鄭凌玲

（廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 511442）

化學(xué)是一把雙刃劍，人類(lèi)在享受化學(xué)所帶來(lái)的各種便利和好處的同時(shí)，也承受著化學(xué)所帶來(lái)的各種負(fù)面影響。目前化工行業(yè)是受?chē)?guó)家政策關(guān)注的6大高耗能、高污染行業(yè)之一。人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到發(fā)展經(jīng)濟(jì)不能以犧牲生存環(huán)境為代價(jià)，應(yīng)該向著綠色生態(tài)文明發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，低碳經(jīng)濟(jì)就是在這種背景下提出來(lái)的。

“低碳經(jīng)濟(jì)”（Low-carbon Economy）的概念最早是在2003年的英國(guó)能源白皮書(shū)《我們能源的未來(lái)：創(chuàng)建低碳經(jīng)濟(jì)》中提出來(lái)的。低碳經(jīng)濟(jì)的特征就是以減少溫室氣體排放為目標(biāo)，構(gòu)筑低能耗、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系，國(guó)家“十二五”建設(shè)規(guī)劃中新增了10項(xiàng)指標(biāo)，其中涉及新能源和節(jié)能減排的就有6個(gè)，這些指標(biāo)的確立，給綠色經(jīng)濟(jì)和低碳技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了極大的契機(jī)，同時(shí)也促使化工行業(yè)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、回收過(guò)程中不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

1 大力發(fā)展低碳化學(xué)品

低碳化學(xué)品就是以溫室氣體為原料生產(chǎn)的各種化學(xué)品，以及在生產(chǎn)過(guò)程可顯著降低溫室氣體排放的化學(xué)品。溫室氣體主要是指生產(chǎn)和生活中所排放的CO2氣體。

低碳化學(xué)品技術(shù)開(kāi)發(fā)在各高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)已引起高度重視，投入的技術(shù)力量、經(jīng)費(fèi)不斷增加。目前，低碳化學(xué)品已然成為技術(shù)開(kāi)發(fā)的一大熱點(diǎn)，成為企業(yè)新上項(xiàng)目?jī)?yōu)先考慮的領(lǐng)域、企業(yè)降低碳排放的首選措施，也將是全球低碳合作的重要內(nèi)容。

以CO2為原料可以合成的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品有硼砂、水楊酸、尿素等；有機(jī)化工產(chǎn)品包括合成胺、合成甲酸及其衍生物及醛類(lèi)等；合成有機(jī)高分子化合物（如碳酸酯等）［4］。在國(guó)內(nèi)，廣東省依托中山大學(xué)于2009年成立了廣東省低碳化學(xué)與過(guò)程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室通過(guò)化學(xué)化工、材料科學(xué)和物理科學(xué)等學(xué)科的交叉融合，開(kāi)展節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣示范等方面的研究。其重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一就是二氧化碳的資源化利用，研究?jī)?nèi)容包括高效催化二氧化碳合成全降解塑料技術(shù)、高效催化二氧化碳與甲醇直接合成碳酸二甲酯技術(shù)、二氧化碳全降解塑料改性應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)及工業(yè)廢水催化處理及回收技術(shù)。其中孟躍中教授的研究團(tuán)隊(duì)在可降解二氧化碳共聚物的合成、二氧化碳全降解塑料產(chǎn)業(yè)化及產(chǎn)品應(yīng)用研究領(lǐng)域取得了一系列的研究成果，并且在河南天冠集團(tuán)建立了全球最大規(guī)模的年產(chǎn)5 000t二氧化碳合成全降解塑料生產(chǎn)線。

