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开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇绿色化学与技术,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
对于我国现在的环境治理来说,很多工作都开始拨开污染的表象转到污染治理的实际中,从根源上解决污染问题,这就需要通过绿色化学的应用,根据污染情况研发出适合污染问题的解决方案。
一、环境污染治理
随着科学技术的不断发展,对绿色化学的研发水平也逐渐走向成熟,对于绿色化学在环境治理方面的应用也开始越来越明朗。绿色化学在环境中的应用就是要在污染的源头把问题解决,保证把环境污染降到最低,而这种方式的利用对于社会的发展来说也是节约成本、降低能源的表现,这也符合我国走集约化经济和可持续发展道路的实际要求。绿色化学的应用主要是把我国解决环境问题的方式从原来的“先污染后治理”的粗放形式转到现在从污染的源头解决问题。虽然,绿色化学对于环境污染的治理有很好的效果,但是,绿色化学与环境治理并不能等同而语,环境污染是要对已经被污染的环境进行整治,让其恢复到原来的环境要求下,而绿色化学则是在源头上解决环境污染问题,杜绝任何污染情况的发生,一种是对环境的治理,另一种是对污染的预防工作。
二、绿色化学技术的应用
1.在大气污染控制中的应用
北方的很多城市在秋冬季节往往会出现雾霾。出现雾霾的主要原因除了汽车尾气对空气的污染之外,还有一个缘由就是煤炭的不完全燃烧。煤炭在燃烧的过程中产生二氧化硫排放在大气中,就会给空气造成非常大的污染,而现在治理煤炭的脱硫方式往往就是在煤炭燃烧之前还有燃烧的过程中进行脱硫的处理。绿色化学主要是在煤炭的脱硫技术方面做出指导,然后指引今后的脱硫技术走向正规的发展方向。
绿色化学在煤炭脱硫方面的应用主要是利用一种生物浸泡的方式,把煤炭在燃烧之前进行脱硫处理,这样在进行燃烧的过程中就会减少二氧化硫的排放,而且通过培养一种微生物菌种,然后利用菌种对煤炭进行脱硫的处理,也会比其他方式有更加明显的效果。
2.在水污染控制中的应用
我国一些重工业发展的城市都有一个共同的污染问题――水资源的污染,这种污染主要是由于工业排放的废水没有经过处理或者是处理不当就排放出来,从而造成非常严重的水污染问题。绿色化学在水污染方面的治理就是在排放水的终端进行处理,在污水排放之前会进行一个冷却水的处理,在污染水经过终端的过程中,会把污染物进行转化,然后进行再次利用,对于排放出来的水资源已经可以达到零污染的程度。在一些先进的国家中,排放出来的废水可以经过处理之后直接达到饮用水的标准,我国在这个方面还有待提升,在进行污水排放的过程中,还需要多经过几道工序,保证水在过每一个工序的时候,都能够达到清洁的效果。
3.在固体废弃物处理中的应用
(1)城市对于垃圾的处理主要有两种方式,一种是进行填埋,还有一种是进行焚烧,这两种方式都各有利弊。首先,对垃圾进行填埋,这种方式虽然暂时不会对环境造成污染,并且还不会占用过大的场地,也没有多大的危害性,但是,垃圾长时间不被清理,在地下就会形成垃圾黑液,这种黑液的清理是现在仍然没有解决的重大问题。垃圾焚烧过程中由于物质不同,所以会产生很多的污染气体和有毒气体,这些气体在大气中长期存在对人的身体有巨大的伤害,所以,也是不容乐观的清理垃圾的方式。绿色化学在城市垃圾处理的问题中研发了热分选煤气化技术还有固体废弃物电离气化技术,这两种技术的交替利用不仅能够解决城市垃圾占地的问题,还能防止在解决垃圾的过程中产生空气污染的问题,从而减少在垃圾处理上进行的投资,降低成本。
(2)在快节奏的时代中,很多一次性的餐具应运而生,并且大受欢迎,但是,很多一次性的器具在使用之后没有经过合理的处理就会造成非常大的危害,这种白色污染如果用焚烧的方式就会对大气造成特别大的污染,用填埋的方式几百年都不会被分解,这时候进行绿色化学的处理就会显得格外重要,也是绿色化学在环境保护上的一个重大追求目标。
总之,绿色化学在环境保护以及环境污染的治理方面有非常大的帮助,不仅能够保证环境走可持续发展的道路,还能够为社会节约大量资金,然后从源头杜绝环境的污染问题,从根本上让社会走绿色的可持续发展道路,保证我国走绿色的能源化的道路。绿色化学的应用是一种可以从源头上改善环境质量的方式,可以满足我国实际的经济和环境的发展需求,保证我国在环境发展上走可持续发展道路。
参考文献:
【关键词】 绿色化学;绿色化学实验;绿色化学意识
【Abstract】 Based on the domestic and international green chemistry analysis, summarize the experimental teaching of trace chemical experiment, green chemistry experiment operating requirements, green chemical instruments and medicines and information technology in the research and application of green chemistry experiment, training students' consciousness of green chemistry.
【Key Words】 green chemistry, green chemistry green chemistry consciousness
【中图分类号】G63.23 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)32-0-01
一、引言
突破传统的化学实验方法,绿色化学已成为世界各国普遍接受并大力提倡、实施的人类、自然环境等可持续发展战略方针的重要组成部分[1]。
二、绿色化学国内外现状分析
1990年,美国国会通过《污染防治条例》;1996年由美国环保署P.T.Anastas等编写的《绿色化学》丛书陆续出版;1998年,美国正式启动"绿色化学"计划;1999年1月,英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》创刊;2001年秋季开始美国波士顿Massachusetts大学开始设立绿色化学博士学位[2]。1993年,中国政府制定了《中国21世纪议程一一中国21世纪人口、环境与发展白皮书》;1995年,中国科学院化学部组织《绿色化学与技术一一推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动;1997年5月,中国以"可持续发展问题对科学的挑战一一绿色化学"在北京举行;首都师范大学专门编著了《环境与绿色化学》一书于2005年1月由清华大学出版社出版[3];2007年8月由清华大学出版社出版,完成了《环境与绿色化学》配套教材的建设[4]。
三、培养绿色化学意识是实现绿色化学的基础
1、绿色化学含义
绿色化学,又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,是指在化学品的设计、生产和应用中消除或减少有毒有害物质的使用和产生,设计研究没有或只有尽可能少的环境副作用、在技术上和经济上可行的产品和化学过程,是在始端实现污染预防的科学手段[5]。
2、培养学生的绿色化学意识
教师具有丰富的绿色化学知识并采取有效的行动,例如:在实验室张贴绿色化学标语,鲜明提出绿色化学的口号,在教学中强调12项基本原则[6],潜移默化地去感染学生。
三、实施绿色化学教育
3.1绿色从微量实验开始
关于微型实验、绿色化学与微型实验己有大量文献报道[7],国内有关微型化学实验的研究成果也陆续出版[8~10],微型实验具有仪器装置微型化和试剂少量化两个基本特点,操作方便,节约药品, 减少污染,代表了绿色实验发展的方向[11]。是一种以尽可能少的试剂来获取所需化学信息的实验原理和技术,其试剂用量是对应的常规实验的0.1%~10%[12]。如利用试管代替烧杯进行水中花园实验,节约了试剂(原方法试剂用量的1/20) 实验效果明显安全材料易得[13]。因此,既节省了药品,又使得产生的“三废”大大减少,基本解决了实验室的污染问题[14]。
3.2 绿色实验基本操作
有些学生实验设备动手能力较差,不能按实验要求操作,如:SO2、溴苯、硝基苯等有毒,制备和性质实验特别强调规范操作;如:不能向燃着的酒精灯添加酒精;如:乙烯、乙炔、CH4等点燃前要验纯,降低事故发生率,节约药品,减少污染严格遵守实验操作规则。
3.3选择绿色药品及仪器
选用对环境友好的原料、催化剂等实验药品。例如:在乙酸乙酯制备实验中,常用的硫酸催化酯化法存在用酸量大、副反应多、过程复杂、收率低、废酸污染等不足,可依据实验原理,选用 PW12 / SiO2 绿色催化剂取代浓硫酸,催化合成乙酸乙酯[15]。白磷毒性大,燃烧产物五氧化二磷对环境污染也较严重,改用 Mg2S i水解产生的 SH i 4在水面上自燃代替白磷,整个实验安全无毒无污染,符合绿色实验要求[16]。
3.4 绿色处理废液和剩余药品
在化学实验教学中,把用过的酸类、碱类、盐类等各种废液应分类倒入各自的回收容器内,可采取中和、分解、吸收、燃烧、回收循环利用等方法处理废弃物。例如:在实验室制取氯气时,采用向上排气法收集氯气,并把多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收。保证了化学实验末端绿色化,使学生受到良好的绿色化学教育。
3.5绿色实验设计方案
从实验技术、方法、仪器等方面进行重新设计,实验产物或中间产物循环使用多种操作有机组合,如:乙醇系列实验:工业酒精 95%的乙醇- 乙酸乙酯- 乙酸乙酯皂化反应速率常数测定及乙酸乙酯-乙酰乙酸乙酯-苯甲酰乙酰乙酸乙酯,乙酰水杨酸系列[17]。如:次氯酸钠、氯酸钾的制取和氯气的氧化性实验连到一起做,不仅节约了时间、药品,而且基本上闻不到氯气、氯化氢的气味,环保效果好[18]。
3.6 信息技术代替传统实验
对于实验中排放较多的有毒气体、有毒废水,特别适合演示实验。如胶体的电泳:硫化氢的性质制取Co、So2、CL2等毒性实验,氢气还原氧化铜时先加热后通氢气,将水加入浓硫酸以稀释浓硫酸)用启普发生器制取乙炔等[19]。利用信息技术对实验反应过程进行仿真,既有助于学生理解,又减少了三废污染。
总之,绿色化学是全体化学教育工作者必须研究和解决的课题。把绿色化学的新理念、新方法和新技术落到实处,实现绿色家园伟大的中国梦想。
参考文献
[1]仲崇立. 绿色化学导论[M] .北京:化学工业出版社, 2000 .
