文章编号：１００６－４１８４（２００8）11－０010－０4
ＺＨＥＪＩＡＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＶｏｌ．３9Ｎｏ．11（２００8）
绿色化学的研究进展及前景
刘永辉, 李静
（许昌学院化学化工学院，河南许昌461000）
摘要：：随着科技的迅猛发展，越来越多的环境问题逐渐凸现出来，因此，绿色化学受到越来越
多地关注。本文分别从绿色化学的定义、研究进展及其前景等方面对绿色化学进行了阐述，重点论述了实现绿色化学的方法和途径。
关键词：绿色化学；进展；前景
0前言
化学对人类作出了巨大的贡献。人类生活的各方面，从衣、食、住、行的生活必需品到汽车、电视洗、衣机等，无不同化学有关。高科技更是离不开化学的有力支持。可以说化学改变了人类的生活方式，提高了人类的健康与生活水平。但化学的这些巨大贡献伴随着一定的代价，那就是制造、使用和处理这些合成化合物质对人类健康和生活环境造成的负面影响。
进入21世纪, 人类正面临着有史以来最严重的环境危机, 世界人口剧增, 资源和能源日渐减少与濒临枯竭, 大量排放的工农业污染物和生活废弃物使人类生存的生态环境迅速恶化, 使人与自然矛盾激化[1]。据报道, 当代全球十大环境问题为：(1)大气污染；(2)臭氧层破坏；(3)全球变暖；(4)海洋污染；(5)淡水资源紧张和污染；(6)土地退化和沙漠化；(7)森林锐减；(8)生物多样性减少；(9)环境公害；(10)有毒化学品和危险废物。其中有7项直接与化学和化工产品的化学物质污染有关。为了根治环境污染, 人们开始从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学, 提出了" 绿色化学" 这一新概念[2]。
修回日期：２００8－06-23
作者简介：刘永辉（1986-），男，河北廊坊人，主要从事有机化学研究工作。
绿色象征人与自然的和谐, 绿色化学是人类生存和社会可持续发展的必然选择。2005年，诺贝尔化学奖授予了在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作出突出贡献的一名法国科学家和两名美国科学家[3]，原因是他们的研究成果" 是朝着' 绿色化学' 方向前进的一大步" 。由此可见当今世界对于绿色化学已越来越重视。
1绿色化学
绿色化学又称清洁化学(CleanChemistry) 、环境友好型化学(EnvironallyFriendly Chemistry) 和环境无害化学(EnvironmentallyBenign Chemistry) ，与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生[4]。并且采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的" 零排放" 过程。绿色化学的目标在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。
2绿色化学的意义
进入20世纪80年代以后，随着工业的发展，全球性的环境污染和生态破坏越来越严重，能源和资源的短缺也日益困扰着人们。而造成环境污染的
２００8年第３9卷第11期《浙江化工》
罪魁祸首是化学工业排放的" 三废" 及生活中的化学制品。过去的化学工艺费用主要包括原材料、能耗、设备维修和劳动工资，而现在又增加了废物处理、环保监测和事故责任赔偿等费用。所以，从环保、经济和社会发展要求考虑，化学工业需要大力研究与开发从源头上减少和消除污染的" 绿色化学" 。绿色化学是20世纪90年代诞生的" 新世纪婴儿" ，它是人们认识到传统化学的不足而产生的一门新学科。传统化学概念似乎总和环境污染密不可分，它更关注如何通过化学的方法得到更多的物质，而此过程中对环境的影响则考虑较少，即使考虑也着眼于事后的治理而不是事前的预防。而绿色化学是对传统化学和化学工业的革命，是以生态环境意识为指导，研究对环境没有（或尽可能小的）副作用，在技术上和经济上可行的化学品和化学过程，它是化学未来发展的方向。
量的氯化氢, 既腐蚀设备，又污染环境，为了人类健康和环境安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面，碳酸二甲酯(DMC)起到了重要的作用。DMC 无毒而且在无光气的环境中合成所需的化工产品，如在羰基化反应中用DMC 代替剧毒的光气(COCl2) 作羰基化试剂。
3.2绿色溶剂3.2.1离子溶液