中科院廣州化學(xué)有限公司從1985年開(kāi)始就開(kāi)展了調(diào)聚二氧化碳樹(shù)脂和泡沫塑料的研究，并取得了多項(xiàng)研究成果。以二氧化碳和環(huán)氧化合物為主要原料，通過(guò)調(diào)節(jié)聚合制備液體脂肪族聚碳酸酯樹(shù)脂技術(shù)，進(jìn)而制備降解型聚氨酯泡沫塑料，由此制備的聚氨酯泡沫塑料可以完全生物降解且無(wú)有害物質(zhì)，減輕了廢棄塑料的“白色污染”。中科院廣州化學(xué)有限公司與江蘇省泰興市民營(yíng)企業(yè)金龍公司正式簽訂“利用二氧化碳制備聚碳酸亞酯和可降解型泡沫塑料”技術(shù)合同，以中科院廣州化學(xué)有限公司技術(shù)為依托，由企業(yè)投資進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)的轉(zhuǎn)化。二氧化碳制生物降解塑料技術(shù)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)意義，為綠色環(huán)保和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

江蘇中科金龍化工有限公司十多年來(lái)主要從事二氧化碳資源化利用及新材料制備的研發(fā)。公司擁有世界唯一1條萬(wàn)噸級(jí)全生物降解CO2基樹(shù)脂生產(chǎn)線。公司研發(fā)的聚碳酸亞丙酯多元醇是采用國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)流反應(yīng)裝置，以獨(dú)創(chuàng)的催化劑將工業(yè)廢氣CO2與環(huán)氧丙烷共聚而成的。聚碳酸亞丙酯多元醇是聚酯型聚氨酯的主要原料之一，以其合成的聚氨酯彈性是當(dāng)今理想的橡塑工程材料之一，實(shí)現(xiàn)了將工業(yè)廢氣CO2資源化，轉(zhuǎn)化成實(shí)用的新型材料，符合低碳經(jīng)濟(jì)的理念，同時(shí)給企業(yè)帶來(lái)了巨大的利潤(rùn)。

國(guó)內(nèi)已有多個(gè)企業(yè)利用CO2生產(chǎn)碳酸二甲酯，每生產(chǎn)1噸碳酸二甲酯就可消耗0.49噸CO2。山東石大勝華化工集團(tuán)股份公司是中國(guó)石油大學(xué)（華東）的校辦企業(yè)，年產(chǎn)10萬(wàn)噸碳酸二甲酯的裝置產(chǎn)能規(guī)模，是目前亞洲同行業(yè)中的最大生產(chǎn)廠商。隨著碳酸二甲酯下游市場(chǎng)的逐步開(kāi)發(fā)，用CO2生產(chǎn)碳酸二甲酯將成為重要的低碳技術(shù)之一。

2 提高煤炭化工業(yè)的利用率

煤是碳含量最高的化石能源，我國(guó)是煤炭生成和消費(fèi)大國(guó)，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，尤其是產(chǎn)生了大量的溫室氣體。為了適應(yīng)全球CO2減排的潮流和應(yīng)對(duì)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展面臨的能源瓶頸問(wèn)題，應(yīng)用低碳理念引導(dǎo)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，節(jié)能減排，提高燃料利用率。

