浅谈绿色化学
摘要：绿色化学诞生于20世纪末，其根本目的就是从节约资源和防止环境污染的观点来重新认识化学和化工。绿色化学的目标在于从源头上制止污染，追求可持续发展。本文主要介绍绿色化学的概念，绿色化学与环境保护，利用绿色化学开发新能源和生产绿色产品以实现绿色可持续发展理念。明确绿色化学的意义在于为人类社会和生态环境做贡献，发展环境友好化学。
关键词：绿色化学环境保护环境友好原料环境友好产品可持续发展
正文：
一、绿色化学
人类社会进入21世纪后，工业文明对环境的破坏日趋严重，人类正面临有史以来最严重的环境危机，化学化工在为人类物质文明做出重要贡献的同时，也给环境和人类健康带来了一定的危害。为坚持贯彻绿色发展理念，提出了绿色化学这个概念。下面介绍一下绿色化学理念的内容：
1、绿色化学定义
按照美国《绿色化学》（GreenChemistry）杂志的定义，绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用（最好可再生）原料，消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源，避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发，并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。
2、绿色化学的12项原则
为了简述绿色化学的主要观点R.T.Anastas和J.C.Waner在1998年出版的《绿色化学——理论与实践》中提出绿色化学的12项原则而在2020年1月，绿色化学之父，耶鲁大学教授Paul T. Anastas 和原《绿色化学》期刊主编，亚琛工大教授Walter Leitner等人执笔的综述-Designing for a green chemistry future。作者提出了未来化学领域必须做出的十二项改变，也可以说是新版绿色化学十二原则：
（1）Mostly linear processes → Circular processes从线性过程到环形过程。
（2）Fossil feedstocks → Renewable feedstocks从化石能源到可再生能源。
（3）Reactive， persistent， or toxicchemical reagents and products → Benign chemical reagents andproducts从高活性、难降解、剧毒的化学试剂和产品到环境友好型的化学试剂和产品。
（4）Catalysis using rare metals → Catalysis using abundant metals， enzymes， photons，or electrons从使用稀有金属催化剂到使用储量丰富的金属催化剂，或者酶催化、光电催化体系。
（5）Covalent bonds → Weak noncovalent interactions从设计合成稳定难降解的共价键分子体系到易于降解的非共价键分子体系。
（6）Conventional solvents → Low toxicity， recyclable， inert， abundant， easilyseparable green solvents or solventless从使用传统溶剂到使用低毒、可回收、惰性、储量丰富、易于分离的绿色溶剂或者无溶剂体系。
（7）Material-andenergy-consumingisolation and purification →Self-separating systems从损失与耗能严重的分离提纯体系到自分离体系。
（8）Large “waste”volume → Atom-， step-， and solvent-economical processes从产生大量废弃物的体系到原子经济性、步骤较少以及溶剂耗费较少的体系。
（9）“Waste”treatment →“Waste” utilization从废物处理到废物综合利用。
（10）Design exclusively for use phasewith reliance on circumstantial control →Intentional molecule design for full life cycle从环境依赖型的单一功能分子设计到统筹全生命周期的分子设计。
（11）Performance = maximize function → Performance = maximize function + minimize hazards从传统的评价模式，即功能最大化到新型的评价模式，功能最优的同时毒性最小。
