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前言
進(jìn)入21世紀(jì),人類正面臨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī),最突出的是人口劇增、能源日漸減少、資源瀕臨枯竭、生活廢棄物和工農(nóng)業(yè)污染物正迅速惡化生態(tài)環(huán)境,使得人與自然的矛盾不斷激化。
綠色化學(xué)的設(shè)想是在化學(xué)生產(chǎn)過程中,不再使用有毒、有害的物質(zhì),不再產(chǎn)生廢物,不再處理廢物。相應(yīng)的,綠色化學(xué)工程與工藝是通過改進(jìn)化學(xué)的技術(shù)和方法,減少甚至完全消除對(duì)人類健康、生態(tài)環(huán)境有危害作用的化工產(chǎn)物,同時(shí)促進(jìn)化學(xué)工業(yè)節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
一、綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)
我國傳統(tǒng)的化學(xué)工程與工藝對(duì)有害污染物是滯后的被動(dòng)治理,即不能根除污,并且成本很高,治標(biāo)不治本。如利用煙氣除塵、脫硫,雖然達(dá)到了凈化氣體的目的,但是污染物卻轉(zhuǎn)移為廢渣、廢水。綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā),則本著零排放、清潔生產(chǎn)的原則,從化學(xué)反應(yīng)的始端著手,進(jìn)而有效防止和控制污染的產(chǎn)生。
1.選擇、采用無毒害化學(xué)原料
原料的選擇生產(chǎn)化學(xué)品的源頭,同時(shí),還決定著不同的化學(xué)生產(chǎn)流程和工藝。綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)首要目標(biāo)是不使用有毒有害的原料。為了從源頭上防止化學(xué)污染,綠色化學(xué)工程與工藝開發(fā)的原則是盡量選用可再生的自然物質(zhì)作原料,如野生植物、農(nóng)作物等生物質(zhì)。將諸如蘆葦、木屑、樹枝等野生纖維植物以及諸如蔗渣、麥秸、稻草等農(nóng)副產(chǎn)品的廢棄物作為原料加工為糠醛以及醇、酮、酸類化學(xué)品,用生物質(zhì)氣化產(chǎn)生氫氣等,都是綠色原料應(yīng)用的典型例子。
2.提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性
烴類選擇性氧化是一類具有強(qiáng)放熱性的反應(yīng),石油化工中經(jīng)常會(huì)有這種反應(yīng),其目的產(chǎn)物不穩(wěn)定,容易進(jìn)一步氧化成H2O和CO2.在各類的催化反應(yīng)中,此反應(yīng)的選擇性最低,有時(shí)有些產(chǎn)品還具有異構(gòu)體形式,為了得到更多的終產(chǎn)物,需要使用那些選擇性高的試劑。為了降低分離產(chǎn)品和純化產(chǎn)品的難度,需要提高反應(yīng)的選擇性,這樣可以降低成本,節(jié)約資源,減少環(huán)境污染。在這一方面已經(jīng)有不少的科研成果,比如開發(fā)載氧能力強(qiáng)、選擇性好的新型催化劑,來應(yīng)對(duì)不同的烴類氧化反應(yīng)。
3.采用無毒無害的化學(xué)催化劑
目前,約 90 %以上的化學(xué)反應(yīng)要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)必須采用,催化劑提高其反應(yīng)速率。開發(fā)新型高效、無毒無害的催化劑是綠色化學(xué)工藝的方向之一。國內(nèi)外都在研發(fā)新的烷基化固相催化劑。另外,分子篩催化劑也得到了很好的開發(fā)和應(yīng)用。
二、綠色化學(xué)工程與工藝在化學(xué)工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用
綠色化學(xué)工程與工藝開始與使用,很大程度上促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)。具體來講,目前在國內(nèi)主要有以下幾方面的應(yīng)用。
1.清潔生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用
