性发展而努力奋斗。邯郸市第一中学王新燕当今，化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2285万多种，是此之前发现的所有化合物总数的41倍强。但“化学家太谦虚”，20世纪化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。2 绿色化学是应对挑战的必然 科学不但要认识世界和改造世界，还要保护世界。化学也如此，为了应对化学所面临的挑战，提倡绿色化学是刻不容缓。绿色化学是一种理念什么是绿色化学?绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等

10、。绿色化学不同于环境化学。环境化学是一间研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。它研究污染的根源-污染的本质在哪里，它不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理。绿色化学关注在现今科技手段和条件下能降低对人类健康和环境有负面影响的各个方面和各种类型的化学过程。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有原子经济性，因此它既能够充分利用资源，又能够实现防止污染。很明显，绿色化学要求负作用尽可能小，它是一种理念，是人们应该倾力追求的目标。绿色化学又称环境无害化学(

11、EnvironmentallyBenignChemistry)、环境友好化学(EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清洁化学(CleanChemistry)。与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放和零污染，是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护，绿色化学不是被动地治理环境污染，而是主动的防止化学污染，从而在根本上切断污染源，所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。理想的绿色技术应采用具有

12、一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的零排放过程。化学工艺过程中使用无毒无害原料、溶剂和催化剂。绿色化学即是用化学的技术和方法去消灭或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用，同时也要在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物和产品。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容的更新；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它合理利用资源和能源，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。三绿色化学的研究内容绿色化学是设计研究

13、没有或尽可能小的环境副作用的、并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本和重要的科学手段。绿色化学研究的内容显然要包括化学反应（化工生产）过程的4个基本要素：一是研究、变换、设计、选择对人类健康和环境友好的原材料或起始物；三是研究最好的转换反应和催化剂；四是设计或重新设计对人类健康和环境更安全的目标化合物（产品）。1开发“原子经济”反应Trost在1991年首先提出了原子经济性（Atomeconomy）的概念，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”（Zeroemiss

14、ion）。对于大宗基本有机原料的生产来说，选择原子经济反应十分重要。目前，在基本有机原料的生产中，有的已采用原子经济反应，如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。另外，有的基本有机原料的生产所采用的反应，已由二步反应，改成采用一步的原子经济反应，如环氧乙烷的生产，原来是通过氯醇法二步制备的，发现银催化剂后，改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济反应。近年来，开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一。EniChem公司采用钛硅分子筛催化剂，将环己酮、氨、过氧化氢反应，可直接合成环己酮肟，取代由氨氧化制硝酸、硝酸离子在铂、钯贵金属催化剂上用氢还原制

15、备羟胺、羟胺再与环己酮反应合成环己酮肟的复杂技术路线，并已实现工业化。另外，环氧丙烷是生产聚氨酯泡沫塑料的重要原料，传统上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用危险的氯气，而且还产生大量含氯化钙的废水，造成环境污染。国内外均在开发钛硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法。此外，针对钛硅分子筛催化反应体系，开发降低钛硅分子筛合成成本的技术，开发与反应匹配的工艺和反应器仍是今后努力的方向。在已有的原子经济反应如烯烃氢甲酰化反应中，虽然反应已经是理想的，但是原用的油溶性均相铑络合催化剂与产品分离比较复杂，或者原用的钴催化剂运转过程中仍有废催化剂产生，因此对这类原子经济反应的催化剂仍有改进的余地

16、。所以近年来开发水溶性均相络合物催化剂已成为一个重要的研究领域。由于水溶性均相络合物催化剂与油相产品分离比较容易，再加以水为溶剂，避免了使用挥发性有机溶剂，所以开发水溶性均相络合催化剂也已成为国际上的研究热点。除水溶性铑-膦络合物已成功用于丙烯氢甲酰化生产外，近年来水溶性铑-膦、钌-膦、钯-膦络合物在加氢二聚、选择性加氢、CC键偶联等方面也已获得重大进展。C6以上烯烃氢甲酰化制备高碳醛、醇的两相催化体系的新技术国外正在积极研究。以上可见，对于已在工业上应用的原子经济反应，也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究，加以改进。2提高烃类氧化反应的选择性烃类选择性氧化在石油化工中占有极其重要的地位

17、。据统计，用催化过程生产的各类有机化学品中，催化选择氧化生产的产品约占25%。烃类选择性氧化为强放热反应，目的产物大多是热力学上不稳定的中间化合物，在反应条件下很容易被进一步深度氧化为二氧化碳和水，其选择性是各类催化反应中最低的。这不仅造成资源浪费和环境污染，而且给产品的分离和纯化带来很大困难，使投资和生产成本大幅度上升。所以，控制氧化反应深度，提高目的产物的选择性始终是烃类选择氧化研究中最具挑战性的难题。早在40年代，Lewis等就提出烃类晶格氧选择氧化的概念，即用可还原的金属氧化物的晶格氧作为烃类氧化的氧化剂，按还原-氧化（Redox）模式，采用循环流化床提升管反应器，在提升管反应器中烃分

