绿色化工十二原则

O简述绿色化工的十二条原则及应用绿色化工 林峰1104034229号绿色化工的十二条原则是由美国的总统科技顾问p.anastas博士和马萨诸塞大学的j.c.waner教授通过大量的研究工作提出的，其可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。这些原则目前已成为世界范围内公认的指导绿色化学发展的基本原则。一、 预防：防止产生废物，比在生产后再处理或清除更好。环境都有自己的承载能力，而对于污染其有一定的自净能力，当污染没有超过它的自净能力时，它便能够处于原先的平衡，也就是我们所说的生态平衡。而当此平衡被破坏时，物种之间的关系也将发生变化，而这些变化很多都是不可逆转的，平衡破坏了就难以恢复。先污染后治理是非常不科学的做法。二、 原子经济性：设计合成方法时，应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品。近年来，开发原子经济性反应已成为绿色化学研究的热点之一。实现反应的高原子经济性，就要通过开发新的反应途径、用催化反应代替化学计量反应等手段，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。例如，1997年的新合成路线奖的获得者bch公司的工作：该公司开发了一种合成布洛芬的新工艺，传统生产工艺包括6步化学计量反应，原子的有效利用率低于40%，新工艺采用3步催化反应，原子的有效利用率达80%，如果再考虑副产物乙酸的回收利用，则原子利用率就可以达到99%。利用原子经济反应进行绿色设计，采用无毒、无害的原料和环境友好或可循环使用的新材料等研究，以及对能源工业中汽油的催化降烯烃和造纸工业中的催化氧化降解法研究，均取得了可喜的进展，并对环境保护将产生有益的、深远的影响。三、 无害（或少害）的化工过程：设计的化工过程所采用的原料与生成的产物对人类与环境都应当是低毒或无毒的。无论如何要使用可以行得通的方法，使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。使用对人类和生态环境无毒、无害的原材料获得目的产物是绿色化学追求的又一目标。例如，针对氯甲酰胺、酸酐、碳酸酯、异氰酸酯、酰氯等5个系列产品传统生产工艺中采用光气、氯化亚飒等剧毒和高毒试剂，对人身健康和环境保护存在较大的安全和环保隐患等严重问题，发明了用双（三氯甲基）碳酸酯（BTC）替代光气、氯化亚飒等有毒有害物质合成氯甲酰胺、酸酐、碳酸酯、异氰酸酯、酰氯等5个系列产品的绿色化学技术，配套开发了利用副产物氯化氢制备高纯度盐酸的技术与装备，使氯原子的利用率接近100%，不仅提高了产品质量，降低了生产成本，实现了资源综合利用，而且从源头消除了安全和环保隐患。四、 设计无危险化工产品：设计生产的产品性能要考虑限制其毒性。设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能，还应具有最小的毒性。在设计方案时，要尽量避免使用和生成毒性较大的、容易形成污染的物质，尽量选择污染少的实验方法和实验装置。在无法避免使用或者产生有害物质和污染的情况下，方案必须包括有效保护和消害处理措施。五、 安全的溶剂和助剂:所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂和其他物品应是无害的。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。用无毒、无害的溶剂取代挥发性的有机溶剂也是绿色化学的重要研究方向。目前广泛使用的挥发性有机溶剂不仅会污染水源，还会引起地面臭氧的形成。用超临界流体，特别是超临界二氧化碳来代替有机溶剂，其最大的优点是无毒、不可燃、价钱便宜。超临界二氧化碳萃取是八十年代以来国际上取得迅速发展的分离新技术，以天然产物为原料制备较昂贵的纯天然产物。超临界二氧化碳萃取的本质特征是用无毒、不残留的二氧化碳代替水或有机溶剂作为萃取介质并在接近室温的条件下进行萃取，其最大的优点莫过于将萃取分离和去除溶剂等多个单元过程合为一体，大大简化了工艺流程，提高了生产效率。另外，它还具有萃取速度快、选择性好、提取分离可在室温下进行、不存在溶剂残留污染、不污染环境等一系列优点，克服了传统的溶剂分离、水蒸汽蒸馏、压榨等分离方法存在的在加工过程中天然产物某些对热敏感或化学不稳定性成分易被破坏的弊病，同时不产生有毒有害副产物。