摘要：绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学，它吸收了传统化学化工、环境、物理、生物、材料和信息等学科的最新理论和技术，代表了化学化工科学理念的重大变革，具有可持续发展的意义。本文介绍了绿色化学的一般概念及绿色化学与环境保护的关系，从主要研究内容及发展现状和趋势等方面阐明了绿色化学是可持续发展的必由之路。
关键词：绿色化学；可持续发展；环境保护
中图分类号： X13 文献标识码：A 文章编号：1007-0370（2011）09-0025-02
Green Chemistry and Sustainable Development
Gao Peng 1, Li Weijun2
（1.Inner Mongolia Academy of Coal Construction& Ecological Environment, Hohhot 010020；2.Inner Mongolia Water Conservancy and Hydropower Investigation Design and Research Institute，Hohhot 010018）
Abstract: Green chemistry is a complex subject to prevent the pollution at the beginnings, which absorbed the latest theories and technology disciplines from traditional chemistry and chemical engineering, environmental science, physics, biology, materials and information science and so on.It represents a major change in philosophy of chemistry and chemical engineering, with the meaning of sustainable development. This paper explained the general concept of green chemistry and the relationship between green chemistry and environmental protection, and clarified green chemistry is the only way to sustainable development from main research and trends of green chemistry.
Keywords：Green chemistry；Sustainable development；Environmental protection
人类赖以生存的世界乃至人本身，都是由物质组成的。而化学是制造新物质，并在原子、分子层次上研究物质的转化、制备、功能、用途，可以说凡涉及物质问题，便涉及化学。人类直接或间接地借助化学反应过程或化学物质，创造了辉煌的物质文明，也可以说化学科学的研究成果和化学知识的应用为推动人类的进步起到了决定性的作用。目前，化学及其制品已经渗透到人类生活、生产和国民经济的各个领域。一方面，化学化工的发展为人类的生活改善提供了源源不断的能源和物质基础，但同时又造成了很多的能源和环境问题。随着化学品的大量生产和广泛应用，人类对全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和资源的减少日益关注。当前，全球的10大环境问题（大气污染、臭氧层破坏、全球变暖、海洋污染、淡水资源紧张和污染、生物多样性减少、环境公害、土地退化和沙漠化、森林锐减及有毒化学品和危险废物）都直接或间接的与化学物质污染有关。仅以我国为例，根据世界银行发表的中国环境报告测算，每年环境污染给大陆地区造成的损失即达540亿美元，占全国GDP的8%，几乎冲抵了我国的年经济增长量。全世界目前每年产生3亿—4亿吨危险废弃物，中国化工业排放的废水、废气和固体废渣分别占全国工业排放总量的22.5%、7.82%、和5.93%，化学物质引起的环境污染已占总环境污染的80%~90%。
我们只有一个地球，面对严重的环境问题，仅依靠开发更有效的污染控制技术对改善环境是很有限的，而应该把注意力集中到原始污染的预防上则对消除污染更有效。“绿色化学”的出现，为人类最终从化学的角度解决环境和能源问题带来了新的希望。
1 绿色化学的涵义
绿色化学又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或停止那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用与产生。绿色化学的理想是使污染消除在生产的源头，使整个合成过程和生产过程对环境友好，不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。这是治本、治根，是从根本上消除污染的对策。