[2]杨雯等.环境对现代生活的影响.广州:广东世界图书出版公司,2010.
[3]文庆城.现代化学教学论.北京:科技出版社,2009
[4]陈琦,刘儒德.当代教育心理学.北京:北京师范大学出版社,2007.
[5]朱文祥.绿色化学和绿色化学教育口].化学教育,2001,(1):1―4.
[6]Anastas,Paul T,Warner,John C,Green ChemistryTheory and Practice[M].Oxford University Press:NewYork,1998.
[7]Singh M M. S zaf ran Z and Pike R M. Microscale Chemist ry andGreen Ch emistry: Complement ary Pedagogies, J. Chem. Educ.,1999, 76( 12) : 1684~ 1686
[8]周长水, 刘汉兰, 关光日编. 微型有机化学实验. 北京: 化学工业出版社, 1998
[9] 周宁怀 主编. 微型无机化学实验. 北京: 科学出版社, 2000
[10] 周宁怀, 王德琳主编. 微型有机化学实验. 北京: 科学出版社2000
[11]马志成.天津师范大学学报,在高中化学实验中培养绿色化学观的教育探索,2009
[12]Singh M M Szafran Z and Pike R M MicroscaleChemistry and Green plementary Pedago~gies[J].J.Chem.Educ,1999,76(12):1684―1686.
[13]王都留.水中花园实验新改进[J].化学教育, 2009, 30(8) :62.
[14]居宁怀.微型化学实验[M].浙江:科学技术出版社,1992.
[15]曹小华.柳闽生,徐常龙,等酯化反应实验改进[J].化学教育,2005(9) :52.
[16]马志成.天津师范大学学报 在高中化学实验中培养绿色化学观的教育探索2009
[17]李再峰.绿色化学实验[M] . 武汉:华中科技大学出版社, 2008.
关键词:绿色化学工程与工艺;工业节能;促进作用
中图分类号: TE08 文献标识码: A
引言
当下,我国倡导节能理念之风日益兴盛,在各类的生产活动中,环保的地位越来越高。国家政府出台了一系列的规章制度来推行环境保护的实施,监察力度日益加大,打击环境污染的力度明显提高,相关的工作人员的努力也有了显著的成效。长期以来,我国作为世界上的工业生产大国,工业发展速度之快令世人惊叹。然而,与工业迅猛发展一起出现的还有环境污染的问题,这时,成功进入人们眼球的“绿色”理念就成为了当今时代下的主题,绿色化学工程的理念也逐步的兴盛起来。
一、绿色化学工程兴起的原由
1、绿色化学工程与工艺简介
谈起绿色化学工程兴起的原由,我们就应该首先来了解一下什么是绿色化学工程。说到化学工程可能所有的人都并不陌生,它就是常常被人以简称来时常谈论的化工。随着新时代的发展,化学工程得到了广泛的应用,与此同时,化学污染也成为了化学工程的代名词,环境污染现象、资源浪费现象等等,都给社会发展背上了沉重的负担。
而此时发展起来的绿色化学工程于工艺就是为了解决这一问题。绿色化学工程与工艺就是用化学的方法和技术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。从而提高环境的保护效率,增强资源的可持续使用的效率。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物,不再处理废物。
2、绿色化学工程和工艺的意义
随着经济的快速发展,人们的生活水平有了显著的提高并增强,人们生活的步伐也明显加快,化学生产也为人们所普遍接受并广泛应用,但化工生产所产生的废水、废气、废物排放,会对环境产生严重的影响,甚至生产生活用水也受到了一定程度的污染,这些不合理现象的存在甚至会危害到人们的生命安全,长期生活在这样环境下的人们的精神也会受到冲击。
化学生产不仅要大量采集自然物资,还对自然环境造成影响,这是当今时代背景下所不能容忍的。政府的政策的出台、监察机关的严厉执法、相关工作人员加快技术研究开发出环境友好产品就显得尤其重要了,绿色化学工程与工艺也就成了未来化工生产发展的方向。
当化学工程逐渐的融入了“节能”的概念和“绿色”的概念时,化学工程的生产再也不是当初的污染的代名词,绿色化学工程将保护生态环境和提高资源的利用率抬到实质,自然环境得到了有效的保护,原来只能废弃的垃圾也做到了成功的再回收利用。这样看来,绿色化学工程与工艺就成为了新时代所倡导的新词汇,它成功的成为了保护环境资源的有效手段,而技术的进步,城市污染的减少,从而提升我们赖以生存的环境条件。
二、绿色化学工程与工艺的应用
根据当下的环境氛围,我国绿色化学工程的开发和应用都有了一定的发展,从本质问题治理起来,俗话说:“射人先射马,擒贼先擒王。”只有抓住了根本性的问题,才能够真正的解决问题。现阶段,我国的绿色化学生产体现在下面几个方面。
1、选用无毒、无害化学原料
从化学原料的选择入手,尽量选择无毒、无害,并且可进行再生利用的化学原料来进行化学产品的生产和制作。对于化学产品来说,最根本的问题在于原料的选择,它是影响着化学生产过程和生产工艺重要原因之一。绿色化学工程与工艺是以无毒无害的化学原料为基本原则,在化学工业生产的起始就采取了防治手段,并且,绿色化学工程与工艺采用可再生资源为开发原料,保证在化学工业生产过程中进行无污染操作。
2、采用绿色高效的化学催化剂
绿色高效的化学催化剂的使用是非常必要的。目前我国也正在积极的研究这样技术,如采用绿色生物仿生催化剂。石油化工反应中烷烃氧化反应时碳氢键是相当惰性的,通常情况下需要苛刻的反应条件,如高温高压才能使之活化。采用新型的绿色生物仿生催化剂,能够实现在温和条件下对分子氧的活化,在烷烃的氧化反应中表现出很高的催化活性和选择性,因而绿色仿生催化剂使用也是绿色工学工程与工艺所追求的方向之一。
3、提高化学反应的选择性
采用先进工艺和使用选择性高的试剂等手段提高化学反应的选择性,可以降低成本,节约资源,减少环境污染。如石油化工中经常会发生的反应――如以上所说的烷烃类选择性氧化反应,这一类反应具有强放热性的特性,其目的产物不稳定,有时有些产品还具有异构体形式,在各类的催化反应中此反应的选择性最低,采用选择性高的试剂,提高反应选择性,从而能够获得更多的最终产物。
三、绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用
基于绿色化学工程与工艺下的化工产品的大量的使用,在一定程度上实现了我国的化学工业节能,就目前而言,绿色化学工程与工艺在国内已经得到应用领域主要有以下几个:
1、清洁生产技术的应用
清洁生产技术也被称为无害、无毒、无废的绿色化技术、生活垃圾制沼气技术、高效清洁的煤气化技术、利用风能、太阳能等自然能发电技术等等,这些都利用了清洁生产的技术。清洁生产技术包括的范围很广,主要有以下几种技术:生物工程技术,这其中有基因工程;辐射加工技术;绿色催化技术,这里有多种催化剂,都能阻燃并且无毒。清洁生产技术具有许多优点,其产品清洁无毒,不管是对环境还是对人体都是安全的。
2、结合生物技术的应用
生物技术领域包括有细胞、微生物和酶的技术范畴。它在化工领域的应用主要包括两个方面,化学仿生学和生物化工。生物酶在生物体内作为一种催化剂具有高效性和专一性,广泛参与到生物合成的各个过程。而在化学仿生学中主要是膜化学这一领域使用到生物技术。绿色化学工程与工艺部分采用了生物技术,使可再生资源合成化学品。早期的有机化合物原料多数直接来源于动植物,之后才发展到利用石油和煤炭作为原料。在绿色化学工程与工艺中,催化剂一般用的都是自然界中存在的酶或者是工业酶。酶与一般的化学催化剂相比,具有无污染、反应条件温和产物性质优良等优点。
3、生产环境友好型产品
绿色化学工程的生产也可以生产出来符合社会发展的环境友好型的产品。它的生产的出现,在很大程度上做到了对环境的保护作用。在社会中,人们随时随地都可以买到放心的“绿色”产品,不仅维护了自身的健康,同时也是在为社会做着重大的贡献,这样一举两得的事情,若是真的能够实现,对国家的发展和社会的进步影响的意义也是十分巨大的。
结束语
在绿色化学工程与工艺中采用无毒无害的原料,使用节约减排的生产工艺,采取清洁生产的技术,可以有效地使化学工业产品的破坏性降低,实现人与自然的和谐,达到产品与生态之间的互补。因此,开发和研究绿色化学工程与工艺是影响当代化学工业发展的决定性因素之一,成为了可持续发展的重要前提。
参考文献
[1]蔡永宏.浅论绿色化学工程与工艺,创建高效、节能、清洁的未来化工厂[J].化工管理.2013(24):27-28.