提高煤炭的利用率，減少煤炭行業(yè)所帶來(lái)的污染，關(guān)鍵是進(jìn)行技術(shù)革新。北京低碳清潔能源研究所成立于2009年12月，主要致力于發(fā)展新技術(shù)，改善煤炭利用效率，在低階煤熱解技術(shù)、費(fèi)托合成催化劑、煤炭氣化、直接液化殘?jiān)?、煤制天然氣轉(zhuǎn)化、甲烷化催化劑等領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。副所長(zhǎng)劉科在大規(guī)模煤制清潔燃料關(guān)鍵技術(shù)及工藝集成研究、煤炭清潔高效可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用有著獨(dú)到的見(jiàn)解。通過(guò)對(duì)煤炭進(jìn)行分級(jí)煉制，在較低溫度下（200～350°C）去除煤中的水分，然后在550°C左右，煤中類(lèi)似油的揮發(fā)份釋出。煤中類(lèi)似石油的高價(jià)值組分揮發(fā)份等得以分離，所得到的煤焦油（揮發(fā)份的一部分）再拿到煉油廠去煉制可得高價(jià)值的油品和化學(xué)品，而在500°C左右時(shí)水銀和有機(jī)硫化物等也釋出，轉(zhuǎn)移到油、氣中的硫和汞，有相對(duì)成熟的脫硫脫金屬技術(shù)去脫除。經(jīng)過(guò)高值加工利用后，液體產(chǎn)物加工成化學(xué)品和油品，氣體產(chǎn)物用做清潔燃料，而脫水，脫汞，脫硫后的固體產(chǎn)物是燃燒或者是氣化的更清潔的優(yōu)質(zhì)原料，最終實(shí)現(xiàn)高水分、高揮發(fā)分煤的全質(zhì)利用。在煤分級(jí)煉制過(guò)程中，一部分能夠?qū)諝庠斐蓢?yán)重污染的硫、水銀等都被離析出來(lái)，水和揮發(fā)份脫除后，提質(zhì)煤的孔隙率增加，燃燒時(shí)其氮氧化物排放也相應(yīng)減少。這樣在產(chǎn)油的同時(shí)，把煤變得更干凈了，而且還有一部分高價(jià)值的焦油被煉制出來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，還可將干燥和熱解過(guò)程分離，使用系統(tǒng)中廢棄的低品位熱源（如燃燒廢熱、煤氣廢熱或者干熄焦廢熱等）完成干燥，而燃?xì)猱a(chǎn)生的高品位熱來(lái)完成熱解，通過(guò)這樣的能量分級(jí)利用來(lái)提高煤的轉(zhuǎn)化效率。在劉所長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，一項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤分級(jí)煉制技術(shù)即將運(yùn)用到呼倫貝爾年處理100萬(wàn)t褐煤提質(zhì)項(xiàng)目上。

3 發(fā)展清潔化學(xué)能源

3.1 低碳清潔燃料電池

低碳化學(xué)電源是指在二氧化碳低排放的前提下，將化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能和存儲(chǔ)過(guò)程的裝置。長(zhǎng)春應(yīng)化所是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展清潔化學(xué)電源的單位之一，在燃料電池、太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器等方向上取得若干具有影響力的創(chuàng)新成果。2010年以該研究所先進(jìn)化學(xué)電源實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)成立了“吉林省先進(jìn)低碳化學(xué)電源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，以新型低碳化學(xué)電源相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)為主要研究方向，著力開(kāi)展高性能長(zhǎng)壽命電池材料及其制備技術(shù)、新型關(guān)鍵部件制備技術(shù)、智能化電能轉(zhuǎn)化裝置集成技術(shù)的研發(fā)。郉巍研究員所在的研究團(tuán)隊(duì)的低碳清潔燃料電池研究成果獲得了教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，吉林省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

3.2 甲醇制取低碳烯烴（DMTO）技術(shù)

乙烯、丙烯等低碳烯烴是基本的有機(jī)化工原料，傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)強(qiáng)烈依賴(lài)于石油資源，而我國(guó)石油資源不足，煤炭資源相對(duì)豐富，因而發(fā)展以煤為原料制取石油類(lèi)產(chǎn)品的煤化工技術(shù)，由此替代石油，將會(huì)影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展和能源安全。

大連化物所從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，圍繞甲醇制烯烴催化劑和工藝技術(shù)進(jìn)行了30多年的研究工作，在催化劑、反應(yīng)工藝、工程化及工業(yè)化等方面取得了一系列技術(shù)發(fā)明和創(chuàng)新，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴技術(shù)。

2010年，我國(guó)利用DMTO技術(shù)建設(shè)完成了世界首套甲醇制烯烴工業(yè)化裝置，2011年起正式進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，我國(guó)率先實(shí)現(xiàn)了甲醇制烯烴核心技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用“零”的突破。甲醇制取低碳烯烴技術(shù)獲得了2014年度的國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

4 微波合成方法

在化工行業(yè)，大量的化學(xué)合成往往需要通過(guò)加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的加熱方式主要有酒精燈加熱、電熱套加熱、蒸汽加熱、電爐加熱、水浴加熱（100°C以下），油浴加熱、沙浴等。這些加熱方式都是采用外部熱源進(jìn)行傳導(dǎo)加熱，這種方法受制于對(duì)流和材料的導(dǎo)熱性能，因此傳熱速度慢，效率低，需要通過(guò)持續(xù)的不斷加熱，因而消耗了大量的能源。而且在加熱過(guò)程中，器壁溫度高于內(nèi)部反應(yīng)物，被加熱的物質(zhì)內(nèi)部由于受熱不均存在著溫度梯度，會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)熱，產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物。

