淺談綠色化學28706編纂doc

1、淺談綠色化學王學軍(環(huán)境學院,F0716101班,學號5071619022)摘要:本文介紹了綠色化學的概念,進而論述了綠色化學的重要性,另外從加強綠色化學理念在教育中滲透及在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應用兩方面闡述了如何推廣綠色化學,并舉例介紹了綠色化學在皮革生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)中的應用關鍵詞;綠色化學,重要性,教育,應用Elementary Introduction of Green ChemistryWANG Xue-junAbstract:This paper introduces the conception of Green Chemistry, then discusses the importance

2、of Green Chemistry, and on the other hand, expounds how to extend Green Chemistry from two sides, which are strengthen the filter during education and the application in industry and agriculture, and at the same time makes examples for the use of Green Chemistry in leather industry and agriculture.K

3、ey words:Green Chemistry, importance, education, application.引言:人口在增長,人類對糧食農(nóng)作物生活用品的需要也在不斷的增長糧食農(nóng)作物和生活用品的生產(chǎn)都直接或間接依賴于化學,而當前自然界的環(huán)境問題正日趨嚴重,為了解決這一問題,新的方法被提出來,綠色化學應運而生1.綠色化學概述1.1綠色化學的定義綠色化學(Green Chemistry)又稱環(huán)境友好化學 (Environmentally Friendly Chemistry)按照美國 綠色化學 (<<Green Chemistry>>)雜志的定義,綠色化學是指在

4、制造和應用化學產(chǎn)品時有效利用原料,消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑與溶劑;在化學反應過程中以“原子經(jīng)濟性”為基本原則,即在制備新物質(zhì)的過程中充分利用每種原料原子,實現(xiàn)“零排放”,既充分利用資源,又不產(chǎn)生污染,建立環(huán)境友好的工藝,使化學工業(yè)得以可持續(xù)發(fā)展1996聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署對綠色化學進行了新的定義:“用化學技術和方法去減少或消滅那些對人類健康或環(huán)境有害的原料產(chǎn)物副產(chǎn)物溶劑和試劑的生產(chǎn)和應用”不管是哪一種定義,總之,綠色化學研究的目標就是從節(jié)約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革傳統(tǒng)化學,運用現(xiàn)代科學技術的原理和方法從源頭上減少或消除化學工業(yè)對環(huán)境的污染,從根本上實現(xiàn)化學工業(yè)的“綠色化”,

5、達到環(huán)境經(jīng)濟和社會等三方面的和諧發(fā)展它的全新觀念使我們對環(huán)境的治理從治標轉向治本現(xiàn)將專業(yè)人士提出的關于綠色化學的l2條原則1以及5R原理2列出如下,以對綠色化學的概念有一個進一步的了解1.2綠色化學的十二條原則(1)廢物產(chǎn)生最小化;(2)原子經(jīng)濟反應最大化;(3)有毒有害物質(zhì)用量最小化;(4)有效產(chǎn)品P毒性物質(zhì)比率最大化;(5)溶劑和其他助劑輔料用量最小化;(6)可再生回收資源的利用最大化;(7)低能耗;(8)盡力避免毒副反應的產(chǎn)生;(9)選用理想的催化劑;(10)產(chǎn)物對環(huán)境無害;(11)有害物質(zhì)生產(chǎn)中預防性檢控措施;(12)選用具有最小危害性的原料和中間體1.3綠色化學的5R原理(1)減量:

6、減少試劑的用量;(2)減廢:減少廢產(chǎn)物的生成;(3)回收:回收用過的試劑;(4)再生:重新使用用過的試劑;(5)拒用:拒絕使用有毒的物質(zhì)2.綠色化學的重要性我們以農(nóng)作物生產(chǎn)中為例來說明綠色化學的重要性.3在農(nóng)作物的生產(chǎn)中,為了增產(chǎn),我們希望能夠通過施用農(nóng)藥除去毀壞莊稼的害蟲,通過施用化肥使農(nóng)作物豐收但是這是一把雙刃劍,它的危害有:第一,持續(xù)地用這些化學試劑,會在生物體內(nèi)積累致癌物誘導機體發(fā)生突變的物質(zhì)通過一些生物進入整個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),進而最終進入消費者體內(nèi)第二,基因遺傳使害蟲具備抗藥性,而且藥劑往往會對不屬預定目標的種類造成傷害,這些都暗示著,現(xiàn)在的藥劑對害蟲不會有很長時間的效力非洲報道