从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容的更新；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它合理利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。
2绿色化学与环境保护
绿色化学与普通意义上的“环境保护”不同，它们属于两个不同层次的概念。环境保护强调对已被污染的环境进行治理，使之恢复到被污染前的面目，而绿色化学则强调从源头上阻止污染物的生成，即所谓污染预防。环境保护实际上带有一种被动的色彩，是在已经对环境造成破坏的前提下，迫使人们去反思，是一种不得已而为之的被动行为。绿色化学不是被动地治理环境污染，它是从根本上切断污染源，主动地防止化学污染，体现原子经济性，是更高层次的环境友好化学、洁净化学。其核心是要利用化学原理从源头消除污染，因此过程和终端均为零排放和零污染。绿色化学是化学、化工发展的新阶段，是实现可持续发展战略的重要组成部分，具有重大的社会、环境和经济效益 。
3绿色化学的原则和主要研究内容
为了正确评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的，P.T.Anastas和J.C.Waner提出了绿色化学的12条原则作为评估的指导方针和标准，它反映了目前绿色化学的研究内容，也指明了未来绿色化学的研究方向，其主要内容是：
（1）预防环境污染。从源头制止污染，而不是废物产生后再处理。这既能带来经济效益又能带来环境效益。通过有意识地设计一个不产生废物的反应，分离、治理和处理有毒物质的必要就减少了。
（2）原子经济性。绿色化学的主要特点是原子经济性。原子经济性的目标是使原料分子中的原子更多或全部地进入最终的产品之中。最大限度地利用了反应原料,最大限度地节约了资源；最大限度地减少了废物的排放；因而最大限度地减少了环境污染，适应可持续发展的要求。
（3）无害化学合成。在合成方法中尽量不使用、不产生对人类健康和环境有毒有害的物质。只要可能，反应和工艺设计应考虑使用更安全的替代品。
（4）设计安全化学品。设计具有高使用价值、低环境毒性的化学产品。
（5）使用安全溶剂和助剂。尽可能不使用辅助物质（如溶剂，分离试剂等）。在必须使用时，采用无毒无害的溶剂代替挥发性有毒有机物作溶剂已成为绿色化学的研究方向。
（6）提高能源经济性。合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响，应设法降低能源消耗，最好采用在常温常压下能够进行的合成方法。
（7）使用可再生原料。在经济合理和技术可行的前提下，选用可再生资源代替消耗资源，如用酶为催化剂，以生物质（生物体中的有机物）为原料的可再生资源代替不可再生的资源如石油，符合生态循环的要求。
（8）减少衍生物。应尽可能减少不必要的副反应，以减少这些不必要的副反应中需要添加的试剂和可能产生的废物。
（9）新型催化剂的开发。尽可能选择高选择性的催化剂，这种催化剂在选择性和减少能量方面优于化学计量反应。催化剂在降低活化能的同时，也能降低反应所需能量，其较高的选择性可减少反应废物的产生。
（10）降解设计。在设计化学品时就应优先考虑在使用完后应能降解成无害的物质并能进入自然生态循环。
（11）预防污染中的实时分析。发展在线监测、分析技术以便监控有害物质的形成。在线监测可以优化反应条件，有助于产率的最大化和有毒物质产生的最小化。
（12）防止意外事故发生的安全工艺。选择参加化学过程的物质，采用安全生产工艺，使化学意外事故的危险性降到最低。
4绿色化学发展现状和趋势
绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，并得到世界各国政府、企业界和化学界的普遍关心和重视。1991年其重要的基本概念“原子经济性”，由美国著名有机化学家Trost在《Science》上提出。1996年，美国总统克林顿设立了一个新奖项“总统绿色化学挑战奖”，开始对每年在绿色化学方面做出重要贡献的化学家和企业颁奖；日本也制定了新阳光计划，确定了绿色化学的研究与开发内容。在国内，绿色化学的发展也如火如荼， 1995年中科院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。1997年由国家科委主办的第72届香山科学会议在北京召开，会议的主题就是“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”，这个会议宣告了我国绿色化学研究和开发工作的正式起步。1998年6月，在中国科学院院士、中国科技大学校长朱清时的积极倡导下，开设了一门独立的绿色化学新课程。总之，绿色化学已引起了国内外企业、政府和学术界的高度重视,绿色化学的研究已成为他们重要研究与开发的方向。对我国来说既是严峻的挑战，也是难得的发展机遇。
人类所用的能源主要是石油、天然气、煤。20世纪以来，人类对矿物的消耗一直成指数增长，导致矿物的储量日趋枯竭，而且这些矿物的生产和消费带来了大气污染、温室效应、臭氧层破坏等环境问题。因此，开发新能源、发展绿色能源工业，是世界各国政府和科技界极为关注的问题。利用太阳能、海洋能、风能、生物质能、水利能等清洁能源，既可减少消耗矿物能源，又可减少污染。