1986年Ryamnod，J.Giugere等人發(fā)現(xiàn)用微波照射4-氰基苯氧離子與氰芐的SN2親核取代反應(yīng)可以將反應(yīng)速度提高1 240倍，而且產(chǎn)率也獲得不同程度的提高［2］。從此微波加快反應(yīng)速度在化學(xué)合成領(lǐng)域迅速引起了科學(xué)研究人員的重視。早在60年代后期，美國(guó)麻省理工學(xué)院就曾對(duì)微波能在化學(xué)中的應(yīng)用作了不少研究。在國(guó)內(nèi)，浙江大學(xué)的金欽漢教授首創(chuàng)了微波化學(xué)學(xué)科，中國(guó)科學(xué)院、蘭州化物所、吉林大學(xué)、云南大學(xué)、蘭州大學(xué)、四川大學(xué)等高校在微波等離子體化學(xué)和微波合成及反應(yīng)化學(xué)方面的研究都起步較早，并取得了有影響的成果。作為一門(mén)新興的前沿交叉學(xué)科，微波化學(xué)已經(jīng)在廣泛的實(shí)際應(yīng)用中顯示出空前強(qiáng)大的生命力，尤其是化學(xué)合成領(lǐng)域。

微波加熱能大大縮短反應(yīng)時(shí)間。廣州大學(xué)鄭成教授的研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于微波合成在精細(xì)化工領(lǐng)域的研究。為了研究微波加熱提高反應(yīng)速度的機(jī)理，課題組采用常溫加熱和微波加熱兩種方式來(lái)合成十二烷基甲基二羥乙基溴化銨，通過(guò)討論兩種合成途徑下的動(dòng)力學(xué)方程發(fā)現(xiàn)，微波合成降低反應(yīng)的活化能［3］。劉波等人［4］用二甲基十二烷基胺和氯乙醇在85℃下，傳統(tǒng)加熱方式下合成十二烷基二甲基羥乙基氯化銨需要51.5h，而在微波加熱下合成類(lèi)似的十八烷基甲基二羥乙基溴化銨［5］僅需25min，轉(zhuǎn)化率高達(dá)95.3%。采用微波加熱大大縮短了加熱時(shí)間，減少了能耗，提高了產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，符合綠色化工的理念，也迎合了低碳經(jīng)濟(jì)的思想。

此外，微波技術(shù)還在分析化學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如微波等離子體原子光譜分析法，MWP原子發(fā)射光譜分析法等，大大地提高了檢測(cè)的速度和準(zhǔn)確性。

低碳經(jīng)濟(jì)理念的提出，促使化工行業(yè)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，更要在技術(shù)方面進(jìn)行創(chuàng)新，本文介紹了四種低碳化工技術(shù)。低碳經(jīng)濟(jì)的提出，將促使化工行業(yè)不斷進(jìn)行技術(shù)革新，從源頭上減少碳?xì)怏w的排放，減少能耗，開(kāi)發(fā)清潔能源，發(fā)展綠色化工，保護(hù)我們的生存環(huán)境。

［1］李金芳，于欣偉，鄭成.綠色化學(xué)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.廣東化工，2004（8）:5-7.

［2］Gedy R.N.，Smith F.Microw ave assisted syntheses in household microwave ovens［J］.Terth Lett，1986，27（03）:279-282.

［3］鄭成，毛桃嫣，衛(wèi)云路，等.沸騰狀態(tài)下十二烷基甲基二羥乙基溴化銨微波合成的動(dòng)力學(xué)研究［J］.精細(xì)化工，2009（26）：131-135.

［4］劉波，司波.氯化十二烷基二甲基羥乙基銨的合成及性能［J］.遼寧化工，2006，35（1）:13-14.

［5］程文靜，鄭成，毛桃嫣，等.十八烷基甲基二羥乙基溴化銨的微波合成及性能［J］.化工學(xué)報(bào)，2011（62）:566-573.