18、子与催化剂的晶格氧反应生成氧化产物，失去晶格氧的催化剂被输送到再生器中用空气氧化到初始高价态，然后送入提升管反应器中再进行反应。这样，反应是在没有气相氧分子的条件下进行的，可避免气相和减少表面的深度氧化反应，从而提高反应的选择性，而且因不受爆炸极限的限制可提高原料浓度，使反应产物容易分离回收，是控制氧化深度、节约资源和保护环境的绿色化学工艺。根据上述还原-氧化模式，国外一家公司已开发成功丁烷晶格氧氧化制顺酐的提升管再生工艺，建成第一套工业装置。氧化反应的选择性大幅度提高，顺酐收率由原有工艺的50mol%提高到72mol%，未反应的丁烷可循环利用，被誉为绿色化学反应过程。【3】此外，间二甲苯晶格

19、氧氨氧化制间苯二腈也有一套工业装置。在Mn、Cd、Tl、Pd等变价金属氧化物上，通过甲烷、空气周期切换操作，实现了甲烷氧化偶联制乙烯新反应。由于晶格氧氧化具有潜在的优点，近年来已成为选择氧化研究中的前沿。工业上重要的邻二甲苯氧化制苯酐、丙烯和丙烷氧化制丙烯腈均可进行晶格氧氧化反应的探索。关于晶格氧氧化的研究与开发，一方面要根据不同的烃类氧化反应，开发选择性好、载氧能力强、耐磨强度好的新催化材料；另一方面要根据催化剂的反应特点，开发相应的反应器及其工艺。3采用无毒、无害的原料为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性，在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。为了人类健康和社区

20、安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面，Riley等报道了工业上已开发成功一种由胺类和二氧化碳生产异氰酸酯的新技术。在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接羰化有机胺生产异氰酸酯的工业化技术也由Manzer开发成功。Tundo报道了用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯的新方法。Komiya研究开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，它取代了常规的光气合成路线，并同时实现了两个绿色化学目标。一是不使用有毒有害的原料，二是由于反应在熔融状态下进行，不使用作为溶剂的可疑的致癌物甲基氯化物。关于代替剧毒氢氰酸原料，Mo

21、nsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发，经过催化脱氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺，改变了过去的以氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线，并因此获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖。另外，国外还开发了由异丁烯生产甲基丙烯酸甲酯的新合成路线，取代了以丙酮和氢氰酸为原料的丙酮氰醇法。4采用无毒、无害的催化剂目前烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂，这些液体催化剂的共同缺点是，对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。为了保护环境，多年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液

22、相烃化技术引人注目，这种催化剂选择性很高，乙苯重量收率超过99.6%，而且催化剂寿命长。【4】另外，国外已开发几种丙烯和苯烃化异丙苯的工艺，采用大孔硅铝磷酸盐沸石、MCM-22和MCM-56新型沸石和Y型沸石或用高度脱铝的丝光沸石和沸石催化剂，代替了原用的固体磷酸或三氯化铝催化剂。还有一种生产线性烷基苯的固体酸催化剂替代了氢氟酸催化剂，改善了生产环境，已工业化。在固体酸烷基化的研究中，还应进一步提高催化剂的选择性，以降低产品中的杂质含量；提高催化剂的稳定性，以延长运转周期；降低原料中的苯烯比，以提高经济效益。异丁烷与丁烯的烷基化是炼油工业中提供高辛烷值组分的一项重要工艺，近年新配方汽油的出现，

23、限制汽油中芳烃和烯烃含量更增添了该工艺的重要性。目前这种工艺使用氢氟酸或硫酸为催化剂。近年国外一家公司开发了一种负载型磺酸盐/SiO2催化剂。另外，一家公司宣称开发成功了一种固体酸催化的异丁烷/丁烯烷基化新工艺。5采用无毒、无害的溶剂大量的与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质、分离和配方中所用的溶剂。当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物（VOC），其在使用过程中有的会引起地面臭氧的形成，有的会引起水源污染，因此，需要限制这类溶剂的使用。【5】采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂已成为绿色化学的重要研究方向。在无毒无害溶剂

