沈慶科
摘要:隨著我國科技水平的不斷發(fā)展,我國的化工行業(yè)也得到了很大的發(fā)展,并且現(xiàn)階段開始趨于穩(wěn)定發(fā)展,為推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。在化工行業(yè)中精細(xì)化工格外的吸引人,因?yàn)樗粌H推動(dòng)化工行業(yè)向著精細(xì)化的方向發(fā)展,并且?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,而在精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)合成過程中會(huì)涉及到很多的化學(xué)應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)精細(xì)化學(xué)品清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)研究中,氧化反應(yīng)是應(yīng)用最廣,也是最難控制的一類反應(yīng)。本文將探述精細(xì)化學(xué)品的綠色氧化合成,實(shí)現(xiàn)資源利用過程和自然生態(tài)過程的協(xié)調(diào)。
關(guān)鍵詞:精細(xì)化學(xué)品;綠色氧化;合成;固體催化劑;仿生氧化
引言
在實(shí)現(xiàn)精細(xì)化學(xué)品清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)研究中,氧化反應(yīng)是應(yīng)用最廣,也是最難控制的一類反應(yīng)。在化學(xué)品中,通過氧化反應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品占有份額最大,由于氧化反應(yīng)產(chǎn)物大多是熱力學(xué)不穩(wěn)定的中間化合物,其反應(yīng)選擇性始終是最具挑戰(zhàn)性的難題.研究采用不產(chǎn)生污染的氧化劑如分子氧、過氧化氫等,選擇合適的催化劑和有效的反應(yīng)路徑,采用多種強(qiáng)化方法生產(chǎn)環(huán)境友好的精細(xì)化學(xué)品,是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的重要研究課題.而采用高效的催化劑、不使用有害的 劑、在溫和的反應(yīng)條件下,實(shí)現(xiàn)資源利用過程和自然生態(tài)過程的協(xié)調(diào),對于精細(xì)化學(xué)品的研究和開發(fā)過程中資源的有效利用以及環(huán)境的保護(hù)具有重大的意義。
1精細(xì)化學(xué)品定義
從廣義上來講,精細(xì)化學(xué)品就是精細(xì)化工產(chǎn)品的簡稱,可以定義為一種具備針對性功能、制造工藝復(fù)雜、步驟繁瑣,且產(chǎn)量小、高純度、高附加價(jià)值的化工產(chǎn)品。如果從生產(chǎn)的層面上,對其進(jìn)行定義,那么則可將精細(xì)化學(xué)品定義為,通過對大規(guī)?;瘜W(xué)品,或通用化學(xué)品進(jìn)行深入加工,所得到的具備特定應(yīng)用性能或潛在的特定應(yīng)用性能的化學(xué)品。
2精細(xì)化工的特點(diǎn)
當(dāng)前在國際上還沒有對精細(xì)化工形成統(tǒng)一的認(rèn)識和概念,籠統(tǒng)上進(jìn)行分析,精細(xì)化工主要指的是對一些精細(xì)化學(xué)品進(jìn)行生產(chǎn)的工業(yè),精細(xì)化工品主要具有以下特點(diǎn),首先其產(chǎn)量不是非常高,而且品種比較多。在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中,具有較快的更新?lián)Q代速度,通常使用間歇式生產(chǎn)的方式進(jìn)行生產(chǎn),其次這些產(chǎn)品具有最終使用性或者具有一定的功能,第三,在產(chǎn)品的功能和化學(xué)反應(yīng)之間息息相關(guān),在生產(chǎn)的過程中,主要由生產(chǎn)的工藝和原料對其產(chǎn)品的性能進(jìn)行確認(rèn),第四,在生產(chǎn)的過程中,對質(zhì)量要求和產(chǎn)品技術(shù)要求都比較高,另外這些產(chǎn)品具有很強(qiáng)的商品性質(zhì),簡而言之就是他們生產(chǎn)的目的就是為了銷售,最后他們具有較高的附加值,而且技術(shù)含量比較高,精細(xì)化工品主要是精細(xì)化工生產(chǎn)過程中的產(chǎn)物和化學(xué)工業(yè)的應(yīng)用息息相關(guān)。