六、 设计要讲求能效:加工过程的能源要求应考虑它们对环境和经济的影响并应尽量节省。能量使用应最小，并应考虑其对环境和经济的影响，尽可能降低化学过程所需能量，还应考虑对环境和经济的效益，合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。高温和高压都需要浪费大量的能量，这些我们要尽量避免。七、 使用可再生的原料：当技术和经济上可行时，原料和加工厂粗料都应可再生。利用生物或农业废物如多糖类制造新型聚合物，这样同时解决了多个环保问题，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，它的聚合物还具有生物降解功能。以葡萄糖为底物生产一丙二醇的技术路线是最具有经济竞争力的，它是将葡萄糖先转化成甘油，甘油再转化成1，3一丙二醇，两个过程于一次发酵完成。作为地球上最丰富的可再生资源之一，木质素是一种广泛存在于高等植物体细胞壁中的多聚酚类，以它代替三醛胶作木材胶粘剂，不仅可以减少对人体健康的损害，还可以节省石油资源。环境意识材料也是绿色化学重要的研究内容。环境意识材料在产品的生产、运输以及结束使用时都要考虑到对环境的影响，并且还要考虑它的循环再利用问题。德国就规定卫生纸只能用回收废纸制造，日本也在逐年提高汽车材料的回收利用率。美国环境保护局开发的以农业残余物、废纸、废木、城市固体废弃物等生物质为原料，制成燃料添加剂、农药、除莠剂、涂料等有实用价值的化学品。八、 减少衍生物：如果可能，尽量减少和避免利用衍生化反应。因为，此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废物。采用价格便宜易得的反应原料，经过简单安全的、环境可接受的和资源有效利用的操作，快速和高产率地得到目标分子。减少那些不必要的，可能产生有毒或者无用物质的操作流程非常重要。九、 采用高选择性催化剂：优于使用化学计量助剂。催化剂不仅能改变热力学上可能进行的反应速率，还能有选择地改变多种热力学上可能进行的反应中的副反应，选择性地生成所需目标产物，因此在实现化工工艺与技术的绿色化方面举足轻重。高效无害催化剂的设计和使用成为绿色化学研究的重要内容，选择性对于催化剂的评价和绿色程度的评价来说尤为重要，选择性的提高可开辟化学新领域，减少能量消耗和废物产生量。目前有关绿色化学的研究中有相当的数量是应用新型催化剂对原有的化学反应过程进行绿色化改进，如均相催化剂的高效性、固相催化剂的易回收和反复使用等。这类研究几乎无一例外地描述了对反应绿色化改进的程度，或者减少了试剂的使用，或反应条件更加温和，或反应更加高效和高选择性，或催化剂多次重复使用和回收等。固体催化剂一直被普遍认为催化活性较均相催化剂低很多。通过在分子水平上构筑高活性、高选择性的固体催化剂，不仅可解决催化剂的循环回收、反复使用等问题，而且对资源的有效利用和环境的保护起着积极的作用。酶催化剂与仿生催化剂由于在温和条件下的高效性和高度专一性往往是化学催化剂望尘莫及的，已引起了广泛的重视。十、产物的易降解性要好:化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型。要设计降解，按设计生产的生成物，当其有效作用完成后，可以分解为无害的降解产物，在环境中不继续存在。十一、发展分析方法:对污染物实行在线监测和控制，在有害物质形成前加以控制。尽可能避免或减少多余的衍生反应，因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。十二、防止事故发生的固有安全化学：在化学过程中使用的物质和物质形态的选择，应使其尽可能地减少发生化学事故的潜在可能性，包括释放、爆炸以及着火等。在化学过程中，反应物的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。例如在我国，每年过春节的时候，许多人都爱燃放鞭炮。用燃放烟花爆竹来庆贺新年，这在我国各地早已成为一种习俗，延续了许多年。这种习俗虽然能增添节日的气氛，却往往带来不少危害。鞭炮的原料是火药，主要成分为硫黄、炭粉、火硝或氯酸钾。烟花炮或烟火是在火药中按一定配比另外加入镁、铝、锑等金属粉末和硝酸锶等硝酸盐制成的。鞭炮或烟火点燃后，它一边迅速燃烧、爆炸，喷射出五颜六色的火焰，一边产生大量的二氧化氮、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等有害气体和各种金属氧