李西堯

（西北工業(yè)大學(xué)附屬中學(xué),陜西 西安 710072）

綠色化學(xué)系統(tǒng)及其評價體系研究

李西堯

（西北工業(yè)大學(xué)附屬中學(xué),陜西 西安 710072）

本文通過對于綠色化學(xué)概念以及12項(xiàng)原則的梳理，建構(gòu)出綠色化學(xué)系統(tǒng)，并在運(yùn)用專家分析法和層次分析法的基礎(chǔ)上建構(gòu)出綠色化學(xué)系統(tǒng)的評價體系，其目的在于對綠色化學(xué)評價指標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)路徑有一個更為清晰和全面的認(rèn)識。

綠色化學(xué)；系統(tǒng)；評價體系；原則；評價指標(biāo)

綠色化學(xué)的概念自20世紀(jì)90年代產(chǎn)生至今，經(jīng)過20余年的發(fā)展與演進(jìn)，已經(jīng)成為替代傳統(tǒng)化學(xué)的一種全新的科學(xué)思想。自其產(chǎn)生至今，不同的研究者對其進(jìn)行了不同的概念界定，如何全面地認(rèn)識綠色化學(xué)，并使其成為人們的一種生產(chǎn)實(shí)踐活動，需要借助于對綠色化學(xué)系統(tǒng)及其評價體系的全面認(rèn)識。

1 綠色化學(xué)概念及其原則

自20世紀(jì)80年代以來，相繼出現(xiàn)了環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)等概念，進(jìn)過近十年的發(fā)展，最終以綠色化學(xué)一詞被廣泛應(yīng)用。

1990年美國聯(lián)邦政府通過了“防止污染行動”的法令，將污染的防止確立為國策，該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學(xué)”一詞，其定義為“采用最少的資源和能源消耗，并產(chǎn)生最小排放的工藝過程?！?/p>

1996年綠色化學(xué)被首次定義，“綠色化學(xué)之父”Paul Anastas和Williamson將其界定為：“是用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消除那些對人類健康或環(huán)境有危險的原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑和試劑等的使用或產(chǎn)生?！?998年P(guān)aul Anastas和John C Warner對綠色化學(xué)的定義進(jìn)行了修訂，將其重新界定為：“利用一切原理來降低或消除在化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用中危險物質(zhì)的使用或產(chǎn)生?！?999年P(guān)aul Anastas將該定義進(jìn)一步修訂為 “設(shè)計能降低或消除危險物質(zhì)使用和產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品和過程[1]。”

隨后,國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）對綠色化學(xué)進(jìn)行了界定，將其定義為：“發(fā)明、設(shè)計和數(shù)數(shù)能降低或消除危險物質(zhì)的使數(shù)和產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品和過程”。美國化學(xué)會（ACS）將綠色化學(xué)定義為：“設(shè)計、開發(fā)和實(shí)施能減少或消除那些對人類健康和生態(tài)環(huán)境有危險的物質(zhì)的使數(shù)和產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品和過程”。美國環(huán)境保護(hù)署直接采用了Paul Anastas在1999年的綠色化學(xué)定義。至此，該定義成為綠色化學(xué)的經(jīng)典定義。

1998年P(guān)aulAnastas和JohnCWarner提出綠色化學(xué)的12項(xiàng)原則：防止廢物；設(shè)計更安全的化合物和產(chǎn)物；降低化學(xué)合成方法的危險性；使用可再生的原料；使用催化劑而非當(dāng)量試劑；避免化合物的衍生物；使原子經(jīng)濟(jì)最大化；使用更安全的溶劑和反應(yīng)條件；提高能源效率；設(shè)計可降解的產(chǎn)物；全程分析并防止污染；使事故的可能性降到最低[2]。2000年Hjeresen運(yùn)用12個關(guān)鍵詞語對這12項(xiàng)原則進(jìn)一步凝練，并成為學(xué)界普遍認(rèn)可并廣為傳播的12項(xiàng)原則。2005年TangSLY,SmithRL,PoliakoffM.等人在保留這些原則精髓的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個簡明的詞PRODUCTIVELY，用其中的每一個字母來替代表達(dá)Anastas等提出的綠色化學(xué)12項(xiàng)原則中每一條的含義。

從上述綠色化學(xué)的概念及其原則可以看出，綠色化學(xué)的目標(biāo)及其要素以及實(shí)現(xiàn)途徑都已被表達(dá)出來了，但是在表述中還存在一些缺陷，如將綠色化學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部目標(biāo)和外部目標(biāo)沒有加以區(qū)分，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中的過程以及環(huán)節(jié)沒有分層，尤其是對綠色化學(xué)作為一個系統(tǒng)的概念其表述仍不夠完整。這就導(dǎo)致人們難以找到綠色化學(xué)的目標(biāo)與原則以及所研究的各項(xiàng)指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系。本文將通過對綠色化學(xué)系統(tǒng)以及評價體系的研究進(jìn)一步闡明這一問題。