3精細(xì)化學(xué)品地位
從地位上來看,精細(xì)化學(xué)品種類多、用途廣,是一種能夠直接服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)、群眾生活,以及高科技產(chǎn)業(yè)的重要物資?,F(xiàn)階段,國際精細(xì)化學(xué)品市場規(guī)模早已突破了3800億美元,所生產(chǎn),并投入使用的精細(xì)化學(xué)品高達(dá)10萬余種。從整體上來說,精細(xì)化學(xué)品早已在國際民生、國防安全、國民經(jīng)濟(jì)等方面占據(jù)了重要的地位。
4精細(xì)化學(xué)品分類
目前,精細(xì)化學(xué)品的種類極其豐富,導(dǎo)致人們在分類時(shí),形成了差異性的觀點(diǎn),但現(xiàn)階段,認(rèn)可度比較高的分類是由大連理工精細(xì)化工系的教授,以化學(xué)品功能為方向,結(jié)合我國精細(xì)化工的發(fā)展以及化學(xué)品分子結(jié)構(gòu)特征,提出的18個(gè)精細(xì)化學(xué)品類別,包括醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、粘合劑、香料等。
5精細(xì)化學(xué)品的綠色合成研究
5.1催化綠色合成技術(shù)
催化法作為中間體合成的主要方法,但傳統(tǒng)工藝存在催化劑無法循環(huán)使用、催化反應(yīng)腐蝕設(shè)備、催化反應(yīng)污染物形成數(shù)量多等問題。為此,人們開始積極運(yùn)用支持催化劑分離、循環(huán)使用的多相催化法,來構(gòu)建連續(xù)化的生產(chǎn)模式,由此實(shí)現(xiàn)催化合成工藝的綠色化,提升了精細(xì)化學(xué)品的綠色生產(chǎn)水平。就目前來看,催化綠色合成技術(shù)主要包括烷基化綠色合成技術(shù)、?;G色合成技術(shù)、酯化綠色合成技術(shù)、氧化綠色合成技術(shù)等。
其中,烷基化技術(shù)是指一種,基于酸堿催化反應(yīng)機(jī)理,通過將芳環(huán),及其側(cè)鏈進(jìn)行基化處理,實(shí)現(xiàn)中間體合成的合成技術(shù)。在具體的技術(shù)應(yīng)用中,人們通過用HSZM-5代替?zhèn)鹘y(tǒng)的AlCl3-HCl作為催化劑,構(gòu)建出了烷基化清潔工藝,能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑的分離和復(fù)用,且有害生成物也更少,使烷基化技術(shù)成為了一種綠色化的精細(xì)化學(xué)品中間體合成技術(shù)。
?;夹g(shù)作為香料化工生產(chǎn)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù),其的主要作用機(jī)理為,通過催化反應(yīng),對芳環(huán)的Friedel-Crafts予以?;幚恚灾苽涑龇纪鳛橄懔暇?xì)化學(xué)品的中間體。傳統(tǒng)條件下,人們會(huì)選用酸液作為催化劑,但這種催化劑具有污染大、能耗多等弊端,但現(xiàn)階段,人們已經(jīng)應(yīng)用了環(huán)境優(yōu)化的固體酸催化劑,構(gòu)建出了綠色化的酰基化技術(shù),達(dá)到了中間體綠色化合成的效果。
5.2非常規(guī)綠色合成新技術(shù)