清潔生產(chǎn)技術(shù)也被稱為無害、無毒、無廢的綠色化技術(shù),比如先進(jìn)的脫硝和脫硫技術(shù);城市垃圾的無害化處理技術(shù);生活垃圾制沼氣技術(shù);高效清潔的煤氣化技術(shù);利用風(fēng)能、太陽能等自然能發(fā)電技術(shù)等等,這些都利用了清潔生產(chǎn)的技術(shù)。清潔生產(chǎn)技術(shù)包括的范圍很廣,主要有以下幾種技術(shù):生物工程技術(shù),這其中有細(xì)胞工程、酶工程、基因工程等等;輻射加工技術(shù),如離子束、射線和中子束等在常溫常壓下就可以引起一些需要在高溫高壓下才能進(jìn)行的反應(yīng);綠色催化技術(shù),這里有多種催化劑,比如分子篩催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑等;超臨界流體技術(shù),這里有超臨界H2O和超臨界 CO2,都能阻燃并且無毒。清潔生產(chǎn)技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn),其產(chǎn)品清潔無毒,不管是對(duì)環(huán)境還是對(duì)人體都是安全的。
2. 結(jié)合生物技術(shù)的應(yīng)用
生物技術(shù)領(lǐng)域包括有細(xì)胞、基因、微生物和酶等的技術(shù)范疇。它在化工領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面,化學(xué)仿生學(xué)和生物化工。生物酶在生物體內(nèi)作為一種催化劑具有高效性和專一性,廣泛參與到生物合成的各個(gè)過程。而在化學(xué)仿生學(xué)中主要是膜化學(xué)這一領(lǐng)域使用到生物技術(shù)。
綠色化學(xué)工程與工藝部分采用了生物技術(shù),使可再生資源合成化學(xué)品。早期的有機(jī)化合物原料多數(shù)直接來源于動(dòng)植物,之后才發(fā)展到利用石油和煤炭作為原料。在綠色化學(xué)工程與工藝中,催化劑一般用的都是自然界中存在的酶或者是工業(yè)酶。酶與一般的化學(xué)催化劑相比,具有無污染、反應(yīng)條件溫和產(chǎn)物性質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。比如制備丙烯酰胺,使用的是丙烯腈,換用酶催化后,能耗大幅度降低,反應(yīng)完全且無副產(chǎn)物。
3.生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品
發(fā)展綠色化學(xué)工程與工藝,其目的是生產(chǎn)出環(huán)境友好型產(chǎn)品。在生活中有許多實(shí)例,比如尋找替代品來替代氟利昂,這樣可以保護(hù)大氣的臭氧層;使用可降解的塑料制品;無磷洗衣粉、清潔汽油等等。因?yàn)閭鹘y(tǒng)汽油柴油給大氣帶來了嚴(yán)重污染,近年來國內(nèi)外流行使用的新汽油、低硫柴油或者是其他無污染燃料,大大減少汽車尾氣造成的污染。又如在山東推行的用二甲醚來做汽車用的燃料,二甲醚既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保,這具有很好的發(fā)展前景。巴西在生物能源的開發(fā)上取得一定成就,如使用乙醇汽油,利用甘蔗產(chǎn)酒精,酒精燃料已經(jīng)取代了接近一半的汽油消費(fèi)。另外還有H2和CO2在太陽能和電解質(zhì)存在的條件下合成乙醇這一新工藝,生產(chǎn)過程和產(chǎn)品均對(duì)環(huán)境友好。
三、結(jié)束語
總之,綠色化學(xué)工程與工藝采用無毒害的溶劑、原料、催化劑等,選擇無污染、低耗、節(jié)能的化學(xué)工藝過程,應(yīng)用清潔的生產(chǎn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與環(huán)境相容,產(chǎn)品和生態(tài)友好。開發(fā)和應(yīng)用綠色化學(xué)工藝,已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展趨勢和前沿技術(shù),是建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
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一、重視案例教學(xué),增強(qiáng)學(xué)生對(duì)制藥工藝綠色化的感性認(rèn)識(shí)
采用綠色工藝、實(shí)行清潔生產(chǎn)是制藥工業(yè)的發(fā)展趨勢和必然選擇。為增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),授課中可以適時(shí)引入幾個(gè)經(jīng)典案例配合理論方面的講解,以期達(dá)到事半功倍的效果。美國女生物學(xué)家RachelCarson1962年出版了題為SilentSpring的專著。她告誡人們,DDT等農(nóng)藥的使用導(dǎo)致鳥類數(shù)量急劇下降,使萬物復(fù)蘇的春天居然聽不到鳥鳴,成為“寂靜的春天”。該書揭示了環(huán)境問題的嚴(yán)重性,吹響了環(huán)境保護(hù)的號(hào)角。為了從化學(xué)和化工的源頭防止污染,以原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)為核心的綠色化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。