綠色化學方面論文
在當前強調環境保護的大時代背景下,在化學教學中實施綠色化學教育,無論對學生的科學素質的培養和形成綠色化學理念是十分必要的。下文是小編為大家蒐集整理的關於的內容，歡迎大家閱讀參考!
篇1
淺談綠色化學的進展
摘要：綠色化學是一門從源頭上阻止汙染的化學，因此這門學科還可稱為環境無害、友好化學與清潔化學。世界各國在最近幾十年來主要是圍繞化學反應材料、參與反應的催化劑以及化工產品的“綠色化”展開研究的。
關鍵詞：綠色環保;化學;研究
當今社會，我們正面臨著有史以來最為嚴峻的危機，尤其是環境危機。大家知道，世界各國的人口正在急劇的增加，導致人類對於可再生與不可再生的資源的消耗日益擴大，耕地、淡水和礦產等資源人均佔有量日趨減少，所以人口與資源的矛盾逐漸變得“尖銳化”，環境保護問題就成為世界經濟與人類社會發展進步的重要問題之一。化學工業及其相關產業作為國民經濟的支柱產業之一，在為人類創造物質文明作出重大貢獻的同時，在生產、生活中也不斷排放出大量的有害物質，所以，化學工業及其相關產業也給人類及環境帶來不可小視的危害。眼下，西方發達國家對於環境的治理，已開始從末端治理汙染轉向開發清潔工業技術、消減汙染源頭、生產環境友好產品，這就從治標轉向了治本，是一大進步。“綠色技術”已成為21世紀化工技術與化學研究的熱點和重要科技前沿。
世界各國在最近幾十年來主要是圍繞化學反應材料、參與反應的催化劑以及化工產品的“綠色化”展開研究的。遵照上述主線，文章評述了最近幾十年來人類在綠色化學方面進行的一些主要的研究進展。
一、化學原料的高效充分利用——原子經濟性反應
近年來，化學家們孜孜不倦地研究原子經濟性反應，取得很多寶貴成果。例如，用氯醇法合成環氧乙烷，其原子利用率只有25%，採用乙烯催化環氧化方法僅需一步反應，原子利用率達到100%，產率99%。但是現在已經應用於工業上的一些技術——“原子經濟性反應”，仍然還需要進一步從環保、技術、經濟等方面進行研究及相關的改進。人們在化學反應中想要實現高原子經濟性，還需要開發新的途徑或者用催化反應來替代化學計量反應等方式來實現。1997年的新合成路線獎的獲得者BCH公司的工作即是一個很好的例證。該公司開發了一種合成布洛芬的新工藝，傳統生產工藝包括6步化學計量反應，原子的有效利用率低於40.1%，新工藝採用3步催化反應，原子的有效利用率達77.4%，如果再考慮副產物乙酸的回收利用，則原子利用率達到99%。[1]
二、在化學工業上利用無毒害原料進行化工生產
工業化的發展為人類提供了許多新型的物料，這些新物料大大改善了人們的物質生活水平，同時也給人類造成了十分嚴重的汙染，僅大量的生活廢棄物一項就使我們的生活環境變得不斷地而且越來越迅速地惡化。為了既不降低人類的生活水平，又不破壞環境，我們必須研製並採用對環境無毒無害又可迴圈使用的新物料。現在在化學工業上，己二酸和鄰苯二酚是以苯為原料製造的。苯是石油生產的產品，消耗的是不可再生的資源，另外，苯是一種易揮發的有機物，室溫下容易汽化，長期吸入苯可以導致白血病和癌症。而且在合成己二酸的過程中，最後一步是利用硝酸氧化環己酮和環己醇，這一反應的副產物N2O以每年10%的水平增長，並且還會破壞臭氧層。N2O同時也是一種溫室效應氣體，會導致氣候異常。密執安州立大學的J.W.Frost和K.M. Draths經研究將葡萄糖轉化為順-己二烯二酸，然後經氧化形成己二酸。Draths和Frost已經研製出另一種基因修飾的大腸桿菌，可抑制DHS***一種抗氧化劑BHT的潛在替代物***和鄰苯二酚的進一步反應，故可將這些化合物作為產品分離出來。因此，從葡萄糖出發通過生物合成DHS和鄰苯二酚的合成路線與傳統合成方法相比，不僅可利用再生資源，而且可以避免有毒的苯及其加工過程中生成的N2O等造成的環境影響和對人體健康的危害。
三、催化劑的綠色化