非常規(guī)綠色合成新技術(shù),可以被分為非常規(guī)熱能技術(shù)、非熱能物理技術(shù)等多種類型。在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)中應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行中間體合成,能夠提高反應(yīng)效率、降低能耗、減少廢物排放,極為符合綠色化的精細(xì)化工發(fā)展趨勢。但現(xiàn)階段,普及應(yīng)用較為廣泛的非常規(guī)綠色合成新技術(shù)主要有三種,即微波強(qiáng)化技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、超聲強(qiáng)化技術(shù)。
其中,微波強(qiáng)化技術(shù)是指一種借助波長1cm~1m、頻率300GHz~300MHz的電磁波,進(jìn)行中間體合成反應(yīng)的綠色合成技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)最早由科學(xué)家Vanderhoff提出,其用微波爐加熱,來進(jìn)行乳液聚合反應(yīng),并發(fā)現(xiàn)在電磁波的作用下,聚合反應(yīng)會(huì)明顯加快,由此首次實(shí)現(xiàn)將電磁波用于有機(jī)合成,此后,Gedye與同事在微波爐中進(jìn)行了酯化反應(yīng),才讓微波技術(shù)成為了有機(jī)合成新技術(shù)。在中間體合成中應(yīng)用此技術(shù),能夠讓合成反應(yīng)效率更高、副產(chǎn)物更少、純化更方便,由此使合成反應(yīng)進(jìn)入環(huán)境友好的狀態(tài),同時(shí),此技術(shù)無需額外的催化劑等化學(xué)藥劑,而且能耗較低,所以此技術(shù)還具有明顯的經(jīng)濟(jì)性,提升了精細(xì)化工中間體合成反應(yīng)綠色化水平
電化學(xué)技術(shù)也可以被稱為電解合成技術(shù),此技術(shù)的主要作用機(jī)理在于,通過對反應(yīng)物施加電力,使其的電子轉(zhuǎn)移,形成新的物質(zhì),實(shí)現(xiàn)合成反應(yīng)。在中間體合成中,人們借助該技術(shù),可以用電力來代替高污染、劇毒有害的傳統(tǒng)氧化、還原劑,同時(shí)也支持合成反應(yīng)在溫和的條件下發(fā)生,因此,此技術(shù)不僅清潔,而且無需工作者花費(fèi)過多的成本創(chuàng)造反應(yīng)條件,使中間體合成反應(yīng)更具經(jīng)濟(jì)性。此外,該技術(shù)也具備極強(qiáng)的可控性,支持工作者通過調(diào)整電解條件、電解質(zhì)、電極這幾項(xiàng)要素,對合成反應(yīng)進(jìn)行選擇性的控制,由此清潔、高效地獲取目標(biāo)產(chǎn)物。
超聲強(qiáng)化技術(shù)是指利用高于20kHz聲波的超聲空化作用,進(jìn)行合成反應(yīng)的綠色合成技術(shù)。一般來說,在超聲空化作用下,局部區(qū)域可以達(dá)到5000℃高溫、10-9k/s溫度變化率、500大氣壓,同時(shí),還會(huì)引發(fā)極強(qiáng)的射流、沖擊波和放電,由此創(chuàng)作出一個(gè)能夠促進(jìn)合成反應(yīng)進(jìn)行的環(huán)境。而在此背景下,用超聲波代替三廢大、成本高、效率低的傳統(tǒng)氧化、還原劑,顯然能夠獲得更好的中間體合成綠色化建設(shè)效果。此外,超聲波應(yīng)用所需的能耗較低,而且可以減少副反應(yīng)的發(fā)生,使合成反應(yīng)效果達(dá)到更高的反應(yīng)物利用率,因此,應(yīng)用該技術(shù)還可以削減反應(yīng)成本,深入優(yōu)化中間體合成綠色化水平。
結(jié)束語:
現(xiàn)階段,精細(xì)化工的具體發(fā)展情況還處于在初步階段,因此需要大量的資金、時(shí)間投放到其中,而綠色精細(xì)化工具有非常多的優(yōu)點(diǎn),所以對其的研發(fā)更需要積極的投入。綠色精細(xì)化工可以使化工生產(chǎn)能夠進(jìn)行正常的運(yùn)行,對環(huán)境也不會(huì)造成嚴(yán)重的污染等,做到了環(huán)保性的生產(chǎn)應(yīng)用。因此,在未來的發(fā)展中需要對其進(jìn)行大量的研發(fā),這樣可以為社會(huì)帶來更多的福利。
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