本案例可以讓學(xué)生體會(huì)傳統(tǒng)制藥業(yè)忽視污染控制、破壞生態(tài)環(huán)境,竟成了催生綠色化學(xué)、綠色過程工程的重要因素;綠色化學(xué)是化學(xué)發(fā)展的必由之路,綠色過程工程是過程工業(yè)發(fā)展的必由之路,從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)綠色過程工程原理與技術(shù)的自覺性。1984年12月3日凌晨,作為農(nóng)藥生產(chǎn)原料的光氣溢出到印度博帕爾市(Bhopal)的人口密集地區(qū),導(dǎo)致32萬人中毒、2500人直接死亡的嚴(yán)重后果,業(yè)界由此得到一個(gè)減免使用劇毒原料的警示信號(hào)。調(diào)查顯示在事故發(fā)生時(shí),冷卻系統(tǒng)、溫度指示器、燃燒塔都不能起作用,這表明事故還與設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、疏于管理等有關(guān)。此案例讓學(xué)生體會(huì)到要提高工業(yè)過程的綠色度,一方面要采用無毒、無公害的合成或天然原料,從源頭上盡量減少甚至杜絕污染和危害;另一方面,必須從工藝和設(shè)備兩方面著手,大力研究和開發(fā)從整個(gè)工程鏈中消減污染的綠色工程技術(shù),并強(qiáng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化管理,提升員工素質(zhì)。20世紀(jì)50年代,沙利度胺曾作為鎮(zhèn)靜劑用于緩解孕婦妊娠反應(yīng)。1961年發(fā)現(xiàn)服用外消旋的沙利度胺(反應(yīng)停)的孕婦產(chǎn)下了四肢呈海豹狀的畸形兒,累計(jì)致畸案例多達(dá)17000例,成為20世紀(jì)醫(yī)藥界最大的藥害事件。后來的研究表明,沙利度胺的致畸性是由(S)-異構(gòu)體引起的。此案例能讓學(xué)生體會(huì)產(chǎn)品的綠色化是綠色過程工程的重要指標(biāo),綠色化工產(chǎn)品應(yīng)對(duì)人類和環(huán)境無毒無害;若對(duì)映體具有不同的藥理活性,開發(fā)單一旋光異構(gòu)體藥物符合綠色過程工程原理。
二、用綠色過程工程原理引導(dǎo)學(xué)生改變傳統(tǒng)的工程觀念,培養(yǎng)學(xué)生的“當(dāng)代工程觀”
工程觀念的強(qiáng)弱和趨向直接決定著研究和工程技術(shù)人員的實(shí)踐能力,教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生的工程觀教育,培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)和工程思維。工程觀是人們關(guān)于工程活動(dòng)的基本理念,是認(rèn)識(shí)和進(jìn)行工程活動(dòng)的指南。在當(dāng)代學(xué)科交叉滲透的趨勢下形成的當(dāng)代工程觀是對(duì)傳統(tǒng)工程觀的揚(yáng)棄和超越。[4]傳統(tǒng)工程觀以科學(xué)理性和技術(shù)理性為主導(dǎo),而對(duì)人文理性和生態(tài)優(yōu)化較為忽視。當(dāng)代工程觀把工程理解為生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中的生態(tài)社會(huì)現(xiàn)象,視生態(tài)環(huán)境為工程活動(dòng)的內(nèi)生因素,工程活動(dòng)不但受生態(tài)環(huán)境的制約,而且應(yīng)按照生態(tài)規(guī)律重塑生態(tài)活動(dòng)的方式。[4]這與綠色過程工程的內(nèi)涵一致,強(qiáng)化綠色過程工程教學(xué),有利于貫徹當(dāng)代工程觀教育,有助于培養(yǎng)對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有強(qiáng)烈責(zé)任意識(shí)并具有良好創(chuàng)新素質(zhì)的未來建設(shè)者和管理者。化學(xué)制藥工藝學(xué)是研究、優(yōu)選符合大規(guī)模藥物生產(chǎn)的工藝路線和工藝條件,從而以最安全、最經(jīng)濟(jì)、最切實(shí)可行的方式完成藥物制備的一門學(xué)科。生產(chǎn)工藝研究按研究階段可分為實(shí)驗(yàn)室工藝研究、中試放大研究和工業(yè)生產(chǎn)工藝研究。該課程與生產(chǎn)實(shí)際緊密相關(guān),適宜強(qiáng)化工程觀念教學(xué)。朱宏吉、元英進(jìn)等指出,[5]制藥工藝學(xué)可指導(dǎo)學(xué)生完成制藥工程課程設(shè)計(jì)最基本、最核心的內(nèi)容,即工藝計(jì)算和工藝流程的組織,使學(xué)生將符合GMP要求的制藥車間工程設(shè)計(jì)基本原則、制藥設(shè)備選型與設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。