人類在化學工業上利用使用催化劑進行化學反應從而生產了大量的各類有機產品時，大部分是採用了催化氧化的手段得到的，所以這種方法生產的產品佔了相當大的比例，而很少採用烴類催化氧化的方式進行。這類方式的選擇性較低的主要原因之一是因為烴類的烷基化反應大都使用諸如H2SO4溶液、AlCl3溶液等作為催化劑，但是這樣的催化劑存在著很大的缺點，即在使用中會對裝置產生腐蝕，並且還會危害人類的身體健康及安全等，反應所產生的工業三廢***廢水、廢渣、廢氣***還會對人類的居住環境產生大量的十分嚴重的汙染。所以，“綠色化學”所追求的最終的目標就是利用對人類及生態環境無毒害的“綠色催化劑”得到所需的產品。為了達到這個目標，研究如何應用催化轉化並開發新的催化劑越來越受到科學家們的重視，而且也研究出了很多新的科研成果。
現在人類除了在化工生產中採用“超臨界溶劑”外，還在研究以水或“近臨界水”作為溶劑。“近臨界水”對有機物的溶解效能相當於丙酮或乙醇，介電常數介於常態水和超臨界水之間。採用水作為溶劑雖然能避免有機溶劑的使用，但是由於物質在水中的溶解度具有一定的限度，大大限制了水在化工生產的大量利用。並且在利用水作溶劑時還要注意廢水對生態環境造成的汙染。目前人類正在進行利用無溶劑的固相反應來避免使用揮發性溶劑的研究。我國制訂了“科教興國”和可持續發展戰略，並且在1993年世界環境和發展大會之後，編制了《中國21世紀議程》，表明了走可持續發展道路的決心。1999年北京第16次九華山科學論壇以“綠色化學的基本科學問題”為研討重點。2000年科技部《國家重點基礎研究發展規劃專案》立項——石油煉製和基本有機化學品合成的綠色化學。上述活動已推動了我國綠色化學的發展。
參考文獻：
[1]邢其毅.基礎有機化學[M].北京：人民教育出版社，1980.
[2]Frost，J.W.，Draths，K.M.Biocatalytic Syntheses of Aromatics from D-Glucose：Renewable Microbial Sources of Aromatic Compounds[J].Ann.Rev.Microbiol，1995，***49***：557.
[3]Li K，Mikola M R，Draths K M.Fed-batch fermentor synthesis of 3-dehydroshikimic acid using recombinant Escherichia[J].coli，1999，***1***.
篇2
淺談綠色催化劑與綠色化學
摘 要：綠色化學是現代化學工業的發展趨勢和前沿技術。生產化學產品的原料、催化劑、溶劑的綠色化， 以及生物技術等清潔生產方法的開發和應用， 對維護人類健康， 保護生態環境， 實現化學工業的可持續發展具有重要意義。
關鍵詞：綠色催化劑;綠色化學
一、催化劑與綠色催化劑
催化劑是一種物質的特定稱呼，是指在化學反應中能改變反應速率，但本身的化學性質和質量在反應前後都沒有發生變化的物質。催化劑會誘導化學反應發生改變，而使化學反應變快或減慢或者在較低的溫度環境下進行。催化劑在工業上也稱為觸媒。
綠色催化劑是指在催化轉化反應過程中，不產生環境汙染，甚至是“零排放”，從而能夠實現清潔生產的這樣一類催化劑。
二、綠色化學
綠色化學又稱環境無害化學、環境友好化學、清潔化學。近年來，綠色化學的研究工作主要圍繞化學反應、原料、催化劑、溶劑和產品的綠色化展開的。綠色化學代表著二十一世紀化學學科的主流方向，而綠色催化劑將是綠色化學的重要組成部分。
綠色化學對人類社會的發展和進步有著深遠的影響，而綠色催化技術在綠色化學發展中作用十分重要。因為，80%以上的傳統化工過程都與催化作用有關。近年來隨著人類對能源、環境和健康等問題的普遍關注，綠色催化劑的作用和地位獲得了新的評價。
三、綠色催化劑的種類
***一***分子篩催化劑
分子篩催化劑，又稱沸石分子篩催化劑，係指以分子篩為催化劑活性組分或主要活性組分之一的催化劑。分子篩具有離子交換效能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性，並有良好的熱穩定性和水熱穩定性，可製成對許多反應有高活性、高選擇性的催化劑。