（12）Maximum chemical production forincreased profit → Maximum performance withminimal benign material use for increased profit从利润最大化为目的的化学品生产到利润增长的同时尽量减少原材料的使用。
这十二项原则为今后绿色化学的发展提供了有效指导。
二、绿色化学与环境保护
实际上，绿色化学不是一门全新的科学，也不纯粹是传统化学科学的发展，它是一种的哲学思想，它要求化学家在研究化学转化的同时，研究这种转化对环境、健康和安全的影响。众所周知，煤、石油、天然气等矿物质资源是非可再生资源，并且人类在使用其过程中排放出大量的废气废水废渣，严重污染生态环境。传统的化学生产给环境带来的污染十分严重，据不完全统计，全球二氧化碳和各种有害气体污染每年都呈上升状态，使大气污染日趋严重；大量使用的各种塑料产品和原材料加剧了白色污染；大量农药与化肥的使用也使得农田倾向于贫瘠化。对大自然和生态环境而言，绿色化学要求社会和经济发展要与之相协调，不损害和浪费自然资源。绿色化学与环境保护密切相关，其目标和任务是积极主动地防治环境污染，但又决不是简单意义上的环境保护。绿色化学对环境保护做出的贡献主要有：
（1）二氧化碳的有效吸收。现在全球的温室效应越来越严重，造成温室效应的主要来源是燃烧产生的二氧化碳。常温下，二氧化碳是一种无色无味的气体，密度比空气略大，溶于水得到碳酸。燃烧煤炭生成的二氧化碳无法在短时间内彻底消除。正因为绿色化学研究的推进，现今已经研究出膜分离技术、碳酸钾加热化学吸附法、乙醇物理吸附法、有机胺吸收法等相关方法对二氧化碳进行有效吸收。
（2）用环境友好原料替代氟利昂，保护臭氧层
在制冷条件快速发展的过程中，氟利昂的出现为臭氧层带来了巨大危害。氟利昂在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，当部分氟利昂上升到平流层后，会在紫外线的作用下被分解，其中含氯的氟利昂分子会分离出氯原子，然后同臭氧发生反应，从而破坏臭氧层。因此依照绿色化学理念，化学家们用环境友好原料替代氟利昂。例如：R-134a毒性非常低，在空气中不可燃，安全类别为A1，是很安全的制冷剂；R404A是一种不含氯的非共沸混合制冷剂，常温常压下为无色气体，贮存在钢瓶内是被压缩的液化气体。类似替代产品的出现推进了绿色可持续发展。
三、环境友好原料
今年来绿色化学理论已经在国内外有了很好的发展。绿色化学的定义表明它是运用现代技术的原理、技术或方法来减少或消除化学物品在设计、生产和应用中对人类健康生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等化学物品的使用和产生。绿色化学反应包括对环境友好的化学工艺和“原子经济”反应。Trost在l991年首先提出了原子经济性（Atom economy）的概念，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成、产物，不生副产物或废物。实现废物的“零排放”（Zeroemission）。对于大宗基本有机原料的生产来说，选择原子经济反应十分重要。但在工业上应用的原子经济表明，对于已在工业上应用的原子经济反应也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究，加以改进。
另外采用环境友好的原料，催化剂符合绿色化学理念，有利于可持续发展。其中亟待利用的一种环境友好原料为二氧化碳。二氧化碳是地球上最为丰富的一碳资源，地球上二氧化碳含碳量为1014吨，二氧化碳潜在资源碳酸盐含碳量为1016吨。全球二氧化碳年排放量为290亿吨但利用量却只有1亿吨。这说明二氧化碳的利用率不高，提高二氧化碳利用率是绿色化学面临的问题之一。目前已经出现几种利用：
（1）利用二氧化碳和环氧化物合成环状碳酸酯，本反应是原子经济反应，替代传统用剧毒光气合成环状碳酸酯。
（2）利用氨基酸催化二氧化碳和环氧化物合成环状碳酸酯。
（3）利用二氧化碳合成氨基酸-β-氧代丙酯。
（4）转化二氧化碳为丁二羧酸。
环境友好原料不止二氧化碳一种，相信在绿色化学继续发展的前提下，环境友好材料一定会为社会生产和生活带来更大的环境效益，体现了当代绿色化学的意义。
四、环境友好产品
在环境友好材料出现的同时环境友好产品也开始迅速发展，相继出现了可降解塑料，环境友好农药，绿色燃料，环境友好催化剂等产品。
1、可降解塑料
传统塑料作为一种合成材料，具有质量轻、强度高、易加工成型及性价比良好的优点，已成为生产生活中不可缺少的一部分。但这些塑料废弃之后对环境造成了极大的破坏，形成“白色污染”。绿色化学研究人士就白色污染问题展开了研究并取得了相当的研究成果。
