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        淺談綠色化學(xué)及在工業(yè)中應(yīng)用

        2012-12-28 14:36:48李延龍
        關(guān)鍵詞:爐渣涂料原子

        李延龍

        (大慶藍(lán)星環(huán)保工程有限公司,黑龍江 大慶 163114)

        1 綠色化學(xué)概述

        1.1 綠色化學(xué)概念

        綠色化學(xué)又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué),是指化學(xué)反應(yīng)和過(guò)程以“原子經(jīng)濟(jì)性”為基本原則,即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中充分利用參與反應(yīng)的每個(gè)原料原子,在始端就采用實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段,因而過(guò)程和終端均為零排放和零污染,是一門(mén)從源頭阻止污染的化學(xué)。綠色化學(xué)不同于環(huán)境保護(hù),綠色化學(xué)不是被動(dòng)地治理環(huán)境污染,而是主動(dòng)的防止化學(xué)污染,從而在根本上切斷污染源,所以綠色化學(xué)是更高層次的環(huán)境友好化學(xué)。

        1.2 綠色化學(xué)的核心內(nèi)容

        原子經(jīng)濟(jì)性是綠色化學(xué)的核心內(nèi)容,這一概念最早是1991年美國(guó)Stanford 大學(xué)的著名有機(jī)化學(xué)家Trost(為此他曾獲得了1998年度的“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的學(xué)術(shù)獎(jiǎng))提出的,即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物,不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物,實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”。他用原子利用率衡量反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性,認(rèn)為高效的有機(jī)合成應(yīng)最大限度地利用原料分子的每一個(gè)原子,使之結(jié)合到目標(biāo)分子中。綠色化學(xué)的原子經(jīng)濟(jì)性的反應(yīng)有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn):一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地減少了廢物的排放。原子利用率的表達(dá)式是:

        原子利用率=(預(yù)期產(chǎn)物的式量/反應(yīng)物質(zhì)的式量之和)×100%

        如無(wú)公害氧化劑過(guò)氧化氫的制備可采用乙基蒽醌法,即由氫和氧在2-乙基蒽醌和Pd為催化劑作用下直接合成,2-乙基蒽醌復(fù)出并可循環(huán)使用。此反應(yīng)原子利用率為100%,體現(xiàn)了原子經(jīng)濟(jì)性,減少?gòu)U物的生成和排放,是典型的零排放例子。

        2 綠色化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

        2.1 玻璃工業(yè)

        色彩斑爛的玻璃制品給人以賞心悅目的感覺(jué),為我們生活增添了不少的情趣??墒?,在這個(gè)五彩繽紛的玻璃世界中,卻包含著有害的甚至劇毒的元素,如鉛、鉻、鎘、鎳、銅、錳、砷等重金屬,以及氟、氯、硫等非金屬。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,這些元素會(huì)釋放、氣化,污染大氣、水源,以致對(duì)人類(lèi)造成傷害。

        2.2 玻璃制品的綠色化

        為了避免或減少玻璃容器中有害物質(zhì)的溶出,首先必須優(yōu)化玻璃的化學(xué)成分。在鉛玻璃中加入一定數(shù)量的Al2O3并用Na2O 代替 K2O 可減少鉛的溶出量。氧化砷在玻璃的制造中用作澄清劑,但其毒性較大。用砷酸鈉代替氧化砷,可使毒性減至1/60,且在運(yùn)輸過(guò)程中無(wú)粉塵飛揚(yáng)。

        2.3 爐渣玻璃

        鋼鐵工業(yè)及有色冶金工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了大量爐渣。以我國(guó)為例,每年的冶金爐渣排放量便超過(guò)了700 萬(wàn)噸,累計(jì)多達(dá)2000 多萬(wàn)噸。目前利用率不到5%。若用以生產(chǎn)爐渣玻璃陶瓷制品,由于配料中可加入50%~60%的爐渣無(wú)疑是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一種最有效的方法。不僅如此,尚能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。爐渣玻璃比普通玻璃具有更高的抗彎、抗壓強(qiáng)度,極高的耐磨性能,良好的熱性能(能耐1000℃的冷熱溫差),優(yōu)良的電絕緣性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能。

        2.1.4 生態(tài)環(huán)境玻璃

        生態(tài)環(huán)境玻璃材料是指具有良好的使用性能或功能,對(duì)資源能源消耗少,和對(duì)生態(tài)環(huán)境污小,再生利用率高或可降解與循環(huán)利用,在制備、使用、廢棄直到再生利用的整個(gè)過(guò)程與環(huán)境協(xié)調(diào)共存的玻璃材料。我們稱(chēng)其為光催化降解生態(tài)環(huán)境玻璃材料,或簡(jiǎn)稱(chēng)為光化解環(huán)境玻璃。這種生態(tài)玻璃具有降解大氣中由于工業(yè)廢氣和汽車(chē)尾氣以及室內(nèi)裝飾材料所產(chǎn)生的污染;還可以降解積聚在玻璃表面的液態(tài)有機(jī)物;同時(shí)能起到抗菌、殺菌和防霉的作用。

        2.2 涂料

        涂料中的化學(xué)物質(zhì)除成膜基質(zhì)外,其余物質(zhì)如溶劑、增塑劑、添加劑等,大都是易揮發(fā)性的有機(jī)物,并帶有一定的毒性,這些物質(zhì)是涂料污染大氣的主要來(lái)源。特別是有機(jī)溶劑,使用量大,揮發(fā)性強(qiáng),對(duì)人畜損害程度較大。涂料施工后,全部有機(jī)溶劑揮發(fā)釋放到大氣中。據(jù)報(bào)道,全世界每年向大氣排放的碳?xì)浠衔锛s達(dá)2000 萬(wàn)噸,其中約有350 萬(wàn)噸是涂料中的有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑揮發(fā)到大氣中通過(guò)呼吸進(jìn)入人體后會(huì)損害人體。

