绿色化学

一、绿色化学的提出与发展

化学在保证和提高人类生活质量、保护自然环境以及增强化学工业的竞争力方面均起着关键作用。化学科学的研究成果和化学知识的应用，创造了无数的新产品进入每一个普通家庭的生活，使我们衣食住行各个方面都受益匪浅，更不用说化学药物对人们防病祛疾、延年益寿、更高质量地享受生活等方面起到的作用。

但是另一方面，随着化学品的大量生产和广泛应用，给人类原本和谐的生态环境带来了黑臭的污水、讨厌的烟尘、难以处置的废物和各种各样的毒物……威胁着人们的健康，伤害着我们的地球。

这种情况引起了越来越多的人的关注。1990年，美国国会通过《污染预防法案》，明确提出了“污染预防”这一概念，要求杜绝污染源，指出最好的防止有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废弃物。这个法案推动了化学界为预防污染、保护环境作进一步的努力。此后，人们赋予这一新事物不同的取名：环境无害化学、清洁化学、原子经济学和绿色化学等等。美国环保局率先在官方文件中正式采用“绿色化学”这个名称，以突出化学对环境的友好；1995年3月16日，美国总统克林顿宣布设立“绿色化学挑战奖计划”，以推动社会各界进行化学污染预防和工业生态学研究，鼓励支持重大的创造性的科学技术突破，从根本上减少乃至杜绝化学污染源；随后美国科学基金会和美国国家环保局提供专门基金资助绿色化学的研究，并于同年10月30日设立“总统绿色化学挑战奖”这项在化学化工领域内唯一的总统奖，以表彰在该领域申有重大突破和成就的个人与单位。由于上述原因，使得“绿色化学”这个名称广为传播。目前全世界比较发达的国家的许多行业都以浓厚的兴趣大力研究绿色化学课题。

二、绿色化学是一种理念

什么是绿色化学？绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负面影响并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。

绿色化学不同于环境化学。环境化学是研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。它研究污染的根源——污染的本质在哪里，它不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理。绿色化学关注在现今科技手段和条件下能降低对人类健康和环境有负面影响的各个方面和各种类型的化学过程。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有“原子经济性”，因此它既能够充分利用资源，又能够实现防止污染。

很明显，绿色化学要求负面影响尽可能小，它是一种理念，是人们应该倾力追求的目标。

三、绿色化学的原则和研究内容

绿色化学有其应用的原则。概括起来，它们主要有以下12项：

（1）防止环境污染；（2）提高原子经济性；（3）尽量减少化学合成中的有毒原料和有毒产物；（4）设计安全的化学品；（5）使用安全的溶剂和助剂；（6）提高能源经济性；（7）原料的再利用；（8）减少官能团的引入；（9）新型催化剂的开发；（10）产物的易降解性；（11）以降低环境污染为宗旨的现场实际分析；（12）防止生产事故的安全生产工艺。这些原则主要体现了要对环境的友好和安全、能源的节约、生产的安全性等，它们对绿色化学而言是非常重要的。在实施化学生产和化学生产的过程中，应该充分考虑以上这些原则。

绿色化学研究什么？一般说来，一个化学反应主要受四个方面的影响：

（1）原料或起始物的性质；（2）试剂或合成路线的特点；（3）反应条件；（4）产物或目标分子的性质。众所周知，这四个因素相互紧密联系，而且在一定条件下息息相关。因此，这四个方面也是绿色化学所研究的方面。

目前绿色化学的研究重点是：（1）设计或重新设计对人类健康和环境更安全的化合物，这是绿色化学的关键部分；（2）探求新的、更安全的、对环境更友好的化学合成路线和生产工艺，这可从研究、变换基本原料和起始化合物以及引入新试剂人手；（3）改善化学反应条件、降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的生产和排放。绿色化学着重于“更安全”这个概念，不仅针对人类的健康，还包括整个生命周期中对生态环境、动物、水生生物和植物的影响；而且除了直接影响之外，还要考虑间接影响，如转化产物或代谢物的毒性等。

四、典型的绿色化学项目

下面介绍1996年第一届美国“总统绿色化学挑战奖”的两项获奖成果，它们可以作为典型的绿色化学项目。

例1：孟山都公司的乙二醇胺催化项目是优化合成路线的代表。该公司生产的诺恩朵普是一种广泛使用的广谱无选择性除草剂，对环境很安全。但是其关键中间体亚胺乙二酸钠须用氨、甲醛、氢氰酸为原料合成。此合成路线有三大严重缺点：氢氰酸剧毒；反应放热量大，有导致失控的潜在危险；每7 kg产品生产l kg有毒废物。经过多年研究，孟山都公司发展了将乙二醇胺用瑞尼铜催化脱氢制备上述中间体的新工艺，回收率可达95%，催化剂可循环使用9次以上。新合成路线起始物挥发性低、无毒，反应本身是吸热过程，易控制，不产生废渣，是一项优秀的绿色化学的成果。

例2：著名的道化学公司发明用纯二氧化碳为起泡剂生产聚苯乙烯泡沫塑料薄板的新方法，是工艺条件优化的杰作。这类板材多用做快餐盒、蛋盒、超级市场中盛食品的托盘，具有轻便、绝热、防湿、可再生等一系列优异性能，应用广泛。以往使用氟氯烃化合物为起泡剂，会破坏地球上空的臭氧，为环境所不容，并已陆续被禁用。改用二氧化碳后，新工艺条件温和，还可利用现有工业副产品，整个过程安全无害。