筆者認(rèn)為,通過本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生還應(yīng)該學(xué)會(huì)按當(dāng)代工程觀的要求,根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、環(huán)境友好的原則,選擇、優(yōu)化藥物及中間體的制備工藝。實(shí)踐表明,強(qiáng)化綠色過程工程教育,對(duì)學(xué)生在制藥工程課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文中選擇、設(shè)計(jì)綠色工藝具有非常突出的指導(dǎo)作用。據(jù)眾多學(xué)習(xí)過本課程的畢業(yè)生的反饋信息,不論他們是否從事制藥業(yè),都能自覺運(yùn)用綠色過程工程的觀念開展工程項(xiàng)目的開發(fā)、評(píng)價(jià)和實(shí)施,學(xué)生畢業(yè)后體會(huì)到了學(xué)習(xí)綠色過程工程原理的更大收獲。
三、強(qiáng)化綠色過程工程教育的教學(xué)設(shè)計(jì)
經(jīng)過多年的摸索,緒論部分教學(xué)中引入生命周期評(píng)價(jià)(LCA)、[6]原子經(jīng)濟(jì)性(AE)、[7,8]環(huán)境因子(EFactor)、[8-10]環(huán)境商(EQ)四個(gè)概念是必要的和可行的。[8-10]生命周期評(píng)價(jià)(LCA)是一種評(píng)價(jià)產(chǎn)品、工藝或活動(dòng),從原材料采集,到產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、使用、回用、維護(hù)和最終處置整個(gè)生命周期階段環(huán)境負(fù)荷的過程,是從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡倪^程。它首先辨識(shí)整個(gè)生命周期階段中能量、物質(zhì)的消耗以及環(huán)境釋放,然后評(píng)價(jià)這些消耗和釋放對(duì)環(huán)境的影響,最后辨識(shí)和評(píng)價(jià)減少這些影響的機(jī)會(huì)。生命周期評(píng)價(jià)是實(shí)施綠色過程工程的重要工具。掌握生命周期評(píng)價(jià)的概念有助于學(xué)生從產(chǎn)品整個(gè)生命周期綜合思考新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、新工藝開發(fā)和舊工藝改造,生命周期評(píng)價(jià)的概念為在授課過程中灌輸、剖析綠色過程工程原理提供了線索。傳統(tǒng)化學(xué)采用收率作為評(píng)價(jià)某化學(xué)反應(yīng)過程或某一產(chǎn)品合成工藝優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn),這種做法已沿用了上百年。只注重收率往往會(huì)忽略合成中使用或產(chǎn)生的不必要的化學(xué)品,收率指標(biāo)難以反映廢物產(chǎn)生數(shù)量的多少,不足以完全反映原料的綜合利用效率。欲充分利用資源和消減廢棄物排放,只有使反應(yīng)物分子中的原子盡可能多的進(jìn)入目標(biāo)產(chǎn)物中。B.M.Trost于1991年提出了原子經(jīng)濟(jì)性(AE)概念,[7]為評(píng)價(jià)化工過程提供了強(qiáng)有力的工具。原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)處于綠色過程的核心地位。R.A.Sheldon提出了E因子和環(huán)境商(EQ)兩個(gè)概念分別用于快速評(píng)價(jià)反應(yīng)過程中廢物產(chǎn)生的數(shù)量和廢物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的潛在影響。[9]R.A.Sheldon給出了傳統(tǒng)制藥業(yè)的E因子范圍常在25~100kg/kg,[8]遠(yuǎn)高于煉油和大宗商品生產(chǎn)行業(yè),這說明制藥業(yè)實(shí)施綠色過程工程技術(shù)任重道遠(yuǎn)且正當(dāng)其時(shí),強(qiáng)化綠色過程工程教育是制藥業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)在要求。緒論部分在介紹綠色過程工程內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,著重辨析上述四個(gè)概念,生命周期評(píng)價(jià)為綠色過程工程教學(xué)提供了線索,其余概念則可直接服務(wù)于每一部分教學(xué)。依據(jù)制藥工藝學(xué)主要講授內(nèi)容,總體教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1所示,綠色過程工程教育是一個(gè)線索分明、重點(diǎn)突出的有機(jī)的整體。