离子液体是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质，其主要的特点是：几乎没有蒸气压，不挥发，无色，无嗅；具有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口；通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性, 且其酸度可调至超强酸。离子液体良好的环境友好性和可设计性, 使得其作为新型的反应介质正在成为研究热点[10-11]。
在离子液体中进行加成反应的突出优点是体系有足够低的蒸汽压、可再循环、无爆炸性、热稳定且易于操作[12]。Hagiwara 等[13]在离子液体([bmin]PF6) 中对未改性的醛与乙烯酮进行1,4共轭加成，由于使用了离子液体，使得催化剂可在不降低性能的情况下丝毫无损地回收再利用。Doherty 等[14]在非对称性Diels-Alder 反应中采用离子液体作溶剂，获得了比常用的三氯甲烷溶剂更高的对映选择性和反应速率。
3绿色化学的研究
3.1绿色原料
原料的绿色化主要表现在利用可再生资源做为原料以及采用低毒或无毒无害的原料代替高毒原料方面[5]。
3.1.1利用可再生资源作为原料
二氧化碳作为一种可更新资源，工业社会中大量化石燃料的燃烧为其提供了丰富的的来源。由于二氧化碳价廉易得，用二氧化碳加氢合成甲醇、甲酸是一条很有意义的有机合成路线。由于它能与氢气互溶，在超临界二氧化碳流体中，二氧化碳生成甲酸的氢化反应具有很高的反应效率。Jessop 等[6]用Ru(II)化合物催化高浓度氢，反应初期速率达到·1400mol(甲酸)/[mol(催化剂) h]，比同样条件下有机溶剂中的反应速率高一个数量级。二氧化碳加氢合成有机物的研究与碳资源的有效利用和环境保护具有重要的意义，二氧化碳作原料采用类似的方法亦可制备二甲基甲酰胺和甲酸甲酯[7]。
生物燃料乙醇是可取代石油的可再生新能源。但基于糖和淀粉类原料不能满足生物乙醇生产的巨大需求。王晓娟等[8]利用地球上最丰富的生物资源：木质纤维素类生物质，通过预处理、酶水解和发酵等工序制备生物乙醇，取得了很大的进展, 使其产业化、商业化前景更加明朗。
3.2.2无溶剂有机反应
因为有机溶剂能很好地溶解有机反应物，使反应物分子在溶液中均匀分散，稳定地进行能量交换，所以传统的有机反应，常常在有机溶剂中进行。但有机溶剂的毒性、挥发性、难以回收使其成为对环境有害的因素。因此，无溶剂有机合成将成为发展绿色合成的重要途径[15]。
无溶剂有机反应最初被称为固态有机反应，它既包括经典的固-固反应，又包括气-固反应和液-固反应[16]。无溶剂反应机理与溶液中的反应一样，反应的发生起源于两个反应物分子的扩散接触，接着发生反应，生成产物分子。此时生成的产物分子作为一种杂质和缺陷分散在母体反应物中，当产物分子聚集到一定大小，出现产物的晶核，从而完成成核过程，随着晶核的长大，出现产物的独立晶相。无溶剂有机反应可在固态、液态及熔融状态下进行，尤其是微波与无溶剂反应技术相结合，具有安全、速率快、易操作、选择性好的特点[17-18]。
3.1.2采用低毒或无毒无害的原料
现有化工生产中往往使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料，但光气剧毒、且生产过程中产生大
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3.3绿色催化剂3.3.1生物催化剂
从20世纪70年代开始, 经过几十年的研究与探索, 生物催化的应用日趋广泛和成熟。生物催化在药物生产中用于开发经济的化学酶法合成工艺, 在绿色化学领域中最大程度地减少废物的产生和危险试剂的应用, 在天然化学领域中对天然产物进行修饰以发现具有更好生物活性的新药物[19]。
所谓生物催化剂，就是在生物细胞中形成可加速体内化学反应的物质，通常以酶为主。酶具有反应步骤少、催化效率高、副产物少和产物易分离纯化等优点[20]。微生物、植物细胞、动物细胞等与酶的催化作用相比，它们具有不需要酶的分离纯化和辅酶的再生等优点。所以现在微生物生产的方法已经广泛地用于一些有机酸、氨基酸、核苷酸、抗生素和甾体激素等化合物的工业化生产[21]。
球所需总能量的3~4万倍[24]，可谓取之不尽，用之不竭。并且，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致" 温室效应" 和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到了越来越多地重视，大家竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。若将太阳能运用到各种物质的合成反应中，即可实现化学反应低耗能，少污染的目的。
3.4.2资源再生和循环使用技术
自然界的资源有限，因此人类生产的各种化学品能否回收、再生和循环使用也是绿色化学研究的一个重要领域。如回收废弃塑料，再生或再生产其他化学品、燃料油或焚烧发电供气；设计合理的工业生产流程，使每一个反应所产生的废物成为另一个反应的原料，以实现废物" 零排放" 的目的。