关键词:绿色化学;有机化学;应用实践
随着绿色理念的盛行,绿色教育事业也相继出现。有机化学在实验过程中通常会应用很多的有害试剂,为了避免化学实验过程对环境的影响,提高对环境的重视度是非常有必要的。本文主要阐述绿色化学理念在有机化学教学中的应用。
1绿色化学理念价值
1.1绿色化学理念
绿色化学是以生态环保为基础发展方向的一项学科,其主要目的是降低化学实验过程中的污染率,利用新型的清洁能源完成化学实验或是化学实验中资源的替换,降低污染排放量,达到环境友好型的化学实验,实验化学实验的“0排放”。合理运用绿色化学理念可以有效改善有机化学实验副反应的生成以及污染物质的排放。
1.2核心价值
绿色理念与化学的结合形成了绿色化学,主要是为了体现无污染、环境友好型、清洁的特点。其核心的价值是原子经济性以及减量、循环、回收、再生、拒用的“5R”原则,并实现有机化学实验的“0排放”;提升学生的环保意识,增强学生的科学发展观,为学生灌输可持续发展的概念,引导学生和社会环境友好相处。
2绿色化学理念的应用
2.1建立绿色化学实验室
2.1.1硬件设施建设在原有化学实验室的基础上进一步实验绿色化学实验室的建立,通过改善学校的硬件设施,优化“三废”的管理过程,实现绿色化学理念在化学实验建立中的应用。“三废”处理包括对废水、废气、废渣的处理,以增加通风柜的台数,对废液加强回收处理后排放,有毒气体以及污染气体处理后排放,通过蒸馏以及有机溶剂的添加,降低“三废”的污染度和污染性。
2.1.2软件建设方面对绿色实验室的规章制度加强建设,提升学生和老师的环境保护意识以及灌输绿色化学理念,对“三废”的处理办法以及规定打印出来黏贴到实验室的墙上,供学生和老师阅读和遵守,建立一个绿色理念的有机化学实验室文化,将“5R”原则灌输给老师以及学生,在充分理解原则的基础上进行有机化学的实验,传播绿色化学意识。
2.2实验内容绿色化
2.2.1实验内容优化在有机化学实验的过程中,注重对实验过程的总结和归纳,分步骤优化实验过程,选择污染小、毒性小、清洁型的实验试剂以及实验过程中,对不必要的实验选择用清洁型的实验替代或是删除。例如,以Al2O3/SO42-固体超强酸代替浓硫酸作为制备乙酸乙酯、制备乙酰水杨酸等的催化剂,这样可以有效的减少实验过程中的副反应,降低“三废”的产生以及排放量。通过对有机溶剂的选择和废渣的处理,再次蒸馏以及分类处理,在实验的过程中实现了绿色化。
2.2.2开展微量、半微量实验微量、半微量实验作为成功教学经验已在多个高校推广应用,并已有多套相关教材出版发行,其最突出的优点是使用最少的药品、试剂完成教学任务。由于试剂用量大大减少,产生的“三废”量也就非常少,既节省了实验经费,又减少了环境污染。实践证明,微量、半微量实验与常量化实验在准确性与严密性方面并无明显差别,而且,学生在做实验时更细心,更认真。因此,在校财政支持下,购置了部分微型实验仪器,积极开展微量、半微量实验并取得了较好的效果。
2.2.3先进教学技术的应用随着信息技术和科学技术的发展和应用,模拟仿真技术的出现可以替代实际动手操作,以及降低了有毒溶剂和挥发性溶剂的使用。计算机多媒体系统通过文字、声音、图像、动画在不同的界面上流动,从而对实验的原理、装置、实验步骤及实验注意事项进行展示。学生还可以自由搭建实验装置,添加药品,实验现象逼真,实验数据准确。不仅具有形象生动的特点,而且真正实现了化学实验的零排放、零污染。通过对这些先进教学技术的应用,可以有效的满足学生的好奇心和兴趣,带动学生的学习热情以及学习兴趣。在实验学习的过程中,向学生灌输绿色化学、环境友好型的理念。
2.3绿色化学实验技术应用
2.3.1微波加热技术微波加热技术是利用微波介质效应将电磁能转化为热能的新技术。它具有加热速度快、效率高、反应条件温和、操作简单等优点,微波加热属于分子意义上的搅拌,反应物转化率高,产品质量好,副反应少,原子经济好,可直接减少环境污染。微波加热技术在有机合成也有一个特定的应用程序,如微波辐射合成阿司匹林,可以不需要有机溶剂,大大减少了环境污染和微波辐射。合成苯甲酸也是一个典型的微波化学实验,反应时间只有15min,不仅大大缩短了反应时间,而且副产品可回收利用,不污染环境。除了上述微波合成实验外,还对乙酸乙酯和正丁基醚的微波合成进行了探索,得到了一些结果。
2.3.2超声波合成技术超声波合成技术是在超声波条件下完成有机反应。超声的化学作用与物质没有直接关系,主要是通过液体的声空化作用。所谓声空化,是指微泡核在液体中形成、振荡、生长、收缩、坍缩所引起的物理化学变化。超声波合成技术具有反应速率快、高产量、时间短、条件温和等的特点。超声波合成技术作为一种新兴的绿色实验技术,在有机合成中得到了广泛的应用。可显著提高原子经济,符合绿色化学的理念。具有重要的现实意义和发展前景。
关键词: 高校 绿色化学 化学实验
当前,全球十大环境问题中,有环境问题都与化学化工生产有关。由此,很多人对化学工业提出质疑,认为化学是环境变差的罪魁祸首,对化学产生一种莫名其妙的恐惧心理。在这种形势下,综合考虑环保、经济、社会,以及化学工业自身发展的要求,具有全新理念的“绿色化学”(Green Chemistry)应运而生[1]。由于社会的不断进步,人们的环保意识不断提高,科学实验(包括实验教学)中的环境保护问题越来越受到人们的重视。化学实验是化学教学过程中的重要环节,通过开展绿色化学实验研究,推进化学实验教学的绿色化,有利于培养学生的环境保护意识和创新意识。这也将是今后化学实验教学的必然选择。
1.绿色化学概述
进入21世纪,人类正面临着有史以来最严重的环境危机,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。
1.1绿色化学的概念
绿色化学是指用化学的技术,原理和方法去消除对人体健康,安全和生态环境有毒有害的化学品,绿色化学又称清洁化学(Clean Chemistry)、环境友好型化学(Environally Friendly Chemistry)和环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry),与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术[2]。绿色化学主要是利用化学原理以及所有相关的技术和方法,来减少或消除化学反应对生态和环境的污染。它的主要任务是研究新的化学反应体系,包括新的合成方法和路线,探索新的反应条件,寻求新的包括生物资源在内的化学原料,开发能够代替挥发性有机溶剂的溶剂,无毒无害的高效催化剂,减少副产物产生的合成方法,设计和研究新的绿色化学品等。
1.2绿色化学的特点
绿色化学综合起来应该具备以下几个特点:(1)化学反应的原子经济性[3],应保证化学反应中每个原子都参与反应并全部转化为产物。(2)化学反应中的试剂,溶剂,催化剂,目标产物,化学反应条件都是无毒无害的。(3)化学工艺是闭路循环的,整个流程只有原料和必需的能量输入,产出的是产品,其余的物质和能量是内部循环,对环境无影响[2]。(4)过程和终端均为零排放或零污染。
1.3绿色化学的原则
绿色化学的具体内涵体现在使用化学品应遵循的“4R”原则[4]:(1)拒用危害品原则(Rejection):在化学反应过程中拒绝使用一些无法替代,又无法回收和重复使用的有毒有害物质,这是杜绝污染的最根本办法。(2)减量使用原则(Reduction):对教学需要又无法替代的使用有毒物质或产生有毒物质的实验,可通过减量使用原则加以控制。(3)循环使用原则(Recycling):包括回收未反映的原料,副产物以及助溶剂,催化剂等非反应试剂。(4)重新利用原则(Reuse):循环使用和重新利用可有效实现“省资源,少污染,减成本”的目标要求,既是减少废物排放的需要,又是降低实验成本的需要。
2.实施高校绿色化学实验教学的必要性和可行性
化学是一门实践性和应用性很强的学科,化学知识广泛深刻地渗透进个人和社会生活的各个方面,化学实验是化学教学的重要组成部分,根据教育部拟定的基础课实验教学示范中心建设标准,化学实验课占理论课时数的120%左右。在我国的高校里,每天都有大批学生在进行各种各样的化学实验,所用的化学药品种类多,消耗量大,而且大部分有毒或有腐蚀性,有的实验过程还伴随有毒气体的产生,有的实验生成物就是有毒物质。大多数高校对学生每次实验所产生的污染物很少进行处理,而是直接排向环境中。学生在完成实验获取知识和技能的同时,也造成环境的污染。因此,在高校化学实验教学中加强绿色化学教育,对传统化学实验进行大胆的绿色化改革,并实施绿色化学实验,使学生知道并参与怎样减少化学实验污染及污染治理的实践,培养学生的环境保护和可持续发展意识,具有重要的现实意义和必要性。同时以绿色化学的原则为指导,结合化学教学实验自身的特点,实现化学教学实验绿色化的改革是势在必行的。
3.实验高校绿色化学实验教学的途径
优良的教学方法是有效实施实验教学绿色化的保障,它直接影响到教学效果。纵观化学专业的教学计划,学生至少有两到三学期的时间在实验室,因而实验教学方法是否得当成为实验真正绿色化的又一关键点。实验教学中遵从绿色化可从以下几方面进行。
(1)改进或删除有毒性的实验项目
依据绿色化学教学的要求,对实验教学课程体系进行重组,在保证实验教学的前提下,充分考虑试剂和产物的毒性以及整个实验过程所产生的“三废”对环境的污染情况,尽量选择低毒,污染较小且后处理容易的实验项目,改进或删除那些对环境污染大,毒性大,危害性大,“三废”处理困难的实验项目,并用有环保或有实际意义的实验项目代替。
(2)选用绿色原料,绿色溶剂,绿色催化剂