期望學(xué)生能夠?qū)W會(huì)科學(xué)的研究方法。例如,熱力學(xué)以經(jīng)驗(yàn)概況的熱力學(xué)第一、第二定律為基礎(chǔ),經(jīng)過嚴(yán)密的邏輯推理,建立了幾個(gè)熱力學(xué)函數(shù),通過“狀態(tài)函數(shù)法”,即在相同的始終態(tài)間,能動(dòng)地設(shè)計(jì)可計(jì)算的過程,解決了化學(xué)反應(yīng)的方向和限度問題。理想氣體、理想溶液是實(shí)際氣體、實(shí)際溶液的理想化模型,實(shí)際氣體通過逸度、實(shí)際溶液通過活度進(jìn)行相應(yīng)校正,可以簡單地解決熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)問題。
(一)通過公式的推導(dǎo)過程,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S物理化學(xué)課程公式繁多。對(duì)于有代表性的公式,授課中用板書逐步推導(dǎo),一方面有利于學(xué)生理解和記憶,另一方面能教會(huì)學(xué)生處理問題的方法,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力。例如,在化學(xué)熱力學(xué)公式的推導(dǎo)過程中,每一步都可能引入限制條件,這種條件也是該公式的適用條件,使用過程中必須注意。在授課過程中,我強(qiáng)調(diào)它們之間的邏輯關(guān)系,注重學(xué)生思維的梳理。
關(guān)鍵詞:化學(xué)工程工藝;綠色化工;分離技術(shù);超臨界流體
1概述
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各種化學(xué)制品已經(jīng)充斥在我們周圍,成為我們?nèi)粘Ia(chǎn)生活中不可或缺的基本物品。然而,這些物品的原材料生產(chǎn),都是來自于化學(xué)工程與工藝?;瘜W(xué)工程與工藝是通過對(duì)化學(xué)材料的處理,從而實(shí)現(xiàn)了化學(xué)生產(chǎn)的環(huán)保資源的高效優(yōu)化,生產(chǎn)過程也變得非常完善。尤其是當(dāng)前,經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也隨之帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,化學(xué)工程與工藝更是要朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展,尤其是與化學(xué)工程工藝相關(guān)而且環(huán)境問題息息相關(guān)的行業(yè),例如石油化工行業(yè)、材料化工行業(yè)、生物化工行業(yè)等,這些都是利用化學(xué)工程與工藝的技術(shù)來帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的行業(yè),對(duì)于我國社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以利用高新科技實(shí)現(xiàn)的化學(xué)工程與工藝,不僅有利于科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步,而且對(duì)于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展來說意義重大。尤其是目前化學(xué)工程與工藝正朝著高精化、自動(dòng)化、數(shù)字信息化的方向發(fā)展,加強(qiáng)對(duì)化學(xué)工程工藝的研究是非常有必要的。
2化學(xué)工程工藝
化學(xué)工程與工藝是涵蓋冶煉、藥物生產(chǎn)、食品加工、材料化工、印刷業(yè)等多行業(yè)一門科學(xué),其實(shí)現(xiàn)是以化學(xué)的基本理論知識(shí)為基礎(chǔ)的,具有工業(yè)特色的技術(shù)。化學(xué)工程工藝涵蓋了原有化學(xué)的理論知識(shí),結(jié)合了現(xiàn)代最新的環(huán)保思想和理念,對(duì)于促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展、人類的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)化來說意義重大。目前環(huán)境保護(hù)越來越被人們所看重,也是人們?cè)谖镔|(zhì)經(jīng)濟(jì)條件逐漸優(yōu)越的前提下追求更高質(zhì)量生活的體現(xiàn)。而化學(xué)工程工藝的相關(guān)研究,這實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過程、提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑,它的出現(xiàn),能夠使人們?cè)跍p能節(jié)排的前提下使其經(jīng)濟(jì)利益最大化,也是目前更多企業(yè)愿意嘗試和追求的環(huán)保生產(chǎn)途徑??