（1）光降解塑料就是靠吸收太阳光引起光化学反应而分解的塑料，一般分为两种—是在高分子材料中添加光敏感剂，敏感剂吸收光能后所产生的自由基促使高分子材料发生氧化作用以达到裂化的目的；二是利用共聚方式，将适当的光敏感剂倒入高分子结构内赋予材料光降解的特性。常用的光降解剂有：金属盐类、二茂铁衍生物类、羧酸盐类、烷基硫代氨基甲酸铁类等。
（2）生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。其中比较典型的代表有obe降解塑料。
可降解塑料尽管存在种种问题，但它的发展方兴未艾。它不但在一定程度上缓解了环境污染，而且对日益枯竭的石油资源也是一个补充。据日本生物降解塑料实用化检讨委员会预测，今后10年内全世界生物可降解塑料的市场规模为130万吨。我国每年产生的塑料垃圾达100万吨以上，若其中的20 %以降解塑料取代的话﹐需求量也在20万吨以上，市场潜力是很大的。可降解塑料的发展适应了人类可持续发展的要求，体现了绿色化学的意义。
2、环境友好催化剂
随着催化科学的发展以及人类环保意识和要求的日趋增强，一类可回收和可重复使用的固体催化剂正在逐步取代传统催化剂用于有机化学反应和有机合成工业。
（1）分子筛
分子筛是一种理想的适合于创造环境友好工艺的催化剂。因为它能择形催化，提供超高级别的反应选择性，具有很高的活性中心密度，能产生较高的反应速率；它可以再生，即使废弃也能与环境兼容，因为其自身就是天然原料，合成的与天然的完全相同。例如：利用择形催化技术创建了Mobil-Badges H-ZSM-5 基催化合成乙苯新工艺，取代了UOP 环境污染的老工艺。现在，工业乙苯合成的分子筛催化剂主要分为两类:以 ZSM-5 分子筛为代表的气相反应催化剂和以 Y 分子筛、β分子筛和 MCM-22 分子筛为代表的液相反应催化剂，液相反应催化剂代表今后的主要发展趋势。
（2）超分子化学催化
超分子化学催化技术是超分子化学与催化的交叉结合，催生了“超分子催化”这一前沿热点研究领域。我们课题组这方面的工作致力于利用各种超分子化学的手段实现对催化剂和反应组分的可控组装和非共价键修饰，结合超分子过渡金属催化和大环笼状分子模拟酶催化的特点，将模板导向组装、底物预组织、辅助因子催化等设计原则引入到新型大环超分子催化体系的设计与合成中，并主要用于探索有机小分子催化。
五、可持续发展
可持续发展一词最早是1972年在斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上提出的，它包括经济、社会和环境之间的协调发展。工业革命以后可持续发展被工业文明带来的污染所打破，人类在认识到环境问题的重要性以后将绿色化学理念提出，一定程度上推动了社会环境的可持续发展。由此可见，只有通过绿色化学的途径，从科学研究出发发展环境友好化学、绿色化工技术，才能解决环境污染与经济可持续发展的矛盾。在科学技术还没有发展到完全消除污染之前，绿色发展需要与可持续发展相结合；当然，即使科学技术足够发达到已经完全可以消除污染而达到实现绿水青山就是金山银山的愿景，作为化学人的我们心中应始终有着绿色化学可持续发展的念头。
结论：“绿色”是环境意识的革命，“绿色化学”则是化学学科的又一次飞跃。在当代，绿色化学为社会经济、社会环境、人类健康做出了一个又一个突出贡献，促进了人类生活水平的提高。绿色化学的出现使得可持续发展不再是纸上谈兵，化学家们有研究结果证明，我们的社会在绿色化学理论你的深入贯彻下一定会越来越好。相信在21世纪绿色化学继续为人类做出更大贡献！
参考文献：
（1）《绿色化学》美国.2010.
（2）R.T.Anastas和J.C.Waner.《绿色化学——理论与实践》.1998.
（3）Paul T. Anastas和Walter Leitner。Designing for a green chemistry future.2020.
（4）郑领英.膜分离与分离膜.高分子通报.1999.
（5）斯坦福大学教授B.M.Trost.原子经济性.1991.
（6）肖亚平.贝涣川.二氧化碳温室效应对策［J］.现代化工，1995.9.
（7）许勇.二氧化碳化学的发展和利用.化工进展［J］，1992.3.
（8）周鹏.可降解塑料的研究进展［J］.山西化工，2005 ，（2） :23 - 27.
（9）徐如人.《分子筛与多孔材料化学》.2004.
（10）联合国环境与发展委员会.《我们共同的未来》.1987.
Asymetric Catalysis with Helical Polymers Megens，R.P.；Roelfes， G.Chem.Eur.J.2011，17，8514-8523.
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