实现同一变换可能存在几种可供选择的原料,溶剂,催化剂。只要可能,实验过程中应尽量寻找实现同一变换最无害的试剂替代有毒有害的试剂;通过改变反应的溶剂,用不易挥发,无害溶剂来代替挥发,有毒的溶剂;用高效,无毒,无害的催化剂代替腐蚀性严重的催化剂。
(3)推广微量,半微量或减量化实验
微型化学实验是以微小量的试剂,在微量化的仪器装置中进行的化学实验。其特点是保证实验效果的同时,大大减少试剂用量,缩短实验时间,降低水电能的消耗,节约了实验经费,大大减少污染排放量,保护了环境。推广微量,半微量或减量化实验,能减少环境污染,是实现化学实验绿色化的一个重要途径。
(4)将某几个实验合并在一起
将几个实验合并在一起,开展串联实验,使本来存在几次污染的的实验变为一次污染,甚至没有污染。而且使前面实验的产物成为后面实验的原料。通过以上方法,可使试剂循环使用,不但能提高试剂的利用率,降低实验费用,而且在一定程度上减轻常规实验对环境的污染。
(5)引进微波,超声波技术
微波作为一种新型能量形式,具有反应条件温和,操作方便,时间短(节能)产率高,产品易纯化,减少用量或不用溶剂,对环境友好等优点。超声波化学利用超声波的空化作用,可提高许多反应的速度,改善目的产物的选择性,改善催化剂的表面形态,提高催化活性组分在载体上的分散性等[5]。在化学实验中引入微波,超声波技术,不但能减少环境污染,节约能源,而且有助于学生对相关的先进科学技术的了解,激发求知欲。这些技术的引入对增强化学实验内容的绿色化有十分重要的作用,因而也是实现化学实验绿色化的一个重要方法。
(6)采用现代教学手段,模拟化学仿真实验
利用计算机模拟仿真手段,简单的验证性实验可以让学生在计算机上进行模拟。一些实验条件高,危险性大或必须使用较多有毒有害的试剂,并在整个实验过程中排放较多有毒气体、有毒废水,给师生身体健康带来极大危害,且对环境破坏较大,而目前又无法通过改进而减少污染实现绿色化的实验,这次实验利用计算机多媒体技术既让学生学会了实验方式,又使那些毒性大、危险性较大、试剂昂贵的实验变成了绿色化的实验自始至终不会对人体和环境造成污染。
(7)妥善处理实验后废弃物
化学实验产生的废弃物,如果直接排放,不但会造成环境污染,而且会淡化学生的环保意识,养成不良的习惯。因此,对实验产生的废弃物应进行洁净化处理,真正实现化学实验绿色化。实验废弃物的处理应根据“变废为宝,化害为利,分别处理”的原则,首先考虑回收再用,然后根据废弃物的性质分别采取可行的物化方法、化学方法或生物方法进行处理。
(8)利用一些成品化的仪器来完成化学实验
利用一些成品化的仪器来完成化学实验,这种仪器和药品可循环使用,不存在污染毒害。
(9)注重实验室的绿色化管理
化学实验室是安全隐患较多的地方,因此实验技术人员要加强实验室绿色化管理。在实验室配制的化学试剂,要注意安全绿色化保管,防止挥发、风化、潮解、见光受热、氧化燃烧、爆炸,以及试剂间的相互作用。我们要根据化学试剂的特性进行分类,按一定的规则和顺序妥善保存。有剧毒性的试剂,不管浓度大小,使用多少就配制多少,已配好未用完的溶液要作无害化处理。实验结束后,我要求每一个学生仔细清洗好自己的仪器,并要打扫自己区域的桌面和试剂台面,无污染的废弃物直接处理,其他一律按规定的地点存放,促使学生养成实验时尽量少污染、零排放的绿色化学意识,养成了善始善终的好习惯。
4.结语
绿色化学是应用化学的技术和工艺去减少或消灭污染。绿色化学符合经济可持续发展的要求,其根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革现在的整个化学和化工。在高校化学实验中实验绿色化,加强绿色化教育,让人类赖以生存的地球环境会变得更加美好。
参考文献:
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关键词:绿色 化工化学 发展问题
中图分类号:O631 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)08(b)-0000-00
在现代化社会不断进步发展的背景下,传统形式的化工化学已经难以满足社会发展需求,从而带来了绿色化工化学的应运而生。从专业化角度出发,判断化工化学是否是绿色的,所涉及的评价范围相对较广,包括经济发展层面、生态环境层面以及社会影响层面等,不仅要综合考虑到污染物的排放与人体健康情况,还必须要考虑原材料的有效利用、再生情况等。我们应在清楚了解绿色化工化学定义的基础上,促进其健康发展。
一、绿色化工化学的基本优势
(一)节约能源
传统意义上的化学化工是从原材料当中提取所需要的物质资源,仅仅考虑到了最后的结果,而没有考虑到相应的生产过程,一般情况下还会为提炼原料的部分成分而放弃了材料中的其他可利用成分,在能源与材料利用率上相对较低,浪费严重。绿色化工化学可以有效避免以上问题,借助对物质分子结构的改变,充分保留物质特性,实施高选择性反应,其副产品相对来说是非常少的,甚至能够实现原子经济型,当原料当中的原子进入产品之后,可以提升原子利用率,有效避免资源浪费。这种情况下,就能够从源头上发挥保护环境的作用,而且绿色化工化学不需要在后期进行环境治理,节省了成本。
(二)促进无污染资源合理利用
与传统化工化学方式不同,绿色化学化工中所应用到催化剂与溶剂等都是无毒无害以及绿色无污染的,能够在一定程度上充分发挥原材料的实际价值,不会对环境造成破坏,减少了后期的环境治理,降低了化工化学应用期间的经济压力,降低了能源浪费。现阶段,充分利用绿色资源属于绿色化学化工发展期间的重要优势,不会对环境带来危害。
(三)减少废物排放
从之前化工化学生产角度出发,传统化工化学在实际生产过程中会排放大量污染物,从而对环境造成严重破坏。采用绿色化工化学,相关人员可以在反应开始之前对物质所具有的化学结构实施有效重组与改造,并对其中的相关有害成分实施科学化修复,其重组之后的物质不仅包含了化工化学生产期间所需要的化学成分,而且还避免了外界环境污染,力求避免排除任何废物或者是副产品,做到废物零排放,进而从源头上减少化学生产带来的危害。
二、绿色化工化学的发展问题分析
(一)加大宣传力度
从绿色化学化工发展历史上来看,尽管其已经兴起了很多年,而且也发展了相对较长的时间,然而社会各行各业在绿色化学化工认识程度上还不够深刻,严重阻碍了其在社会范围内的快速发展。目前,我国正在大力提倡生态文明建设,借助环保工艺以及绿色化学工艺的开发,做到化工生产全过程的绿色化。从原料到产品的整个过程实现绿色化,随着现代化科学技术的不断进步发展,关于绿色化工化学的基础性研究以及工业化发展已经获得了相对较大的进展。具体来说,在基础性研究层面主要包括高效化绿色催化、离子液体以及超临界等。从某种程度上讲,绿色化工化学获得的突破性进展为我国化工领域的迅猛发展提供了契机。此外,绿色化工技术以及科技产品的日益完善,将会借助“变废为宝”的方式做到“清洁化生产”,实现新兴化工领域工业园区经济的循环式发展。
(二)促进人才的培养
从绿色化学化工人才培养角度出发,当务之急在于有效落实国家的相关教育规划纲要。将社会主义核心价值体系合理化融入到教育全过程中。着力培养具有执著信念、思想道德水平高以及专业化素质水平相对较高的高素质创新型人才。从某种程度上讲,工科大学属于工程师培养的主阵地,积极培养卓越工程师可以更好地为创新型社会建设服务,同时也是历史所赋予的使命。因此,各大高校必须要不断创新人才的培养机制、教育管理机制以及办学体制等,对质量评价以及考试招生制度进行不断改革,促进教学内容、教学方法以及教学手段的大力改革,构建现代化的学校管理制度,充分发挥高校创新人才培养的优势,尤其是在绿色化工化学方面的创新人才。积极鼓励各大高校在国家区域创新、知识创新以及技术创新等方面做出应有的贡献。针对绿色化工化学类人才,高校必须要紧跟国际工程教育步伐,对专业化教学内容进行不断更新,打造绿色化工化学特色专业,从根本上实现绿色化工化学的可持续发展。
(三)追求绿色化工化学的创新发展
从专业化角度出发,绿色化学化工领域的发展不仅应依赖微观分析化学领域的发展,还必须要有强有力的化工技术作为支撑,实现两者之间的相辅相成。此外,为了确保绿色化学化工的相关生产方式可以合理有序的发展下去,国家应该尽快采取相应的实际行动,进一步建立起与绿色化工化学息息相关的实验基地以及生产基地等,从该领域的创新发展提供技术性平台。此外,国家应该针对这一系列的创新基地给予相关资金保障,大力鼓励创新,并且要建立健全相应的激励机制,积极拓展创新思维,提升创意水平。创新性的化工化学发展模式在行业发展与科学进步中发挥着非常关键的作用,对于绿色化学化工未来发展来说十分必要。
三 结语
总而言之,绿色化工化学的发展问题是一个非常重要的问题,直接关系到社会经济发展与生态文明建设。现阶段,在社会发展以及人口增长的背景下,人们在积极追求科技发展与进步的同时,备受环境污染的困扰。所以,各国也在加大环保科技发展的研究力度,绿色化学化工受到广泛关注。致力于绿色化工化学的快速发展,可以在一定程度上有效缓解社会环境问题,进一步为环境保护做贡献。为促进绿色化工化学健康发展,我们可以通过加大宣传力度、促进人才的培养以及追求绿色化工化学的创新发展等措施,为以后的绿色化学化工发展奠定良好基础。
参考文献
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关键词:经济化学品 绿色化 进展
一、精细化学品与绿色化学概述