萍嫉陌l(fā)展帶動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)的提升勢必會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞,在綠色環(huán)保、減能節(jié)排的前提下,化學(xué)工程工藝勢必為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來新的契機(jī),這對(duì)于社會(huì)發(fā)展來說,具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。新型的化學(xué)工程工藝與傳統(tǒng)的化工相比,更加注重環(huán)境保護(hù),更加看重生產(chǎn)效率,例如綠色化工技術(shù)、最新的分離技術(shù)以及超臨界流體萃取技術(shù)等,都是當(dāng)前化學(xué)工程工藝最新興的生產(chǎn)技術(shù)。
3綠色化工技術(shù)
綠色環(huán)保、節(jié)能減排是當(dāng)前企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)一直看重和強(qiáng)調(diào)的生產(chǎn)方式,化學(xué)工程工藝中的綠色化工技術(shù),則是對(duì)綠色環(huán)保的工業(yè)生產(chǎn)的最好的詮釋,綠色化學(xué)工程又被人成為環(huán)境優(yōu)化化學(xué)工程,核心理念就是注重環(huán)境保護(hù)、降低環(huán)境污染、節(jié)能減排,從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染與企業(yè)生產(chǎn)利益最大化之間的最佳平衡,對(duì)人類的健康和發(fā)展具有非常積極的意義。所以綠色化學(xué)工程工藝就是在化學(xué)工程過程中原材料選取、催化劑選用以及化學(xué)反應(yīng)過程中都在強(qiáng)調(diào)綠色化工的理念,從而從化學(xué)工程生產(chǎn)的源頭阻止環(huán)境污染,促進(jìn)廢物利用。
3.1選用綠色化學(xué)原料
綠色化工源頭做起就需要對(duì)化學(xué)工程的原材料入手,通過選擇綠色環(huán)保的、無害的化學(xué)化學(xué)物質(zhì)作為企業(yè)生產(chǎn)的原材料,在根本上減少或消除化工生產(chǎn)的污染物的排放,進(jìn)而將對(duì)環(huán)境污染源消滅在萌芽之中。當(dāng)前,在企業(yè)生產(chǎn)中原材料的選取非常重要,尤其是在各種高新科技的快速發(fā)展下,各種化工原材料、催化劑、溶劑等都已經(jīng)能夠加工成無毒無害或低毒少害的化學(xué)材料,所以在針對(duì)化學(xué)工程原材料選取時(shí),盡量選擇使用高新技術(shù)生產(chǎn)的無毒無公害的原材料,或者采用天然的植物、農(nóng)作物或其他很多自然生物作為企業(yè)生產(chǎn)的原材料,從而有效地促進(jìn)化學(xué)工程原材料綠色化,從根本上消除自然環(huán)境污染源。
3.2選用綠色化學(xué)催化劑
在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中,很多都需要催化劑來加速整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過程,從而節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間成本,提升經(jīng)濟(jì)收益。然而,在傳統(tǒng)的化學(xué)工程生產(chǎn)過程中,很多催化劑雖然加速了化學(xué)反應(yīng)的過程,但是在污染物生產(chǎn)和排放量等方面,都對(duì)環(huán)境造成了很嚴(yán)重的污染。目前在綠色化工技術(shù)中,大都采用天然無公害的催化劑的開發(fā)和使用,在化學(xué)工程中,盡量選擇無污染公害或少污染的催化劑替代傳統(tǒng)的污染重的催化劑,從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)工程的綠色無公害。目前,部分化學(xué)工程工藝研究人員發(fā)現(xiàn)一種烷基化固相催化劑,其在促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的過程中基本上能夠做到無污染物排放,同時(shí)能夠加大廢棄物的使用率,這對(duì)于企業(yè)綠色化工生產(chǎn)來說,將是一個(gè)很大的福音。
3.3選擇綠色的化學(xué)反應(yīng)