7、有些試劑有效期還不足5年第三,一些訓練不足的人使用人造化學試劑和殺蟲劑甚至對其健康造成嚴重的危害世界衛(wèi)生組織估計每年三百萬人急性藥劑中毒,由于中毒死亡的人數(shù)從原來的30萬一直在增加第四,在生產(chǎn)藥劑和使用它們的區(qū)域,往往引起許多環(huán)境問題在最近這些年里,迫于競爭壓力,有很多發(fā)達國家的廠家把生產(chǎn)基本化學試劑漸漸轉變?yōu)樯a(chǎn)特殊試劑和一些高利潤的產(chǎn)品與此同時,發(fā)展中國家的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)卻增長其生產(chǎn)殺蟲劑等農(nóng)業(yè)化學試劑,還有其他的基礎的化學試劑經(jīng)濟合作與發(fā)展組織報道說,生產(chǎn)化學試劑已經(jīng)從對環(huán)境標志要求嚴格的發(fā)達國家轉移到相對松的發(fā)展中國家最后,廢棄的殺蟲劑的聚集造成了對環(huán)境的不可摹狀的災難雖然有很多殺蟲劑已經(jīng)被

8、嚴令禁止,但對于殘留的化學試劑人們卻沒有有效措施聯(lián)合國糧食農(nóng)業(yè)組織預計至少有10萬噸廢棄的試劑未能得到處理在發(fā)展中國家,其中非洲國家23萬噸;例如摩洛哥有3千噸,包含127種類型最多被廢棄掉的是有機氯殺蟲劑,像DDT,狄氏劑(氧橋氯甲橋萘,化合物497)等一場國際性的戰(zhàn)斗銷毀(處理)這些化學試劑正在進行,但成本是令人驚愕的聯(lián)合國糧食農(nóng)業(yè)組織預計這將會花35004000美元來徹底處理非洲的1噸殺蟲劑,遠遠的超出了當初生產(chǎn)的成本鑒于上述原因,對于世界化學,生物,農(nóng)業(yè)來講都是一個嚴峻的考驗我們要探求新的更有效的解決方法,這就是,為什么綠色化學很重要的一個原因它提供了工具來保護我們的環(huán)境質(zhì)量,在面對當

9、前對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量要求日益增大的情況下,綠色化學正起著越來越重要的作用3.怎樣推廣綠色化學3.1綠色化學在教育中的滲透3.1.1編寫有關綠色化學的教材4教材是教學的基礎與前提,編寫優(yōu)秀的教材對于教學影響深刻在教材中,應當體現(xiàn)綠色化學的理念,以綠色化學原理知識為基礎,以綠色化學為主線,以學科交叉融合為前提構建新的教材體系,充分體現(xiàn)前沿性前瞻性創(chuàng)新性和發(fā)展性53.1.2培養(yǎng)高素質(zhì)的師資力量高素質(zhì)的教師是培養(yǎng)造就高素質(zhì)學生的根本保證綠色化學是化學與環(huán)境科學生物科學物理科學醫(yī)學科學相結合的產(chǎn)物因此,化學教學工作者不僅要系統(tǒng)地學習綠色化學的理論知識,掌握綠色化學技術,了解其最新研究成果和發(fā)展動態(tài),學習與之相關

10、的學科知識,還必須具有扎實寬厚的化學基礎知識理論和技能這樣,綠色化學的理論與實踐才能更加有機的結合起來3.1.3綠色化學實驗室建設6綠色化學實驗是在綠色化學的思想下,用預防化學污染的新思想和新技術,對常規(guī)實驗進行改革而形成的化學實驗新方法7開展綠色化學實驗的途徑可分為:(1)精選實驗內(nèi)容,嚴格控制反應條件;(2)開展微型化學實驗及半微量化學實驗;(3)改進實驗方法,降低污染指標;(4)巧妙編排實驗次序,實現(xiàn)實驗產(chǎn)物的再利用;(5)實驗過程中注重廢液的收集;(6)運用現(xiàn)代教育技術,減小化學實驗的環(huán)境危害通過這一系列的步驟,基本能達到綠色化學實驗的要求,這樣可有效減少實驗室向環(huán)境中污染物的排放3.