        2.2.1 水性涂料

        主要特性是以無(wú)毒的水代替有毒的有機(jī)物作為涂料溶劑,減少或消除涂料揮發(fā)性的有機(jī)物對(duì)大氣的污染。水性涂料仍然會(huì)含部分有機(jī)溶劑(作助溶劑,但量較少)。

        2.2.2 無(wú)溶劑涂料

        無(wú)溶劑涂料包括粉末涂料和光固化涂料。由于涂料不含溶劑,環(huán)境的污染問(wèn)題可得到較徹底的解決。因此,它們受到極大的重視,發(fā)展十分迅速。

        2.3 農(nóng)藥

        據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)對(duì)19個(gè)國(guó)家的統(tǒng)計(jì),全世界每年發(fā)生50 萬(wàn)起農(nóng)藥急性中毒事故,涉及200 萬(wàn)人,其中大約4 萬(wàn)人死亡。每10萬(wàn)個(gè)接觸農(nóng)藥的農(nóng)業(yè)人口中,每年有6~79個(gè)發(fā)生農(nóng)藥中毒事故。除了急性中毒外,在自然界中不能降解的農(nóng)藥,通過(guò)食物鏈的傳遞和濃縮,最終到達(dá)人類(lèi)體,在內(nèi)臟、脂肪中累積而引起各種疾病,甚至癌癥。據(jù)統(tǒng)計(jì),農(nóng)村小孩白血病中50%與農(nóng)藥有關(guān),而新生兒畸型的比率比城市多一倍,也與農(nóng)藥有關(guān)。1997年癌癥研究國(guó)際組織已證明在動(dòng)物試驗(yàn)中有足夠致癌證據(jù)的農(nóng)藥26種,有一定致癌證據(jù)的農(nóng)藥16 種。其中不少農(nóng)藥至今仍在生產(chǎn)和使用。

        2.3.1 超高效低毒農(nóng)藥

        所謂超高效低毒農(nóng)藥,就是指新開(kāi)發(fā)的農(nóng)藥對(duì)靶標(biāo)生物活性高,每公頃耕地施用量?jī)H10克~100 克,且對(duì)人畜基本上無(wú)毒,對(duì)害蟲(chóng)天敵和益蟲(chóng)無(wú)害,易在自然界中降解、無(wú)殘留或低殘留的農(nóng)藥。

        2.3.2 氨基酸類(lèi)農(nóng)藥

        作農(nóng)藥用的氨基酸衍生物由于具有毒性低、高效無(wú)公害、易被生物全部降解利用、原料來(lái)源廣泛等特點(diǎn),因此一出現(xiàn)就顯示出強(qiáng)大的生命力。

        3 綠色化學(xué)使可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略任務(wù)逐步向前推進(jìn)

        傳統(tǒng)的化工生產(chǎn),給我們的生活創(chuàng)造了非常豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)和能源。其在對(duì)人類(lèi)歷史的發(fā)展進(jìn)步的工程中所做的貢獻(xiàn)是不不忽略的。但是呢,又由于化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原材料和生產(chǎn)過(guò)后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質(zhì),這些物質(zhì)又造成了很多環(huán)境污染問(wèn)題以及生態(tài)平衡的失調(diào)。這樣,就又阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展。新世紀(jì),面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境污染所提出的挑戰(zhàn),可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。

        實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,已經(jīng)成為了我國(guó)的一項(xiàng)基本的國(guó)策。作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分的化學(xué)工業(yè),在這一基本國(guó)策的指導(dǎo)之下,最行之有效的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的方法便是綠色化學(xué)的開(kāi)發(fā)和利用。綠色化學(xué),不單單是指那些對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的有害影響小甚至沒(méi)有有害影響的化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價(jià)格平民化的化學(xué)化工技術(shù)的研究以及應(yīng)用。綠色化學(xué)的生產(chǎn)過(guò)程只產(chǎn)生非常少量的廢物處理,或者不產(chǎn)生廢物處理。其最主要的特點(diǎn)便是在生產(chǎn)的過(guò)程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,盡量不產(chǎn)生污染。有利于化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這一道路的切實(shí)執(zhí)行。

        結(jié)束語(yǔ)

        綠色化學(xué)是人類(lèi)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略任務(wù)。綠色化學(xué)的根本目的是從節(jié)約資源和防止污染的觀點(diǎn)來(lái)重新審視和改革傳統(tǒng)化學(xué),從而使我們對(duì)環(huán)境的治理可以從治標(biāo)中轉(zhuǎn)向治本。綠色化學(xué)的發(fā)展不僅將對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生重大影響,而且將為我國(guó)的企業(yè)與國(guó)際接軌創(chuàng)造條件。

        [1] 楊民揚(yáng).淺談綠色化學(xué)在環(huán)保中的應(yīng)用[J].科技促進(jìn)發(fā)展.2010年12 期.

        [2] 朱明喬.謝方友.吳延華.綠色化學(xué)與技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用[J].化工生產(chǎn)與技術(shù).2002年第04 期.

        [3] 周文華.楊輝榮.綠色化學(xué)技術(shù)在制藥工業(yè)中的應(yīng)用[J].上?;?2004年第06 期.

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