***二***雜多酸催化劑
雜多酸是一類由中心原子***俗稱雜原子***和配位原子***多原子***按一定的空間結構、藉助氧原子橋聯成的含氧多元酸。是強度均勻的質子酸，並有氧化還原能力，通過改變組成，可調節酸強度和氧化還原效能。水分存在時形成的擬液相也能影響其酸性和氧化還原能力。雜多酸有固體和液體兩種形態。
***三***固體超強酸催化劑
超強酸是比100%硫酸還強的酸，其HO<11.93，而固體超強酸是一類固體超強酸的總稱。它主要又以下幾類：***1***負載型固體超強酸：這是以金屬氧化物作載體將液體超強酸負載起來的一類超強酸HF-SbF3-AlF3/固體多孔材料/SbF3-Pt/石墨，SbF3-Hf/F-Al2O3，SbF3-FSO3H/石墨。***2***混合無機鹽類：AlCl3-CaCl2，AlCl3-Ti***SO4***3。***3***氟代磺酸離子交換樹脂***Nafion-H***。***4***硫酸根離子酸性金屬氧化物：SO42-/ZrO2，SO42-/TiO2，SO42-/Fe2O3等。***5***負載金屬氧化物的固體超強酸如WO3/ZnO2，MoO3、ZrO2等。這些固體超強酸其酸度高於100%硫酸的103-104倍，它們易於製備和儲存，不腐蝕反應器，在500℃時仍具有催化活性，且能反覆使用。其中以***3******4******5***三種不含滷原子，不汙染環境，可作優良的質子催化劑。
***四***光催化劑
這是一類藉助光的激發而進行催化反應的催化劑，如ZnO-CuO-H2O2，在紫外光作用下，可對染料廢水進行催化脫色，脫色率近100%。TiO2光催化劑光解二氯乙酸、光的光解制氫、CO2的光催化固碳都是為未來解決能源、人工光合作用的主要催化反應。
***五***電極催化劑
在這類電化學反應中，電極既是電化學反應的反應物場所 也是供應和接收電子的場所，故兼有催化和促進電子遷移的雙重功能。通過外部電路調控電極電位，可對反應條件、反應速率進行調控。
***六***酶催化劑
酶催化劑可以說時一種真正的綠色催化劑，它是一種能加速特殊反應的生物分子，有近乎專一的催化效能。
***七***膜催化劑
膜催化劑是將催化劑製成膜反應器，反應物可選擇性的穿越催化膜併發生反應，產物也可以選擇性的穿過膜而離開反應區域，從而有效地調節反應區域內的反應物和產物的濃度，這也是將膜技術和催化綜合的一種催化工藝。
四、綠色催化劑在綠色化學上的應用
***一***分子篩催化劑
分子篩熱穩定性好，在900K時仍存在催化活性，因而用它製成蜂窩狀陶瓷，用於汽車尾氣的催化劑轉化的載體。另外，分子篩催化裂化在石油化學工業中已大量使用。催化裂化分子篩催化劑一般是稀土元素或高價金屬元素取代鈉元素的Y型分子篩。與普通矽鋁催化劑相比，具有活性高，熱穩定性好的特點，可在較緩和條件下進行反應，同時允許在630～680℃的高溫下再生以更好地恢復活性。此外，它抗中毒能力強，能加工某些含重金屬較多的劣質原料。
***二***雜多酸催化劑
作為酸催化劑，其活性中心既存在於“表相”，也存在於“體相”。雜多酸有類似於濃液的“擬液相”，這種特性使其具有很高的催化活性，既可以表面發生催化反應，也可以在液相中發生催化反應，雜多酸如前所述既是氧化催化劑，還是光電催化劑。十二鎢磷酸，用於催化丙烯水合制異丙醇，轉化率中等，選擇性很高，是成功應用的典範。
雜多酸具有的可調控酸性，它取代HF、硫酸、磷酸，以固體形式進行多相催化反應，用雜多酸做催化劑可提高反應的回收率。與沸石分子篩催化劑類似，它具有不腐蝕裝置、資源利用充分、不汙染環境、工藝簡便等優點。雜多酸又因其兼具氧化、光電催化等功能，在化工生產尤其是石油化工生產中被廣泛採用。
***三***固體超強酸催化劑
固體超強酸在丙醇水合制異丙醇和異丙醚，甲醇和異丙烯制甲基叔丁基醚、醇酸酯化、烴的硝化、氧化氯代烴的還原等反應中都體現出優良的催化效能。
五、結語
雖然綠色化工催化劑理論發展逐漸得到完善，但大多數催化劑仍停留在實驗階段，催化劑效能不穩定，製備過程複雜，價效比低是制約其工業化應用的主要原因，但從長遠角度考慮，採用綠色化工催化劑是實現生產零汙染的一個必然趨勢。
>