11、2 綠色化學在生產(chǎn)中的應用舉例3.2.1綠色化學在皮革工業(yè)中的應用綠色化學要求從化工生產(chǎn)的原料階段就要考慮是否會對生態(tài)和資源造成污染和消耗皮革生產(chǎn)的主要原料生皮來源于動物,是一種生物質(zhì)原材料從這一點上來說,制革業(yè)的原料是一種可再生資源,符合綠色化學中對于原料可再生的要求但是由于皮革加工過程中需添加多種無機有機試劑,因此產(chǎn)生的廢棄物,污染物較多,給環(huán)境造成了沉重的CODBOD固體懸浮物硫化物固體廢棄物等污染,同時也是對資源的一種巨大浪費所以,在皮革的生產(chǎn)過程中,應當努力做到以下幾點:第一,改變傳統(tǒng)的工藝路線,采用低污染少消耗的清潔化制革技術;第二,更新或取代對環(huán)境有毒有害的皮革化學品;第三,加快

12、固體廢棄物,如皮革屑毛發(fā)等再生利用的研究,使資源得到充分利用下面我們具體來介紹幾點綠色化學在皮革工業(yè)中的應用3.2.1.1制革廢液的循環(huán)使用制革過程產(chǎn)生的廢液是Cr3+和S2-的主要來源將廢液循環(huán)利用是消除污染,節(jié)約水資源的有效途徑王平義8等將鉻鞣廢液回用于需要鉻鹽的復鞣染色加油工序,將鉻完全耗盡在生產(chǎn)過程中,實現(xiàn)了無廢鉻排放的清潔制革3.2.1.2高吸收鉻鞣鉻鞣是皮革生產(chǎn)中主要使用的鞣制方法,但在當前的鉻鞣過程中,鉻的吸收率都難以超過90% ,因此含鉻廢液的排放給環(huán)境造成了極大的壓力,同時也是對鉻資源的浪費減少鞣制過程中鉻排放的一個解決方法就是采用高吸收鉻鞣工藝王鴻儒9等制備的惡唑烷酸鞣劑M

13、OCA(5一甲基一4一惡唑烷酸鹽)用于兩步法鉻鞣,經(jīng)檢測,皮革對鉻的吸收率可達98% 圖1 5-甲基一4惡唑烷酸鹽(MOCA)3.2.1.3無鉻鞣清潔技術THP鹽(Tetrakis Hydroxymethyl Phosphonium Sah,四羥甲基季鱗鹽)本身具有阻燃殺菌防腐和助染等性能,可以在鞣制的同時賦予皮革更多的功能性,被認為是一種極具前途的有機鞣劑蔣嵐10等利用丙烯酸樹脂和THP鹽結合鞣制,得到皮革的收縮溫度可達到85 圖2 THP鹽結構示意圖3.2.1.4其他清潔化技術脫毛也是皮革生產(chǎn)中污染排放的主要來源之一J.Friedrich11 研究了由小孢根毛束霉產(chǎn)生的一種真菌角蛋白酶對豬

14、表皮層的降解作用實驗表明,這種酶在對真皮層沒有影響的情況下能夠水解皮表層的角質(zhì)層,同時也將毛根的皮鞘水解,從而實現(xiàn)脫毛皮革的加工過程需要在不同的酸堿條件下進行,要求反應條件變化較大,這就直接導致了工序的繁瑣,大量無機有機試劑的反復加人和排放Palanisamy Thanikaivelan 12等人用生物酶和生物催化劑處理原皮,在pH=8時將脫毛去肉與解纖一同完成,其后采用不浸酸高吸收鉻鞣法鞣制所得皮革與傳統(tǒng)方法相比,在性能與手感上都基本相似,并且皮革的柔軟度可控最終排放減少COD80% ,固體總廢物85% ,鉻80% 3.2.2綠色化學在農(nóng)業(yè)中上的運用3在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,為了減少對環(huán)境的污染物排放

15、,可以運用綠色化學新理念,下面我們簡單地介紹幾個在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用綠色化學的例子3.2.2.1信息素在化學合成時代到來之前,自然進化出許多植物自身保護的機制一種控制害蟲的方法就是用人造的信息素來干擾目標害蟲的生理周期信息素恰就是對付害蟲的好方法而且無毒但是由于需要高純度使得造價很高為了既提高產(chǎn)量又減少消費,道格拉斯大學發(fā)明了一種以生物觸酶為基礎的方法這種過程用分子的遺傳學來建造重組細胞酵母來生產(chǎn)用催化特殊的信息素媒介地方法,以便宜的脂肪酸為原料,在很大程度上降低了成本模仿天然物質(zhì)的殺蟲劑Rohm和Haas發(fā)明了一套新的殺昆蟲的化合物這種殺蟲劑模仿天然的荷爾蒙,可以使昆蟲開始蛻皮而這個時候,昆蟲不