在企業(yè)化工成產(chǎn)過程中,會(huì)有很多化學(xué)反應(yīng),而對(duì)于這些化學(xué)反應(yīng)的選擇,盡量提升化學(xué)反應(yīng)的選擇性,從而將化工過程中減少污染排放和能源消耗,使生產(chǎn)物更加純凈化、提取更加便捷。以石油化工生產(chǎn)為例,對(duì)于烴類的處理常常選擇氧化處理,這個(gè)操作會(huì)對(duì)生產(chǎn)物造成污染和破壞,所以在石油化工生產(chǎn)過程中,要盡量避免此種反應(yīng),通過優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)的選擇性,選擇綠色生產(chǎn),從而提升整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的綠色生產(chǎn)過程。
4化工分離技術(shù)
在化學(xué)工程工藝中,有很多物質(zhì)都是混合的,對(duì)于化工企業(yè)的生產(chǎn)來說,是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能符合生產(chǎn)所需的,那么在化學(xué)工程工藝的物質(zhì)分離技術(shù),則是將物質(zhì)進(jìn)行凈化、提純的重要過程,是使物質(zhì)從雜亂無章、無規(guī)律的變化,通過外在作用力,如壓力、重力、溫度、電磁場等作用下能夠有序的轉(zhuǎn)變的過程,而過程中是需要消耗能量的,而這種過程這是化學(xué)工程工藝中的物質(zhì)分離技術(shù)。在化工分離技術(shù)中,應(yīng)用最為廣泛的是蒸餾法,這種方法的實(shí)現(xiàn)是通過外在的燃料燃燒對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加熱,通過混合物中不同物質(zhì)的氣化溫度點(diǎn),來充分掌握加熱溫度的變化,使得混合物的溫度在預(yù)期溫度點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)加熱,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)物質(zhì)氣化分離。在我國,對(duì)于蒸餾分離的技術(shù)和工程實(shí)現(xiàn),都已經(jīng)積累了深厚的理論知識(shí)和豐富的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為我國的化工也生產(chǎn)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。但是,蒸餾法整體來說速度比較慢,效率相對(duì)較低,所以在化學(xué)工程分離技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中,目前推出了各種熱門的物質(zhì)分離方法和技術(shù),無論是在時(shí)間效率上、還是在生產(chǎn)成本上,都能很好地應(yīng)用在企業(yè)化工生產(chǎn)過程中。
4.1膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)是當(dāng)前化學(xué)工程工藝領(lǐng)域中,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離技術(shù)中比較流行的分離方法,在環(huán)保節(jié)能、低污染、高效率等諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。膜分離技術(shù)是以各種材質(zhì)的膜作為基本的分離介質(zhì),膜的介質(zhì)可以采用氣體材質(zhì)、固體材質(zhì)、液體材質(zhì)或混合材質(zhì),最終構(gòu)成一個(gè)膜兩邊互不連通的界面,根據(jù)其自身的滲透特性,在不同的外在作用力(例如重力、壓力、電磁場、滲透壓差)下,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。按照膜不同材質(zhì)劃分,常見的膜有包括支撐液膜、乳化液膜的液體材質(zhì)膜以及無機(jī)材料膜、聚合物膜的固體材質(zhì)膜,這些膜的材質(zhì)、特性不同,最終實(shí)現(xiàn)的分離過程也不盡相同,有滲透、電滲析、微濾、液膜分離等,這些分離技術(shù)和過程在氣體干燥、廢水處理等方面廣泛應(yīng)用,正式因?yàn)槟し蛛x技術(shù)效率高、耗能少、工作條件需求低,也逐漸化學(xué)工程工藝中分離技術(shù)的主體。
4.2吸附技術(shù)
在分離技術(shù)發(fā)展迅速的今天,新型吸附技術(shù)也逐漸進(jìn)入了物質(zhì)分離工程中,通過變壓吸附、層析、模擬移動(dòng)長等分離方法,新型的吸附技術(shù)也成為了分離技術(shù)中的新型技術(shù),在工業(yè)制造和化工生產(chǎn)中起到非常重要的作用。
4.3反應(yīng)分離耦合技術(shù)