所谓的精细化学品,就是指在化学工业中,用于与通用化工产品或者其他大宗的化学品相互区别的一个术语,其中,通用化工产品是指在具有特定性能和繁杂的合成步骤的小产量高产值的化工产品,而大宗化学品则是指具有广泛的应用范围,且在生产过程中需要高技术支持的大产量的化学品,例如合成树脂等。精细化学品的种类很多,而且由于它的产量小,使得经济化学品的更新速度较快,生产规模小,技术附加值高,这些也是经济化学品所具有的特点。
尽管精细化学品的产量小,但是因为它具有特定的功能和性质,使得精细化学品能够促进工业和农业的快速发展,同时,精细化学品在促进经济发展的过程中,对人类的健康、生态环境都具有一定的不利影响,受到了人们的广泛关注。
为了实现人类社会的可持续发展,必须对生态污染进行预防和积极的治理,所以,为了在战略技术上实现该目标,就要通过绿色化学,发展环境友好型技术。而且,绿色化学的出现主要是因为农药对环境所造成的破坏性影响。
然而,我们如何理解绿色化学?绿色化学就是指无论是在技术还是在经济方面都具有可行性,而且对生态环境没有负作用的化工产品或者化工产品的生产过程。其优点在于化学品在生产初期就使用了有效的科学手段预防对环境的污染,所以,在生产的全过程都是零污染。绿色化学所研究的核心内容针对的是污染的本质,并不是要通过技术对污染进行再处理。所以说,绿色化学不仅能够切实提高资源的利用率,还能够有效防止环境污染。
现在,绿色化学所研究的重点内容主要包括以下三个方面:第一,研究对人体健康和生态环境有利的化学品,这也是绿色化学发展的关键;第二,探索对环境更安全的新型化学品生产工艺,主要从原料入手;第三,改善化学品生产过程中的反应条件,降低环境污染源的排放。进而减轻化学品生产对人类和环境所造成的危害、在绿色化学中,更注重安全这一词,不仅包括人类的生命健康安全,还包括在化学品生产过程中对你整个生态圈所造成的影响,将直接和间接两方面的影响都涵括在内。因此,绿色化学也是21世纪化工科学发展的重点方向和趋势。
二、精细化学品的绿色化进展
绿色化的精细化学品是化工生产所追去的最终目标,从杀虫剂的更新换代,即原有的有机氯杀虫剂到目前的生物源杀虫剂就可以看出来精细化学品的绿色化进展,同时,还有绿色农药,绿色涂料等也在迅速的发展。
1.绿色农药
绿色农药是指能够对害虫具有高效性而于人和农作物无害,且在自然环境中能够自然分解,被环境所吸收的农药。绿色农药主要包括超高效的低毒化学农药和生物源农药。其中,超高效低毒化学农药是指只针对目标生物具有效用,并在环境中能够无残留降解的农药。农药对环境所造成的污染在很久以前就受到了世界各国的重视,其中以发达国家更甚。我国在20世纪末期才开始对有机氯农药进行禁止,以后又对其他对环境造成威胁的杀虫剂进行了限制;但是,由于农药是一种可以大规模生产的低耗能产品,所以直到现在也被作为防病虫害的主要方法。所以,高效低毒化学农药成为绿色农药的主要研究趋势。而生物源农药则是指从生物中提取的对特定的病虫害具有效用的天然农药。在生态环境中,生物源农药的资源非常丰富,而且它对人类、植物没有负作用,具有针对性。而且,以农药的来源为标准对生物源农药进行分类,可以包含三类,即植物、微生物和抗生素。而我国对生物源农药的使用和成产量都很大。但是,尽管生物源农药在不污染环境的基础上对病虫害的防止具有显著效果,在农业中的使用仍然受到限制,只应用于专业市场。但人们对绿色农药的重视程度越来越高,随着绿色农药的深入研究,绿色农药将会成为农药市场上的主角。
2.绿色涂料
涂料是由很多有机溶剂和具有毒性的颜料合成而成的,所以,它对环境和人类健康造成了严重的危害。涂料在使用过程中会挥发出很多有害气体,是造成空气污染的主要污染源,所以,对涂料中VOC排放的控制是防止涂料气体污染的有效途径。因此,最近几年,低VOC含量的涂料得到了快速发展,主要包括水性涂料和粉末涂料等。其中水性涂料具有广泛的应用范围,是溶剂型涂料的很好的替代品,它还可以防止金属的腐蚀。目前,很多涂料生产企业都转向了水性涂料生产。而粉末涂料在使用过程中具有以下优点:(1)涂料全部是成膜物,不含有对环境造成破坏作用的有机溶剂;(2)能够进行再回收利用,提高涂料的利用率;(3)使用过程中减少了工序,并且它的防腐性能和抗冲击性能较好。目前,粉末涂料的发展非常迅速,而且在工业上也具有广泛的应用。
此外,还有绿色催化剂,绿色溶剂等,在精细化学品生产中占据重要作用,也是造成环境污染的主要因素,所以,溶剂和催化剂的绿色化也是目前绿色精细化学品研究的重点。
总之,绿色化是精细化学品研究的重点,但是,在精细化学品的生产过程中,合成步骤的复杂化和高频率就会成为清洁工业的重要环节。因此,为了提高精细化学品的绿色化,技术是关键,因此,要探索绿色化的清洁技术,提高化学品的利用率,进而降低精细化学品的生产和使用过程中对人类和生态环境所造成的危害。
参考文献
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化学工业推动着人类社会和物质文明的快速发展,也为人类社会作出了重大的贡献,同时伴随而来环境污染问题越来越严重,因此化学工业表现出的“贡献”和“环境污染问题”的两重性对化学工业领域的科研工作者和生产人员提出了挑战。用绿色的化工工艺取代传统的化工工艺是绿色化学工程与工艺所提出的思想,通过在化学工业生产过程中,在无毒、无害的反应条件下去采用无毒、无害的原料来进行反应,同时使整个反应具有高选择性,进而能够最大限度地减少副产物的生成。要达到此目的,必须在化工行业推行清洁生产,实现零排放,把污染消灭在生产过程中。文章针对传统化学工业的发展问题,通过对绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用进行探讨,从而在我们国家今后的化学工业生产中环保性和节能性提供参考依据。1绿色化学工业概念绿色化学又称“环境无害化学”“、环境友好化学”“、清洁化学”,绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。其研究目的在于寻找充分利用原材料和能源且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。绿色化学工业是把绿色化学的思想引入传统化学工业生产中,并此基础上产生对人类健康、社区安全、生态环境无害的化学工业过程。
2绿色化学工程与工艺的开发
早期人们对化学工业所引起的环境污染常常采用的办法是“末端治理”,开发了多种环境保护手段,如:水处理技术、大气污染防治技术、固体废弃物处理技术和噪声治理技术等,对生态环境的保护作出了重要贡献。但随着人类社会和物质文明的不断发展和进步,环境污染的速度远远快于治理环境污染速度,并且治理环境污染的费用不断增加,而且治标不治本。而绿色化学工程与工艺是用绿色的化工工艺取代传统的化工工艺,采用无毒、无害的原料,在无毒、无害的反应条件下进行,使反应具有高选择性,最大限度地减少副产物的生成。从而在化工行业推行清洁生产,实现零排放,实施绿色化工生产,从污染的源头防止污染的发生。绿色化学工程与工艺在化学工业中具体实施方法主要有以下几种。
2.1原料的绿色化
在化学产品生产中,原料的选择是决定化学生产过程和生产工艺的主要因素之一,绿色化学工程与工艺以无毒无害的原料作为绿色化学工业重点研发目标,选用可再生资源作为绿色化学原料,如生物质资源包括植物、农作物、林产物、海产物(各种海草)和城市废弃物(报纸、天然纤维)采用生物转化法通过一系列的反应转化得到醇、酮、酸类等常见的化工原料,在转化过程中依赖各种微生物在细胞内产生出我们所需要的各种化学品,整个过程清洁无污染,这都是绿色原料应用的典型。
2.2催化剂的绿色化
近几年来,随着化学工业的快速发展,采用合理的化学反应应用在化工生产过程中成为了现代化学工业可持续发展的重要因素之一。在常规的化学反应中都离不开催化剂的使用,正确合理的使用催化剂不仅可以加速反应进程,改善化学反应的选择性和提高转化率,提高产品质量、降低加工成本,而且从根本上减少或消除副产物的产生,减少环境污染,最大限度地利用各种资源,保护生态环境。目前,针对化学反应催化研究已经研发出各种催化剂,例如,在精细化工生产中,已使用安全的固体催化剂分子筛、杂多酸等来替代有害的液体催化剂浓硫酸,从而简化了工艺过程,减少“三废”的排气量。
2.3溶剂和助剂的绿色化
在化学工业生产过程中,无论是化学反应过程,还是化学产品的分离过程,都会使用大量的溶剂或者助剂来克服反应或分离过程中的特殊障碍,但是这些溶剂和助剂都是有毒的,往往会对人类健康和社会环境造成负面影响,所以开发出无毒无害的溶剂和助剂也是绿色化学工业重点研发目标之一。合适的绿色的溶剂和助剂不仅仅能使反应加速进行,也能使反应能耗低、效果更好、选择性更高以及产品更容易分离,更有利于环境保护。例如,现已开发出各种离子液体来应用于化学工业生产过程中的化学反应提供新的反应环境,也应用在化学工业生产过程中的分离过程进行产品与副产物的分离。
2.4能源的绿色化
在化学工业中,从获取的化学原料到发生的化学反应以及反应产物的分离和纯化等各个环节均伴随能量的产生和消耗,而且耗能巨大。然而,在化工生产的化学反应中,若反应是吸热的,则需要在反应开始时加入热量来使反应进行完全;若反应是放热的,则需要冷却以移出热量来控制反应进行。同样在化工过程的分离与纯化中,可通过精馏、萃取、再结晶、超滤等操作来实现,也需要消耗大量能量。所以找到合适的能源也是绿色化学工业重点研发目标。例如,比较清洁的能源有电能、光能、微波以及超声波等能量,其中电能是运用较多的一种,在利用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂的电催化反应中可以实现在温和中性条件下的自由基环氧化。