16、再進食,于是由于脫水和饑餓而死去但這種生理學上的行為只針對毛蟲蛻皮再沒有第二種動物,哺乳類,鳥類水棲類會受影響食肉的益蟲不受影響而且,工人的健康受到了保證,不再會有致癌物,誘導突變物等等存在另一種主要的類似殺蟲劑作用的方法是azadirachtin這種植物學的兌付蟲子的生長調(diào)整者,是從一種谷粒中提取的,可以使昆蟲蛻皮受到蛻化素的干擾很多昆蟲都會受到影響,包括蚜蟲,粘蟲,和一系列雙翅雷德和鱗翅類的害蟲3.2.2.3盡量用較少的氮肥NH3是肥料中N元素的主要提供者,尿素里N的含量最多作為N的固態(tài)化合物,而且和其他化肥,像(NH3)2HPO4,KCl混合,它有很多良好的特性然而尿素很容易分解出里面的

17、氨,要丟掉30%為了挽回銨的流失,IMC-Agrico Co發(fā)明了AGROTAIN,其中有n個丁基-對硫磷一旦尿素被使用,NPBT作為尿素酶抑制者,減慢尿素的水解,從而實現(xiàn)節(jié)約另一種綠色化學方法是少量傳入TPA來增加植物對營養(yǎng)和肥料的吸收,減少化學物質(zhì)的使用這樣就可以提高產(chǎn)量而不損害生態(tài)TPA能被生物分解,而且毒性比PAC更小TPA也被用作去垢劑等等3.2.2.4生物工藝學的應用有人合成了一種由微生物引起的殺蟲劑,在其中微生物是活躍因素由微生物引起的殺蟲劑是通過它們的特殊的對昆蟲的作用而識別的這種工藝起源于植物合成一體的殺蟲劑,植物被誘導產(chǎn)生出自己的殺蟲的化合物,用附加的起源材料細菌產(chǎn)生出蛋白

18、質(zhì)通過破壞目標的消化系統(tǒng)而殺死害蟲這種工藝已經(jīng)被廣泛的推行了基因遺傳方法的應用生物科學有限公司研發(fā)了一種全新的植物蛋白在40種植物上作的實驗指出這種植物蛋白對一系列真菌的,濾過性病毒的,細菌的疾病的有效的抵抗這些種類產(chǎn)量增加了10%20%,而且不用使用傳統(tǒng)的化學試劑徹底的減少了化學試劑的使用和工人們的暴露另外,這些植物蛋白可以促進營養(yǎng)的吸收,光合作用,根系發(fā)展,而且它是在以水為基礎的發(fā)酵反應上形成的,沒有其他任何化學物質(zhì)的參與,也沒有任何化學廢棄物的產(chǎn)生4.總結在環(huán)境問題日益凸顯資源日益緊缺的今天,綠色化學正顯示出越來越蓬勃的生命力,我們有理由相信:在未來,綠色化學將在生產(chǎn)生活中將發(fā)揮更多的作

19、用參考文獻: 1 Amstas P T,Warner J G.Green Chemistry:Theory and PracticeM.oxford:oxford Univ Press,1998.2 陳彥玲,唐艷茹,蔡艷. 綠色化學的理念在中學化學實驗教學中的滲透J. 長春師范學院學報(自然科學版), 第26卷第6期:140-143.3 DENNIS L. HJERESEN,RANGEL GONZALES. Can green chemistry promote sustainable agricultureJ. March 1, 2002 / Volume 36, Issue 5 / pp 102 A107 A.4 葛霆,劉薇.中國公眾理解科學J.科學研究,1995(1):14.5 舒代寧.可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境教育J.四川環(huán)境,2001(2):6466.6 高 濤. 綠色化學實驗室建設探討J. 綠色化學實驗室建設探討, 第27卷第6期:77-79.7 陳明凱.綠色化學實驗當代化學實驗改革新課題J.甘肅高師學報,2001,(5):9192.8 王平義,李書平.功能皮革化學品與無廢