24、的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF），特别是超临界二氧化碳作溶剂。超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点（311、7477.79kPa）以上的二氧化碳流体。它通常具有液体的密度，因而有常规液态溶剂的溶解度；在相同条件下，它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。而且，由于具有很大的可压缩性，流体的密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价廉等。在超临界二氧化碳用于反应溶剂的研究方面，Tanko提供了经典的自由基反应在这一新的溶剂体系中如何作用的基础和知识。他以烷基芳烃的溴化反应为模型体系，发现在超临界流体中的自由基

25、卤化反应的收率和选择性等同或在某些情况下优于常规体系下的反应。DeSimone的实验室广泛研究了在超临界流体中的聚合反应，指出采用一些不同的单体能够合成出多种聚合物，对于甲基丙烯酸的聚合，超临界流体比常规的有机卤化物溶剂有显著的优越性。此外，Tumas及其合作者详细研究了环氧化合物的聚合、烯烃氧化和不对称加氢等。与常规溶剂体系相比，上述反应没有经历中间物，尤其在不对称加氢反应上表现出优异的性能。除采用超临界溶剂外，还有研究水或近临界水作为溶剂以及有机溶剂/水相界面反应。采用水作溶剂虽然能避免有机溶剂，但由于其溶解度有限，限制了它的应用，而且还要注意废水是否会造成污染。在有机溶剂/水相界面反应中

26、，一般采用毒性较小的溶剂（甲苯）代替原有毒性较大的溶剂，如二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、醋酸等。【6】采用无溶剂的固相反应也是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向，如用微波来促进固、固相有机反应。6利用可再生的资源合成化学品利用生物量（生物原料）（Biomass）代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。1996年美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖授予TaxasA&M大学M.Holtzapple教授，就是由于其开发了一系列技术，把废生物质转化成动物饲料、工业化学品和燃料。 生物质主要由淀粉及纤维素等组成，前者易于转化为葡萄糖，而后者则由于结晶及与木质素共生等原因，通过纤维素酶等转化为葡萄糖

27、，难度较大。【7】Frost报道以葡萄糖为原料，通过酶反应可制得己二酸、邻苯二酚和对苯二酚等，尤其是不需要从传统的苯开始来制造作为尼龙原料的己二酸取得了显著进展。由于苯是已知的治癌物质，以经济和技术上可行的方式，从合成大量的有机原料中取除苯是具有竞争力的绿色化学目标。另外，Gross首创了利用生物或农业废物如多糖类制造新型聚合物的工作。由于其同时解决了多个环保问题，因此引起人们的特别兴趣。其优越性在于聚合物原料单体实现了无害化；生物催化转化方法优于常规的聚合方法；Gross的聚合物还具有生物降解功能。7环境友好产品在环境友好产品方面，从1996年美国总统绿色化学挑战奖看，设计更安全化学品奖授予

28、Rohm&Haas公司，由于其开发成功一种环境友好的海洋生物防垢剂。小企业奖授予Donlar公司，因其开发了两个高效工艺以生产热聚天冬氨酸，它是一种代替丙烯酸的可生物降解产品。在环境友好机动车燃料方面，随着环境保护要求的日益严格，1990年美国清洁空气法（修正案）规定，逐步推广使用新配方汽油，减小由汽车尾气中的一氧化碳以及烃类引发的臭氧和光化学烟雾等对空气的污染。新配方汽油要求限制汽油的蒸汽压、苯含量，还将逐步限制芳烃和烯烃含量，还要求在汽油中加入含氧化合物，比如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。这种新配方汽油的质量要求已推动了汽油的有关炼油技术的发展。柴油是另一类重要的石油炼制产品。对环境友好柴油

29、，美国要求硫含量不大于0.05%，芳烃含量不大于20%，同时十六烷值不低于40；瑞典对一些柴油要求更严。为达到上述目的，一是要有性能优异的深度加氢脱硫催化剂；二是要开发低压的深度脱硫/芳烃饱和工艺。国外在这方面的研究已有进展。此外，保护大气臭氧层的氟氯烃代用品已在开始使用。防止“白色污染”的生物降解塑料也在使用。四绿色化学的目标绿色化学是以绿色意识为指导，以最终杜绝化学污染源，实现绿色化学为最终目标。绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放和零污染。绿色化学的原则与范围R.T.Anastas和JCWaner曾提出绿色化学的12条原则：1防止废物的生

30、成比其生成后再处理更好。2设计合成方法应使生产过程中所采用的原料最大量地进入产品之中。3设计合成方法时，只要可能，不论原料、中间产物和最终产品，均应对人体健康和环境无毒、无害(包括极小毒性和无毒)。4化工产品设计时，必须使其具有高效的功能，同时也要减少其毒性。5应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，如不可避免，也要选用无毒无害的助剂。6合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响，应设法降低能耗，最好采用在常温常压下的合成方法。7在技术可行和经济合理的前提下，采用可再生资源代替消耗性资源。8在可能的条件下，尽量不用不必要的衍生物(derivatization)，如限制性基团、保护/去保护作用、