3绿色化学工程与工艺对化学工业节能减排中的促进作用
近些年来,在国内的化学工业中,绿色化学工程与工艺主要应用在以下几个方面。
3.1清洁生产技术的应用
在化工行业清洁生产包括清洁生产过程、清洁的产品以及清洁的能源等三个方面。而在化学工业节能减排中,主要以清洁生产过程为主。清洁生产过程是指在生产中尽量少用和不用有毒有害的原料,采用少废、无废的新工艺和高效设备,改进常规的产品生产工艺;尽量减少生产过程中的各种危险因素,如高温、高压、易燃、易爆、强噪声、强震动等;采用可靠、简单的生产操作和控制。已有的化学工业中清洁生产技术应用案例为:磷肥工业清洁生产工艺、铬酸酐生产工艺的绿色化改造、环氧丙烷的清洁生产、对苯二甲酸二甲酯氧化尾气的回收利用、二氯苯胺的清洁生产以及苯甲醛的清洁生产工艺等,这些清洁生产技术对化学工业节能减排有促进作用,实现了化学工业的绿色化,对人类健康和生态环境的保护作出了重要的贡献。
3.2与生物技术相结合的应用
在化学工业生产中,绿色化学工程与工艺常常与生物技术相结合,采用生物炼制技术将可再生资源转化化学原料,进而合成出所需要的化学品。通过这种技术得到的化学原料相对于一般的工业原料来讲,反应效果和催化效率较好,反应产生的污染物和废弃物较少,还具有良好的无污染性、高效性、节能性。生物炼制是开拓创新型技术,是生产能源、材料与化工产品的新型工业模式。例如,全作物生物炼制方法以油菜、大豆、甘蔗、玉米等为原料,采用发酵技术,用基因组合方法在有氧条件下生成1,3-丙二醇重要的化工中间体。
3.3环境友好型的化学品的应用
大力发展绿色化学工程与工艺可以使化学工业为我们生产出更符合社会、自然环境可持续发展的环境友好型产品,在生活中有许多具体应用实例。例如,已被联合国列为新一代环保制冷剂含杂原子N、Si的三氟碘甲烷(FIC-1311)来替代传统制冷剂氟利昂,FIC-1311不损耗臭氧层,温室效应可以忽略,对环境破坏作用较小;2005年美国环境保护署已批准的新型熏蒸气体杀虫剂硫酰氟来替代溴甲烷,杀虫效果比溴甲烷好,对坚果和干果气味无影响,同时对臭氧耗损潜能值为零,对大气臭氧层无影响。
4结束语
[关键词]绿色;化学工艺;应用;发展
中图分类号:TQ02 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)06-0116-01
前言:随着环境污染问题的加重,国家对生态环境保护越来越重视,而绿色化学是实现这一目标的重要理论支撑,绿色化学工艺的应用极为重要。
一、绿色化学的内容概述
绿色化学工艺在化工生产中的引进使得环境污染加剧问题得到了进一步控制,绿色化学的概念正不断的深入人心。对于绿色化学,不管是原材料的应用还是在化学反应中催化剂的添加,都要尽可能做到无毒、无害、零污染。运用绿色化学工艺不仅能减少化工生产中有害物质的排放,还可以减少对环境的污染。首先,工业用材料必须是可再生资源,并且保证原材料无毒无害;其次,发生的化学反应为绿色的,应用的材料容易降解,且有害物排放低或为零;另外,慎重选择化学反应的催化剂,选择没有危害的催化剂;最后,谨慎选择添加溶剂,如果该溶剂有副作用则不能再用。我们需要不断加强对绿色化学技术的研究,在今后的化学工业生产中,尽可能应用可再生的绿色资源,对于不可再生的资源应限制其重复利用。
二、绿色化学工艺研发现状
2.1 “原子化学经济”反应
“原子化学经济”即是在化W反应中,要求对反应物中的原子实现最大程度的利用,并使其参加反应的物质完全转化为生成物,也只有这样才实现了真正意义上的绿色化学工艺。
2.2 原材料的选取
在化工生产中,对于发生化学反应的原材料来说,其性质决定了生产的过程和方法。对于原材料的选取,要想保证反应的彻底、无害,则应优先考虑按绿色化学工艺要求使用的无毒害材料。
2.3 改善催化剂类型
在化学反应中改善催化剂的类型,可以使反应中不稳定的中间体被进一步氧化或还原,使其反应更加彻底、高效。另外,要确保化学反应的可选择性,发生氧化还原反应时会有一些很容易被氧化、还原的中间物质生成,所以要提高催化剂的载氧能力,并根据新型催化剂的反应特性研发相应的化学反应工艺。
2.4 使用清洁工艺
使用清洁工艺可以使整个化学生产过程达到绿色环保的效果,另外,使用再生能源、选用先进的工艺技术,可以从根本上减少或避免因污染物排放带来的环境危害。例如:废弃的秸秆以及稻草等就可以作为化学原料,将糖类植物转化为乙酰丙酸,实现对葡萄糖的提取,这样就避免了反应中废弃物的出现。
三、绿色化学工艺的开发
3.1 采用无毒害的生产原料
企业在生产化工产品的过程中,首先应该做好的就是对生产原料的选择。 生产原料不同,相应的生产方法与流程也会有所不同。绿色化学工艺则要求在生产过程中使用无毒无害的原料,即使在必须要使用化学物质的情况下,也要采取措施将危害降到最低。在根源上消除污染环境的“三废”,在生产过程中绿色化学工艺应采用可再生的原料,如野生植物或农作物等。
3.2 采用无毒害的催化剂
目前的化工品生产过程中,90%以上的化学反应都需要加入催化剂来提高化学反应速率,因此在绿色化学工艺的开发过程中,对无毒害、新型高效绿色催化剂的开发也是一个关键的研究方向和课题。丁烯烷基化与异烯烷基化生产工业中,异辛烷属于“原子经济”反应,但反应的催化剂使用的是对设备具有强烈腐蚀性危害的氢氟酸或硫酸,而且生产后的废液很难进行恰当的处理回收,又会进一步污染环境。当前,国内外的很多高校和机构都在研发新型的烷基催化剂,开发出腐蚀性低、能耗低、污染小的催化剂,也是绿色化学工艺的重要努力方向。
3.3 提高化学反应的选择性
在石油化工行业中有许多强放热类的反应,而且其目的产物一般又是一些不稳定的容易被反应氧化的中间体,因此这类催化剂就成为了催化剂中选择性最低的类型。另外,还有一些产品的组成方式是异构体的,因此为有效的将原材料加工转换成产品,在过程中就需要加入选择性较高的催化剂,对这种催化剂的开发不仅能够降低生产成本、节约资源,更重要的是能减少其对环境造成的不良影响, 绿色化学工艺注重的是不同氧化反应和不同反应特点的催化剂的开发。
四、绿色化学工艺的应用
4.1 生物技术
从广义上来说,生物技术包括了基因、细胞、酶以及微生物技术等。在应用方面,生物技术的主要应用领域为生物化工和化学仿生学方面。生物在某些领域正在逐步代替石油、天然气等不可再生能源。生物技术中所进行的化学反应,大多数都是利用自然界中找到的酶或者是工业生产的酶作为催化剂。这种利用酶作为催化剂取代化学催化剂的方法,具有对环境无化学污染、反应的条件温和以及生产出来的产品性质相对优良等特点。
4.2 清洁技术
清洁环保是绿色化学工艺追求的目标,清洁的生产技术就是无毒、无害、无废弃物。例如清洁煤脱硫、脱碳技术的应用以及太阳能、风能发电技术的应用,都属于清洁的生产技术。较为先进的清洁技术还有等离子技术、绿色催化技术和生物工程技术等。应用清洁生产技术,其生产过程不仅不会对环境造成污染,其产品也属于清洁产品。
4.3 农业生产
氮元素是农作物生长时所必须的元素之一,这样我们就可以通过生物固氮的方法来增加氮元素。外界环境中的氮元素都是以氮气的形式存在,不能够被农作物直接吸收。传统的固定氮元素的方法是通过化学反应生成NH3,化学反应中使用的催化剂以及生成的杂质都会对环境造成污染,而应用绿色化学工艺的生物固氮技术,减少了工业合成氨的生产,消除了生产过程对环境的污染,从而保护了空气质量。
五、绿色化学工艺的发展
5.1 化学工艺发展
在未来的发展中,绿色化学将发展绿色化学工艺的模式,广泛应用各种节能材料,这些都有利于绿色化学工艺的实施以及相关体系的进一步优化。在将化学工艺进行绿色化的处理过程中,运用的比较创新的一个方法就是对化学生产进行在线控制与检测,对生产的每一个具体环节的工艺和过程加以把控,以此做到协调,这样才可以保证参与到化学反应中的物质和反应过程都是安全的,并且要设立相关机制以处理化学反应会出现的一些意外情况。对于社会公众,必须加强环境保护的宣传导向工作,在降低工业污染的同时也要做到减少生活垃圾排放。
5.2 催化剂的发展
5.2.1 仿酶催化
化学反应中,酶催化过程具有专一、效率高等特点,在目前的化学反应中应用的都是天然酶。天然酶是有一定限度的,所以需要我们逐步开发出人工酶来取代天然酶的应用。另外,人工酶的优势在于可以仿制一些人工活性反应结构,使反应中所需的疏水环境以及与多种非共价键反应的原子协同效应,充分发挥作用。
5.2.2 纳米催化剂
纳米催化剂可以对环境起到治理的作用,纳米金属催化剂中主要包含了一些含铂、铑金等成本较高的金属氧化物;还有另一种是较为传统的以氧化铝和氧化硅等金属氧化物为载体,通过一系列反应形成一种负载型纳米催化剂,以此来提高化学反应的速率以及活性。目前纳米催化剂可以实现对汽车尾气排放的处理,达到净化空气的效果。
结语
综上所述,近年来环境污染不断加剧,为了减少污染物排放、节约资源、实现可持续发展目标,绿色化学必将向着新的发展高峰迈进。
参考文献
【关键词】农村校园;绿色化学;教学构想
从全球范围来看,存在的十大环境问题除土地沙化和森林锐减问题,均受到化学产业直接或间接的影响。随着时代的进步和思维的发展,人们逐渐认识到保护生存环境的重要意义,并致力于在校园进行绿色意识、绿色技术和绿色成果的教学,提高一代人的“绿色思维”,逐渐消除各种不利因素。
1 在农村校园开展绿色化学教学的重要意义
1.1 开展绿色化学教学是一种发展战略。人类从蒙昧走到工业时代,实现了伟大的社会进步与变革,却要承受发展所带来的一系列影响和后果。在农村校园开展绿色化学教学是固本培元之策,受就业政策限制,学校的学生至少有五分之四回到脚下这片土地,从事农村劳作,他们的绿色化学知识,会让他们在从事农业劳作时,降低有害化学制剂的使用和控制有害物质的输出;而走出农村进入城市就业的学生将会在不同的岗位上,充当绿色环保“宣传员”的角色。所以,这是一种带有全局性、根本性的发展战略。