2 綠色化學(xué)系統(tǒng)

綠色化學(xué)作為一個系統(tǒng)，其包含內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)兩個層級，其中，綠色化學(xué)的內(nèi)部系統(tǒng)是指在化學(xué)自身范疇之內(nèi)所形成的以產(chǎn)品綠色化和過程綠色化為目標(biāo)的化學(xué)體系。而綠色化學(xué)的外部系統(tǒng)是指以實(shí)現(xiàn)化學(xué)的外部目標(biāo) （包括環(huán)境目標(biāo)、科學(xué)目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)等）為目的的系統(tǒng)。

2.1 綠色化學(xué)內(nèi)部系統(tǒng)

根據(jù)上述綠色化學(xué)的定義以及原則，本文認(rèn)為，綠色化學(xué)的內(nèi)部系統(tǒng)如圖1[3]所示。其中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色化和過程的綠色化是綠色化學(xué)內(nèi)部系統(tǒng)的目標(biāo)所在，而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，依賴于化學(xué)反應(yīng)的綠色化，而其又依賴于原料綠色化、催化劑綠色化、溶劑綠色化[4]、綠色合成工藝、新型分離技術(shù)以及新型實(shí)現(xiàn)技術(shù)[5]如圖1所示。

圖1 綠色化學(xué)內(nèi)部系統(tǒng)

2.2 綠色化學(xué)外部系統(tǒng)

從綠色化學(xué)的定義及其12項(xiàng)原則可以看出，綠色化學(xué)內(nèi)部系統(tǒng)的運(yùn)行目的在于實(shí)現(xiàn)滿足外部系統(tǒng)的需求。從外部系統(tǒng)來看，有三個評價維度：一是環(huán)境維度，即消除污染，這是綠色化學(xué)的核心外部評價維度；二是科學(xué)維度，即實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好約束下的化學(xué)與化工融合發(fā)展；三是經(jīng)濟(jì)維度，即降低生產(chǎn)成本，降低能源和資源成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展?；谶@樣三個維度的目標(biāo)建立起綠色化學(xué)的外部系統(tǒng)。

3 綠色化學(xué)系統(tǒng)的評價體系

基于上述綠色化學(xué)系統(tǒng)的建構(gòu)，本部分結(jié)合綠色化學(xué)評價的技術(shù)指標(biāo)、評估指標(biāo)以及實(shí)施方案，建構(gòu)綠色化學(xué)系統(tǒng)的評價體系。其中，對于體系的建構(gòu)主要采用層次分析法，對于指標(biāo)的選取主要采用專家分析法，如圖2所示。

圖2 綠色化學(xué)系統(tǒng)的評價體系

通過上圖可以看出，綠色化學(xué)是個完整的系統(tǒng)，其包含了內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)。其中，綠色化學(xué)的外部目標(biāo)除了環(huán)境目標(biāo)之外，還包括科學(xué)目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)；綠色化學(xué)的內(nèi)部目標(biāo)在于產(chǎn)品綠色化和過程綠色化?；谶@些目標(biāo)，建立了產(chǎn)品設(shè)計、原料、催化、溶劑、工藝改進(jìn)、分離技術(shù)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、反應(yīng)等8個技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而運(yùn)用原子經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境因子、環(huán)境熵、反應(yīng)速率、生命周期評價等5個指標(biāo)進(jìn)行評估。最后，提出了實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施方案，具體包括設(shè)計安全有效的目標(biāo)分子、尋求安全有效的反應(yīng)原料、尋求安全有效的合成路線、尋找新的轉(zhuǎn)化方法、尋找安全有效的反應(yīng)條件。

本文的學(xué)術(shù)價值在于：通過建立綠色化學(xué)系統(tǒng)及其評價體系，有助于學(xué)習(xí)和研究者全面認(rèn)識綠色化學(xué)、探求實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的目標(biāo)、尋求相應(yīng)的評價指標(biāo)和實(shí)施方案，進(jìn)一步理清這些要素之間的內(nèi)在聯(lián)系，有助于促進(jìn)綠色化學(xué)范疇界定的科學(xué)化與體系化。但是對于一些二級指標(biāo)的研究還存在不足，這也是后續(xù)研究需要進(jìn)一步解決的問題。

[1] 沈玉龍，舒世立.關(guān)于綠色化學(xué)概念的討論[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報.2014（2）：116.

[2] 蔡衛(wèi)權(quán)，程蓓，張光旭，等.綠色化學(xué)原則在發(fā)展[J].化學(xué)進(jìn)展，2009（10）：2003.

[3] 葛挺峰.基于綠色化工的化學(xué)反應(yīng)路徑評價及選擇[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004：15.

[4] 張運(yùn)申.環(huán)境友好型社會背景下的綠色化學(xué)技術(shù)應(yīng)用[J].化工管理，2015（1）：26.

[5] 貢長生.綠色化學(xué)化工過程的評估[J].現(xiàn)代化工，2005（2）：68.

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