31、临时调变物理化学工艺。9合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量(stoichiometric)助剂更优越。10化工产品要设计成在其使用功能终结后，它不会永存于环境中，要能分解成可降解的无害产物。l1进一步发展分析方法，对危险物质在生成前实行在线监测和控制。l2要选择化学生产过程的物质使化学意外事故(包括渗透、爆炸、火灾等)的危险性降低到最小程度。这12条原则目前为国际化学界所公认，它也反映了近年来在绿色化学领域中所开展的多方面的研究工作内容，同时也指明了未来发展绿色化学的方向。五绿色化学可持续发展应用1、计算化学与产品工程 在新的功能分子被发现和确定后，通过产品工程技术向人类提供最经济的

32、产品是实现这些物质价值的必经途径。产品工程的挑战是使集约化的化工厂能高效安全地生产所需产品并对环境产生最小的副作用。资源循环利用是产品工程的新理念。可通过设备强化、过程集成和系统工程的方法实现。作为现代化学研究的有力工具，计算化学已经能够对很多化学体系、化学现象及化学反应提供准确的、较为全面的描述与解释。计算化学可以辅助反应分离试剂的选择、药物的分子设计、工艺流程筛选和大系统优化。不仅节约研究时间，而且降低资源消耗。目前的挑战是研究各种化合物结构和性能的关系，为新药物农药材料的开发提供依据、预测与设计生物大分子的空间结构、取向和形态，分析分子、分子体系的排列和相互作用#预测反应结果。设计高效催

33、化剂和构筑高效反应体系D过程系统工程研究的目标是力图从资源利用效率、环境影响和经济性诸方面使过程系统实现优化。它借助过程系统模型化方法，通过计算机分析与模拟，利用优化算法，最终使系统物流能量流资金流与信息流深度集成，实现化工生产的集约化。这也是原子经济模型的最佳体现2、环境问题与化学化工传统的化学工业对环境污染十分严重。直到半个世纪以前，人们才刚刚意识到这一点。恰恰是应用化学与化工技术才从污染治理的角度初步解决了问题。要解决未来的环境问题，化学与化工面临许多的挑战。了解大气土壤、湖泊、溪流和海洋既复杂又相互作用的化学世界，为制定生态环境保护政策提供科学依据，从各个层面上研究物质与环境的相互作用

34、，对产品在生态系统中的分布状况和作用做出真实可靠的评价。开发对环境负责的方法来制造有用产品是保护环境的根本措施，例如采用无毒无害的原料溶剂、助剂和催化剂。零排放的生产工艺等。例如目前用超临界CO2替代传统的水和有机溶剂的一场绿色革命废弃物的回收利用不仅可以根治环境污染，而且能够缓解资源危机。源于化工品的大量废弃物主要为废塑料、纤维和废溶液。回收废塑料、纤维等高分子聚合物产品和废溶液中的单体一直是化学家和生产企业的理想。美英等国工业界已经实现了对废弃高分子聚合物的生物法和催化转化法的闭路循环利用。如图3.2所示图3.23、农业与化学化工农业发展的理想模式是生态农业。生态农业是一个自我维持的系统。

35、该系统要使能量减少到最低，并且一切副产物都再循环，使农业生态系统具有稳定性，尽可能保证农村的各种景观并生产出需要的产品，使农业生态体系变得更稳定。农药和肥料科学历来是化学化工和农学的交叉学科。绿色农药的发展应优先注意低毒高效的农药。它通过影响、控制和调节各种有害生物的生长繁殖过程抑制有害生物，达到对非指定目标没有影响并且不会长期存留，对人类健康和生态平衡不产生影响。我国化肥主要问题在于品种单一，氮磷钾比例失调，高效化肥和复合化肥有赖于进口，传统的氮肥和磷肥工艺能耗和物耗大。针对于此建议研究开发绿色新工艺和新技术，有效利用不丰富的磷钾资源；开发节能降耗的氮肥生产工艺和技术；研究由工农业废弃物污水