1.2 开展绿色化学教学是一种社会责任。我国有一半以上的人口在从事农业种植及养殖,但从实际情况来看,受到化学工业伤害最大的就是农村,招商引资、地办工厂和其他生产形式,排放大量的污水和废气,使农村土壤的肥力受到极大的伤害;大量的使用氮肥、磷肥、复合肥料、微量元素肥料等多种用以促进农作物生长的化学制品,在产量提升的同时,却破坏了根本,造成这些问题的原因就在于农民不清楚化学制剂的危害。所以,在农村校园开展绿色化学教学,普及化学知识是整个国家和社会的责任。
1.3 开展绿色化学教学是一种历史进步。每一次思维的变革和理论创新都会推动历史的进步,人类在在痛定思痛之后,认识到化学工业的危害并进行相应的纠正,其本身就是一种发展。绿色化学教育能够培养一代人的持续发展观念,直接关系到未来相关产业的发展,比如节能减排、减量、减废以及相关产业的进步。我们在开展教学当中,除了要教授他们绿色、环保、安全的化学知识,更要在思想上、行为上和制度上培养他们高度的社会责任感,使这种绿色意识转化为他们自觉的行为。
2 在农村校园开展绿色化学教学的必要性及可行性
2.1 开展绿色化学教学的必要性。据不完全统计,通过近10年的环境治理,我国的城镇工业污染比重至少下降了30%,取得了较好的治理效果。但从农村来看,还存在大量的污染因素,如过量使用化肥、农药及操作不得法,导致污染加剧;规模化畜禽养殖,缺少生态环保考虑和循环利用意识,造成大量的有机污染。在农村校园开展绿色化学教学可以使他们在潜移默化中受到影响,起到意想不到的效果。
2.2 开展绿色化学教学的可行性。农村校园一般只有初中和小学,而在小学只是进行化学启蒙,初中才开始进行系统的化学教学,这个年龄段恰好是接受知识最佳的年纪。可以通过理论灌输、合并安排、同期讲授的方式进行教学,绿色化学教学大多以实用技术为主,可以通过小实验和课外活动进行现场演示,不会占用大量的时间,还可以提高教学的趣味行,有较强的操作性和直观性。
3 在农村校园开展绿色化学教学的基本构想
3.1 结合课堂教学,抓好绿色理论渗透。课堂教学是主阵地,要想在课堂实现绿色理论的灌输,必须要与化学知识要点结合起来,否则离开了必要的化学知识,必然会使绿色理论成为无本之木,无源之水;化学教师要成为理论先行者,加强对相关理论的研究和国内外最新理论成果的搜集,针对学生的年龄特点和身边应用的实例,及时将应用理论灌输到他们的思想当中;另外在教学当中,教师要积极的思考自己的教学内容当中,是否有不绿色环保的内容,在引用事例的时候,可以直接使用绿色事例,让学生在学习时就掌握正确的理论和方法,不致于走弯路。教师在农村校园中进行绿色理论学习时,要注重思想发动,纠正错误言论。比如个别家长认为虽然化肥有害,但却提高了产量,增加了收入等错误认识。
3.2 立足实验论证,加强绿色成果推广。实验是最有说服力的展示,一个成功的实验胜过多次理论灌输。在进行化学实验时,必须要进行理论验证和成果展示,从实验角度出发,确保器具、过程和结果的绿色导向。要优化实验的内容,可以具体阐述实验的过程、结果,但注意分步操作,尤其在农村校园这样的特殊的教学体系当中,用最简单的操作说明复杂的道理;在实验当中,要尽量使用农村现有的化学产品或者学生身边的化学元素进行操作,保证学生能够快速理解和应用;在操作中,尽量要合并实验和微型试验,减少实验次数和化学制剂数量,本身也是绿色教学的一种应用。根据实际情况,对于有毒有害或者程序相对复杂的实验,可以使用互联网资源、演示视频以及其他资源进行教学,既能够了解实验原理,也可以加深学生的直观印象。
3.3 扎实开展活动,深化绿色教学构想。对于在农村校园开展绿色教学必须要开展大量的活动进行辅助与补充,农村自身就有很多教育资源。有正面的,也有负面,教师必须在科目开始前,设置好各项辅助活动,搞好实地堪察,确保能够达到深化绿色教学构想的要求。比如开展现场参观活动。对于部分环境污染较为严重的企业周边土壤或者河流进行观察,通过多处采样,对比观察的方式,让学生明白排放工业废水或者废气的危害;也可以参观比较成功的农村畜养模式,比如养牛、养鱼和沼气一体化模型,可以构成一个良性循环模式,不仅可以降低污染,还可以提高农产品的质量和数量;也可带领学生开展“我是绿色小专家”、“绿色环保、人人有责”等义务宣传活动,既可以让更多的人了解绿色环保就在身边,也可以深化绿色化学教学的效果,更可以强化学生的自豪感和学习兴趣。
在农村校园当中开展绿色化学教学有着得天独厚的优势,抓住基础教育,使环境保护从治标彻底走向治本,对实现真正的绿色环保和可持续发展具有极高的战略意义。
参考文献:
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1.我国的绿色化学教育行动相对迟缓。
大多数学校尚未涉足,若想使全社会公众形成绿色化学意识,单靠几所高校开课、几个研究所进行研究是远远不够的。若想改变公众缺乏绿色化学意识的状况,只有通过高师毕业生在基础教育当中去开展绿色化学教育,这样才能逐步影响到大众。真正的绿色化学教育的精髓是在绿色化学原则的指导下把绿色化学融合于化学教材改革、化学教学改革、化学实验改革等系列化学教育绿色化的创新过程。
2.各项政策不到位。
建议政府、化学界、环保界,尤其是教育界应根据实际情况设立绿色化学及绿色化学教育奖项,提出各种绿色化学教育的政策法规,建立合理的绿色化学化工教育考核制度。相信有各种政策的保障,各种奖项的颁发,必将会加速全社会绿色化学意识的形成,实现人类社会的可持续发展。
3.教育体系不完善。
教师在课堂教学、实验教学过程中应始终贯彻绿色化学思想,要让学生了解绿色化学,树立起绿色化学意识,培养其从事绿色化学研究与开发的能力。然而,我国目前的高等教育机构还没有形成完备的绿色化学教育体系,更不用说基础教育了。因此应该建立起一系列合理的绿色化学教育体系,以促进绿色化学教育的顺利发展。绿色化学的发展将对环境保护起重大作用,它为人类的可持续发展提供了技术保证。绿色化学进入教育领域,从而进入化学教育,符合时代的呼唤。
二、有机化学教学中开展绿色化学教育的策略
1.在有机化学课堂教学中渗透绿色化学教育。
面对化学学术界悄然进行的绿色革命,广大的化学教育工作者不能无动于衷,尤其是将来作为社会的科技革命主动力的大学生更应该受到绿色化学教育,这就要求我们讲究策略,指行动或行动计划,以及为解决某问题或达到某目标而有意识做出的各种活动。可喜的是,目前已有部分重点大学如中国科技大学开始开设“绿色化学”课程。但是,仍然有不少高校的教师未能意识到将此重要的新信息传递给学生的重要性。另外,虽然有部分高校已开始着手为研究生或高年级本科生开设“绿色化学”课程,但在当前相当多的高校存在教学课时紧张的状况下,又带来了专门的教学时间难以安排的新矛盾。因此,在有机化学教学中进行绿色化学教育的渗透,不失为解决问题的好办法。在有机化学教学中进行绿色化学教育的渗透。具体来说,就是在进行有机化学教学时,对教学内容涉及有关绿色化学知识的方面,给予适时地、适量地介绍,通过这种画龙点睛的教学改革,可使学生在潜移默化中受到绿色化学教育。同时又不对原本非常紧张的教学安排造成新的冲击。
2.在有机化学实验教学中加强绿色化学教育。
化学是一门以实验为基础的学科。有机化学实验是化学科学赖以形成和发展的基础,是检验化学知识真理性的标准,是提高学生科学素养的重要内容和手段。有机化学实验也是化学教育的最有效的教学形式。除此之外,有机化学实验还具有重要的教育教学功能。从认识角度看,有机化学实验是为学生提供化学教学认识问题的主要途径,它为学生检验有机化学理论、认识有机化学科学知识、验证有机化学假说提供了科学依据。从方法论角度看,有机化学实验是培养学生掌握实验操作过程、实验方法的重要手段。从教学论的角度看,有机化学实验能创设一定教学情景,转变学生学习方式,有效激发学生学习兴趣。学生可以从有机化学实验现象中去认识有机物,并通过自己的操作来培养各种能力,进而促进思维的发展和综合能力的提高。教师将有机化学实验置于一定的化学教学情景下,为实现一定的化学教学目的,而展开的一系列教学活动,就是所谓的“化学实验教学”。有机化学实验教学是有机化学教学的重要组成部分,其对学生的科学思维、动手能力、创新意识的培养起着重要的作用。有机化学实验教学与绿色化学的联系最紧密、最直接,是培养学生“从我做起”的好阵地,也是培养学生绿色化学意识的重要途径。有机化学实验教学能促进学生在知、情、意、行等方面统一协调发展。有机化学实验是有机化学学科的基石和学生可以直接感知的事实,通过有机化学实验教学来培养学生的绿色化学意识是一个最好的切入点。在实验教学中开展绿色化学教育是历史的必然。当然,绿色化学与有机化学有着天然的血肉联系。因此,在有机化学实验教学中渗透绿色化学是最为合适的。学生在做实验的过程中,通过自己亲身体验来理解绿色化实验确实能减少或根本不产生污染,从而形成绿色化学意识。将一些传统实验方法与经过绿色化改进的绿色化实验方法进行比较,以此来说明通过用改进的绿色化实验向学生渗透绿色化学教育是有效的途径。
3.立足课外,实践绿色化学观念提高绿色素质。
关键词:化学工程工艺;绿色化工;分离技术;超临界流体
1概述