4我国绿色化学的活动
我国非常重视在绿色化学方面的进展。1996年, 召开了" 工业生产中绿色化学与技术" 研讨会, 并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》；1998年，在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会；《化学进展》杂志出版了" 绿色化学与技术" 专辑
[25]
[21]
3.3.2固体酸碱催化剂
固体酸碱催化剂可以有效地减少甚至避免对环境的污染，同时也容易回收，可以多次使用。近日有报道称日本东京技术研究院合成了硫酸基团密度较高的碳基固体酸催化剂，可有效催化一系列有机反应，包括水解、酯化、烷基化、水合以及重排等，这种催化剂在200℃以下保持稳定且易于从反应产物中移除，避免了无机酸带来的废水处理问题。
[22]
；
2006年7月11日，由中国化学会主办、吉林大学承
办的中国化学会第25届学术年会在吉林大学开幕，本届化学年会的主题是" 化学与社会———化学在社会可持续发展中的地位与责任" ，大会由主会场和绿色化学等19个相对独立的分会场构成，大会就化学的发展趋势开展热烈的讨论和交流。2008年3月
3.4绿色合成工艺3.4.1利用绿色能源
在我国现今的能源结构中，煤是主要能源。由于煤含硫量高和燃烧不完全，造成SO 2和大量烟尘排出，使大气污染。据统计, 我国每年燃煤排放的烟尘约为2.2×10t ，二氧化硫约为1.31×10t ，分别占粉
7
7
31日～4月2日，建设部、科技部、国家发展和改革
委员会、国家环境保护总局、财政部在北京共同举办" 第四届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会" ，会议就" 智能、绿色建筑与建筑节能技术标准、政策措施、评价体系、节能检测，分享国际国内发展智能、绿色建筑与建筑节能工作新经验" 为主要内容。
沙土量和二氧化硫总量的78.69%和89.7%。由
[23]
SO 2而产生的酸雨对生态环境的破坏十分严重。因
此，寻找可更新的用于取代化石燃料的资源势在必行。
作为再生能源，燃料乙醇即燃料酒精对缓解我国石油供应紧张状况具有重要意义，发展燃料乙醇是加快新能源开发利用、实现能源消费结构多元化的有效措施。燃料乙醇可利用秸秆等植物纤维大规模制造。用乙醇作燃料提供能源，可以减少对电能等其他能源的过度浪费，进而降低发电过程中大量燃烧煤而带来的大气污染。
长期以来，人们一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全
5绿色化学的前景
传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从" 粗放型" 向" 集约型" 的转变。绿色化学是知识经济时代化学工业发展的必然趋势，是当今国际化学研究的前沿。近年来, 绿色化学的研究正围绕着化学反应、原料、催化剂、溶剂、产品以及工艺的绿色化而开展
[5]
。总之，大力发展绿色化学工业，从源头
上防止污染，从根本上减少或消除污染，实现废物零排放，提高原子经济性，将是我国乃至世界环境
２００8年第３9卷第11期
保护的必由之路。
《浙江化工》
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Development and Foresight of Green Chemistry
LIU Yong-hui ,LI Jing
(Collegeof Chemistry and Chemical Engineering, Xuchang University, Xuchang 461000,China) Abstract :Withthe rapid development of science and technology, an increasing number of environmental problems highlighted gradually, therefore, the green chemistry has received more and more attention. This article described the green chemistry from the definition, development and foresight of green chemistry, and focus on the ways of implementation of green chemistry.
Keywords:green chemistry; development; prospects