36、污泥制备缓释肥料；开发节能低排放符合生态要求的生产工艺。4、人类保健与化学化工采用绿色化学设计、绿色化工技术和绿色生产工艺是洗涤用品、化妆品日用化学工业科研和生产部门的重要研究课题我国医药工业在近TV年中一直保持高速增长，但产品只能以低价位原料药进入国际市场，固然为国家挣了不少外汇但同时也把大量的严重污染环境的“三废”留在国内。平均而言，传统的制药工艺会产生9倍于预期目标产物的废物，单位产品产污量最高。长此下去，势必破坏我国的可持续发展战略大计，为了扭转这种消极被动局面，必须大力提倡和发展绿色化学制药工业。5、能源开发利用与化学化工能源危机使得开发更加稳定和廉价的能源材料及方法，应用改进的膜、

37、催化剂、电极和电解液开发实用、低廉、更稳定的燃料电池。开发用于氢气制备、分配、储藏及运输的材料、工艺和装置。研究集中安全处理核电厂的放射性废物的方法。开发能量产生及分配新工艺，达到温室气体或有毒物质的零排放。成为化学工业的重要责任。洁净煤技术是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工燃烧转化和污染控制等一系列新技术的总称。它使煤作为一种能源达到最大限度潜能的利用而释放的污染最少，达到煤高效、洁净利用目的。这是当今世界煤化工的主流方向，更是我国能源与经济环境协调发展的根本出路六各国政府对绿色化学的政策 1美国“总统绿色化学挑战奖” 在美国，石油炼制和化学工业是销售额最大的两个工业部门，也是少数几个产生贸

38、易顺差的工业部门，它们在国民经济中占有重要比重。但是，传统的石油和化学工业曾对该国生态环境和人们身体健康造成过严重的危害，例如著名的洛杉矶烟雾、多诺拉镇烟雾、勒甫河(LoveCana1)事件等，由此唤起了人们对健康、社区安全和环境保护的重视，并促使观念上的更新。1990年美国颁布的PPA，将污染的防止确立为国策，所谓污染防止就是使得废物不再产生，不再有废物处理的问题。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，并产生最小的排放的工艺过程；1991年美国环保局开始将绿色化学纳入其工作的中心。 1995年3月16日，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”，并于

39、1996年在华盛顿国家科学院颁发了第一届奖项。这是世界上首次由一个国家的政府出台的对绿色化学实行的奖励政策，其目的是“通过将美国环保局与化学工业部门作为环境保护的合作伙伴的新模式来促进污染的防止和工业生态的平衡”，建立该奖是为了重视和支持那些具有基础性和创新性变迁、并对工业界有实用价值的化学工艺新方法，以通过减少资源的消耗来实现对污染的防止。美国总统绿色化学挑战奖共设立了变更合成路线奖、变更溶剂反应条件奖、设计更安全化学品奖、小企业奖以及学术奖五个奖项，这些奖项为个人、团体和组织提供了一个机会，可以通过竞争总统奖来获取可使化学变得更为清洁、更为经济、更为美好的基础性突破的支持，并体现了国家对将

40、绿色化学原理应用到化学的设计、加工和应用过程而产生的技术的重视。其评选标准涉及对人身健康和环境有益、具有科学创新性和应用价值等方面。另外，美国在国家实验室、大学与企业之间组成了绿色化学院。 2日本的“新阳光计划” 现在的日本是一个风景漪丽、环境优美的太平洋岛国，而发生于20世纪中叶的东京光化学烟雾、水俣病、痛骨病等事件却闻名于全球，引起了当时日本政府的高度重视。同时，日本是一个资源匮乏但经济发达的工业强国，为保持其稳定发展，在70年代发生了世界能源危机后即启动了一批诸如研究开发新能源技术的“阳光项目”、研究开发节能技术的“月光项目”和其它环境保护技术开发项目。进入90年代，一个由政府规划，旨在

41、防止全球气候变暖、在21世纪重建绿色地球的“新阳光计划”开始实施，莫主要内容为能源和环境技术的研究开发，该计划提出了“简单化学”(SimpleChemistry)的概念，即采用最大程度节约能源、资源和减少排放的简化生产工艺过程来实现未来的化学工业，为了地球环境而变革现有技术。指出绿色化学就是化学与可持续发展相结合，其方向是化学的发展 适应于改善人们健康和保护环境的要求。 1990年7月日本成立了由工业界、学术界和政府联合组织的为地球而创新技术的研究院，来承担促进重建“21世纪新地球”活动的最重要角色之一；还成立了日本化学创新研究院，其目标是通过工业界、学术界和政府的共同努力来实现社会的可持续发展，把学术界和工业界的不同知识结合在一起，以发展创新并开创新的工业领域。 3.欧洲国家的环境保护新政策 德国是一个非常重视环境保护的国家，然而，其在环境保护中所取得的显著成绩，也并非一帆风顺，而是在挫折与教训中获得的理智的结果。曾几何时，战后的联邦德国为迅速发展经