随着我国社会经济的快速发展,各种化学制品已经充斥在我们周围,成为我们日常生产生活中不可或缺的基本物品。然而,这些物品的原材料生产,都是来自于化学工程与工艺。化学工程与工艺是通过对化学材料的处理,从而实现了化学生产的环保资源的高效优化,生产过程也变得非常完善。尤其是当前,经济的快速发展也随之带来了严重的环境污染问题,化学工程与工艺更是要朝着绿色环保的方向发展,尤其是与化学工程工艺相关而且环境问题息息相关的行业,例如石油化工行业、材料化工行业、生物化工行业等,这些都是利用化学工程与工艺的技术来带动经济发展的行业,对于我国社会的经济发展来说,具有非常重要的现实意义。所以利用高新科技实现的化学工程与工艺,不仅有利于科学的发展和进步,而且对于经济可持续发展来说意义重大。尤其是目前化学工程与工艺正朝着高精化、自动化、数字信息化的方向发展,加强对化学工程工艺的研究是非常有必要的。
2化学工程工艺
化学工程与工艺是涵盖冶炼、药物生产、食品加工、材料化工、印刷业等多行业一门科学,其实现是以化学的基本理论知识为基础的,具有工业特色的技术。化学工程工艺涵盖了原有化学的理论知识,结合了现代最新的环保思想和理念,对于促进社会的发展、人类的进步、经济的可持续化来说意义重大。目前环境保护越来越被人们所看重,也是人们在物质经济条件逐渐优越的前提下追求更高质量生活的体现。而化学工程工艺的相关研究,这实现环保节能、优化工业生产过程、提升社会经济发展的重要途径,它的出现,能够使人们在减能节排的前提下使其经济利益最大化,也是目前更多企业愿意尝试和追求的环保生产途径。科技的发展带动社会的进步,经济的提升势必会对自然环境造成破坏,在绿色环保、减能节排的前提下,化学工程工艺势必为社会可持续发展带来新的契机,这对于社会发展来说,具有非常重要的现实意义。新型的化学工程工艺与传统的化工相比,更加注重环境保护,更加看重生产效率,例如绿色化工技术、最新的分离技术以及超临界流体萃取技术等,都是当前化学工程工艺最新兴的生产技术。
3绿色化工技术
绿色环保、节能减排是当前企业工业生产一直看重和强调的生产方式,化学工程工艺中的绿色化工技术,则是对绿色环保的工业生产的最好的诠释,绿色化学工程又被人成为环境优化化学工程,核心理念就是注重环境保护、降低环境污染、节能减排,从而实现环境污染与企业生产利益最大化之间的最佳平衡,对人类的健康和发展具有非常积极的意义。所以绿色化学工程工艺就是在化学工程过程中原材料选取、催化剂选用以及化学反应过程中都在强调绿色化工的理念,从而从化学工程生产的源头阻止环境污染,促进废物利用。
3.1选用绿色化学原料
绿色化工源头做起就需要对化学工程的原材料入手,通过选择绿色环保的、无害的化学化学物质作为企业生产的原材料,在根本上减少或消除化工生产的污染物的排放,进而将对环境污染源消灭在萌芽之中。当前,在企业生产中原材料的选取非常重要,尤其是在各种高新科技的快速发展下,各种化工原材料、催化剂、溶剂等都已经能够加工成无毒无害或低毒少害的化学材料,所以在针对化学工程原材料选取时,尽量选择使用高新技术生产的无毒无公害的原材料,或者采用天然的植物、农作物或其他很多自然生物作为企业生产的原材料,从而有效地促进化学工程原材料绿色化,从根本上消除自然环境污染源。
3.2选用绿色化学催化剂
在化学工业生产中,很多都需要催化剂来加速整个化学反应的过程,从而节约生产时间成本,提升经济收益。然而,在传统的化学工程生产过程中,很多催化剂虽然加速了化学反应的过程,但是在污染物生产和排放量等方面,都对环境造成了很严重的污染。目前在绿色化工技术中,大都采用天然无公害的催化剂的开发和使用,在化学工程中,尽量选择无污染公害或少污染的催化剂替代传统的污染重的催化剂,从而促进化学反应工程的绿色无公害。目前,部分化学工程工艺研究人员发现一种烷基化固相催化剂,其在促进化学反应的过程中基本上能够做到无污染物排放,同时能够加大废弃物的使用率,这对于企业绿色化工生产来说,将是一个很大的福音。
3.3选择绿色的化学反应
在企业化工成产过程中,会有很多化学反应,而对于这些化学反应的选择,尽量提升化学反应的选择性,从而将化工过程中减少污染排放和能源消耗,使生产物更加纯净化、提取更加便捷。以石油化工生产为例,对于烃类的处理常常选择氧化处理,这个操作会对生产物造成污染和破坏,所以在石油化工生产过程中,要尽量避免此种反应,通过优化化学反应的选择性,选择绿色生产,从而提升整个化学反应的绿色生产过程。
4化工分离技术
在化学工程工艺中,有很多物质都是混合的,对于化工企业的生产来说,是远远不能符合生产所需的,那么在化学工程工艺的物质分离技术,则是将物质进行净化、提纯的重要过程,是使物质从杂乱无章、无规律的变化,通过外在作用力,如压力、重力、温度、电磁场等作用下能够有序的转变的过程,而过程中是需要消耗能量的,而这种过程这是化学工程工艺中的物质分离技术。在化工分离技术中,应用最为广泛的是蒸馏法,这种方法的实现是通过外在的燃料燃烧对物质进行加热,通过混合物中不同物质的气化温度点,来充分掌握加热温度的变化,使得混合物的温度在预期温度点进行持续加热,从而实现对应物质气化分离。在我国,对于蒸馏分离的技术和工程实现,都已经积累了深厚的理论知识和丰富的应用实践经验,为我国的化工也生产做出了不可磨灭的贡献。但是,蒸馏法整体来说速度比较慢,效率相对较低,所以在化学工程分离技术的实现中,目前推出了各种热门的物质分离方法和技术,无论是在时间效率上、还是在生产成本上,都能很好地应用在企业化工生产过程中。
4.1膜分离技术
膜分离技术是当前化学工程工艺领域中,实现物质分离技术中比较流行的分离方法,在环保节能、低污染、高效率等诸多方面都表现出优异的性能。膜分离技术是以各种材质的膜作为基本的分离介质,膜的介质可以采用气体材质、固体材质、液体材质或混合材质,最终构成一个膜两边互不连通的界面,根据其自身的渗透特性,在不同的外在作用力(例如重力、压力、电磁场、渗透压差)下,实现物质分离。按照膜不同材质划分,常见的膜有包括支撑液膜、乳化液膜的液体材质膜以及无机材料膜、聚合物膜的固体材质膜,这些膜的材质、特性不同,最终实现的分离过程也不尽相同,有渗透、电渗析、微滤、液膜分离等,这些分离技术和过程在气体干燥、废水处理等方面广泛应用,正式因为膜分离技术效率高、耗能少、工作条件需求低,也逐渐化学工程工艺中分离技术的主体。
4.2吸附技术
在分离技术发展迅速的今天,新型吸附技术也逐渐进入了物质分离工程中,通过变压吸附、层析、模拟移动长等分离方法,新型的吸附技术也成为了分离技术中的新型技术,在工业制造和化工生产中起到非常重要的作用。
4.3反应分离耦合技术
反应分离耦合技术是提高生产效率、优化化学工程生产过程、降低生产成本中发挥越来越重要的作用。反应分离耦合技术是通过利用物质分离来促进反应或通过物质反应来促进分离的一种化工分离技术,整个技术的应用效率非常高,操作费用也很低。以醋化反应为例,该反应过程就是在精馏塔中进行可逆的醋化反应,利用精馏的反应来分离醋和水,同时逆向反应也能够加强醋化过程,从而在原料成本等多方面节约成本。
5超临界流体萃取技术
超临界流体又称为SCF,是SupercriticalFluid的缩写,一般的气体或液体在温度或者压力的持续变化下,达到某个临界点就会发生气体到液体的变化或者液体向气体的变化,但是,超临界流体是某种流体物质在达到临界压力点或温度点时,如果持续提升外界条件,该流体密度不断增加,但是并没有真正发生液化或气化的现象,此时的物体就成为超临界流体,该流体既具有气体的特性,又具有也提到特质,利用超临界流体来实现物质分离的技术,则被称为SCFE超临界流体萃取技术,该技术目前被广泛应用在食品加工、化学工程和企业生产、生物制药等诸多领域。SCFE的超临界流体萃取技术,是对混合物进行施加温度或压力的条件,从而使其进入超临界状态,进而使萃取物从其中分离出来,实现物质的分离。流体物质在超临界状态下,融合了气体和液体的综合特性,密度上比气体大得多,一般与液体比较接近,但是粘性度方面则与气体接近,比液体小得多,而且超临界流体自身的溶解度非常高、而且很容易流动和扩散,而且在压力或温度的临界点,能随着外加条件的微小变化,密度则发生显著变化,极易实现混合物中萃取物的提取和分离。利用超临界流体萃取技术,一般是使用流体作为萃取物的溶剂,使其进入超临界状态,然后与物料进行接触,使其中的萃取物溶于流体中,进而实现萃取物与物料的分离,而后降低外在施加条件,如降低压力或温度,流体密度发生变化,溶解度降低,萃取物则很容易从流体溶剂中解析出来,从而实现萃取物的分离。利用SCFE的超临界流体萃取技术来实现物料萃取物的分离,在提取速率、萃取物兼容范围等方面都非常优异,而且外在条件是通过温度或者压强的调节来实现对流体密度、溶解度的控制,从而能够有效地实现萃取物的分离,而且提取萃取物的纯度非常高,对于化工生产来说非常重要。其次,流体溶剂的选择一般选择二氧化碳流体,这种低温、无氧环境的操作可以有效地分离热敏或容易氧化的物质,此外,SCFE技术的实现,可以从固体或中液体中快速提取有效地萃取物成分,整个过程无污染、耗能少,而且对于有机物的分离提取和精致都有非常显著的功效。
6总结
化学工程工艺是目前涵盖冶炼、药物生产、食品加工、材料化工、印刷业等多行业的专业学科,其实现的专业技术对于企业的生产来说具有非常重要的现实意义。在化学工程工艺中,常见的技术有绿色化工技术,该技术是从原材料、催化剂以及化学反应的过程中选取绿色无毒无公害的物质和反应选择性来提升化工的低污染率,分离技术则是通过蒸馏分离、膜分离等分流技术来实现的化工材料的分离,超临界流体萃取技术则是采用超临界流体对物料中萃取物的提取,通过改变外在条件来实现萃取物的提取,从而实现物质分离。这些化学工程工艺都在为企业的生产、化工过程等起到非常重要的作用,为促进我国的经济发展奠定了良好的技术基础。
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