在基本有机原料的生产中，有的已采用原子经济反应，如丙烯氢甲酰化制丁醛、乙烯或丙稀的聚合等。有的基本有机原料的生产所采用的反应，已由两步反应，改成采用一步的原子经济反应，如环氧乙烷的生产。对于已在工业上应用的原子经济性反应，也需要从环境保护和技术经济等方面继续研究，加以改进。
有毒有害或挥发性有机溶剂有的会污染水源，有的会引起地面臭氧的形成，用无害溶剂来取代它们对环保有重大的价值。水是无害的，用水或近临界水作溶剂及有机溶剂水相界面反应的研究引起人们的注意。另一种引人瞩目的无毒无害溶剂是超临界流体(SCF)，特别是超临界CO2，它是指温度和压力均在临界点(310C，7478KPa)以上的CO2流体。优点是无毒不燃价廉并能使许多反应加速增加选择性，是一种应用前景广泛的绿色化学溶剂。
目前95%以上的有机化学品都来自石油和煤，但石油和煤的储量有限，其开采和加工对环境影响大。用可再生能源和生物质取代它们既可以保护资源又有利于环境。例如用生物质生产乙醇，添加到汽油中而成乙醇汽油。避免采用不可再生资源或有毒物质，例如石油、煤、苯、甲苯、光气、氢氰酸、硫酸二甲酯等做原料。
传统的催化剂多为重金属，反应结束后，催化剂的再生、循环使用，或多次使用后失去活性需要丢弃，将对环境造成严重的污染；一些强酸强碱型催化剂则会造成对设备的腐蚀，以及反应结束后产物水洗形成大量的污水，也是对环境不友好的。所以近年来，一些价廉易得、无污染、无腐蚀性的固体支持剂如沸石、分子筛、硅胶、石墨、树脂等广泛用作有机合成的催化剂，电催化、酶催化等也在有机合成中发挥越来越大的作用。
可降解材料也大量涌现。其中包括生物降解高分子，光降解高分子，如聚羟基丁酸酯(PHA)，壳聚糖及衍生物，聚乳酸(PLA)，聚酸酐，聚对二氧六环酮等，其中相当部分也可作生物医学材料。光降解高分子是在高分子材料的制备中加适量的光敏剂即可赋予光降解性，可以防止“白色污染”的生成。
智能材料是新型功能材料重要的方向，支撑着高新技术的发展。当它受到外界条件温度、压力、声音等变化时，其性能和状态随之改变，智能材料系统和结构及传感、控制和驱动等功能于一体，能在高水平上实现自检测、自诊断、自监控、自修复及自适应。
近年来绿色化学的研究大多集中在最小化环境影响负荷，采用低毒性原料，或节约能源。随着整个社会对环境友好、可持续发展的日益关注，有关绿色化学的研究已开始产生巨大的经济效益和社会效益，但如何解决现行绿色化的工艺、技术及产品中存在的不绿或绿色程度不够等因素将是今后一个重要的研究领域和方向。必须尽力设计研究能充分利用的无毒害材料，最大限度地节约能源，在整个生产过程中都对环境没有或尽可能小的负作用的化学工艺，推进以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济发展方式，着力提高全过程的资源利用率，从战略上谋求走可持续发展之路。
5绿色化学发展的可持续性
由于人口基数大，工业化进程加快，大量排放的工业污染物和生活废弃物使我国正面临日益严重的资源短缺和生态环境的危机。因此，解决环境与可持续发展的矛盾，首先要从科学研究出发，通过绿色化学的途径, 发展环境友好化学、化工技术；另一关键是强化公众的环境保护意识，树立可持续发展的观念，培养具有绿色化学思维的高素质人才。创造一个清洁美好的生活环境是人类的共同愿望，给后代留下一个良好的环境，也是我们这一代人所必须履行的责任和义务！
参考文献
[1] 冯辉霞，王毅，张婷，雒和明.生态化学与化学可持续性发展.化学与生物工程；2010，27（8）：17—19.
[2] 闵恩泽，傅军.绿色化学的进展.化学通报；1999，1：10—15.
[3] 刘彬，蒋明辉.化学工业的可持续发展之路——绿色化学. 湖北民族学院学报(自然科学版)；2002，20（2）：64—67.
[4] 龚涛，赖闻玲.化学发展的新趋势——绿色化学.南昌高专学报；2001，3：51—54.
[5] 宿辉，栾凤虎.绿色化学及绿色化学的实施与展望.东北农业大学学报(社会科学版)；2005，3（3）：82—83.
[6] 钟劲茅，吴光辉，邓安民.绿色化学在环境保护中的作用. 南昌航空工业学院学报；200，4（4）：129—131.
[7] 梁开玉.绿色化学——实现可持续发展的主流.重庆工商大学学报(自然科学版)；2004，21（4）：333—335.
[8] 田淑珍.对目前化学污染的治理和预防的几点思考.襄樊职业技术学院学报；2006，5（5）：10—11.
[9] 程庆龙.绿色化学的特征及其原则.科技创新导报；2010，8：119.
[10] 舒代宁.环境保护与绿色化学.成都大学学报(自然科学版)；2000，19（1）20—26.
[11] 邓安民，向玲，崔瑞元等.绿色化学与化学工业的可持续发展.江西化工；2004，3 ：12—16.
[12]陈军，顾娟红，薛良.低碳时代绿色化学与社会经济可持续发展.经济研究导刊；2010，12：178—179.
[13] 纪彩虹.绿色化学——21世纪的新科学.甘肃教育学院学报(自然科学版)；2003，17（4）：50—55.
收稿日期:2011-05-30
作者简介：高鹏（1978-）男，工程师,研究方向：煤炭生态环境建设.
推荐访问： 可持续发展 化学