反應(yīng)分離耦合技術(shù)是提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化化學(xué)工程生產(chǎn)過程、降低生產(chǎn)成本中發(fā)揮越來越重要的作用。反應(yīng)分離耦合技術(shù)是通過利用物質(zhì)分離來促進(jìn)反應(yīng)或通過物質(zhì)反應(yīng)來促進(jìn)分離的一種化工分離技術(shù),整個(gè)技術(shù)的應(yīng)用效率非常高,操作費(fèi)用也很低。以醋化反應(yīng)為例,該反應(yīng)過程就是在精餾塔中進(jìn)行可逆的醋化反應(yīng),利用精餾的反應(yīng)來分離醋和水,同時(shí)逆向反應(yīng)也能夠加強(qiáng)醋化過程,從而在原料成本等多方面節(jié)約成本。
5超臨界流體萃取技術(shù)
超臨界流體又稱為SCF,是SupercriticalFluid的縮寫,一般的氣體或液體在溫度或者壓力的持續(xù)變化下,達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)就會(huì)發(fā)生氣體到液體的變化或者液體向氣體的變化,但是,超臨界流體是某種流體物質(zhì)在達(dá)到臨界壓力點(diǎn)或溫度點(diǎn)時(shí),如果持續(xù)提升外界條件,該流體密度不斷增加,但是并沒有真正發(fā)生液化或氣化的現(xiàn)象,此時(shí)的物體就成為超臨界流體,該流體既具有氣體的特性,又具有也提到特質(zhì),利用超臨界流體來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的技術(shù),則被稱為SCFE超臨界流體萃取技術(shù),該技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用在食品加工、化學(xué)工程和企業(yè)生產(chǎn)、生物制藥等諸多領(lǐng)域。SCFE的超臨界流體萃取技術(shù),是對(duì)混合物進(jìn)行施加溫度或壓力的條件,從而使其進(jìn)入超臨界狀態(tài),進(jìn)而使萃取物從其中分離出來,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。流體物質(zhì)在超臨界狀態(tài)下,融合了氣體和液體的綜合特性,密度上比氣體大得多,一般與液體比較接近,但是粘性度方面則與氣體接近,比液體小得多,而且超臨界流體自身的溶解度非常高、而且很容易流動(dòng)和擴(kuò)散,而且在壓力或溫度的臨界點(diǎn),能隨著外加條件的微小變化,密度則發(fā)生顯著變化,極易實(shí)現(xiàn)混合物中萃取物的提取和分離。利用超臨界流體萃取技術(shù),一般是使用流體作為萃取物的溶劑,使其進(jìn)入超臨界狀態(tài),然后與物料進(jìn)行接觸,使其中的萃取物溶于流體中,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)萃取物與物料的分離,而后降低外在施加條件,如降低壓力或溫度,流體密度發(fā)生變化,溶解度降低,萃取物則很容易從流體溶劑中解析出來,從而實(shí)現(xiàn)萃取物的分離。利用SCFE的超臨界流體萃取技術(shù)來實(shí)現(xiàn)物料萃取物的分離,在提取速率、萃取物兼容范圍等方面都非常優(yōu)異,而且外在條件是通過溫度或者壓強(qiáng)的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)流體密度、溶解度的控制,從而能夠有效地實(shí)現(xiàn)萃取物的分離,而且提取萃取物的純度非常高,對(duì)于化工生產(chǎn)來說非常重要。其次,流體溶劑的選擇一般選擇二氧化碳流體,這種低溫、無氧環(huán)境的操作可以有效地分離熱敏或容易氧化的物質(zhì),此外,SCFE技術(shù)的實(shí)現(xiàn),可以從固體或中液體中快速提取有效地萃取物成分,整個(gè)過程無污染、耗能少,而且對(duì)于有機(jī)物的分離提取和精致都有非常顯著的功效。
6總結(jié)
化學(xué)工程工藝是目前涵蓋冶煉、藥物生產(chǎn)、食品加工、材料化工、印刷業(yè)等多行業(yè)的專業(yè)學(xué)科,其實(shí)現(xiàn)的專業(yè)技術(shù)對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)來說具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在化學(xué)工程工藝中,常見的技術(shù)有綠色化工技術(shù),該技術(shù)是從原材料、催化劑以及化學(xué)反應(yīng)的過程中選取綠色無毒無公害的物質(zhì)和反應(yīng)選擇性來提升化工的低污染率,分離技術(shù)則是通過蒸餾分離、膜分離等分流技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的化工材料的分離,超臨界流體萃取技術(shù)則是采用超臨界流體對(duì)物料中萃取物的提取,通過改變外在條件來實(shí)現(xiàn)萃取物的提取,從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。這些化學(xué)工程工藝都在為企業(yè)的生產(chǎn)、化工過程等起到非常重要的作用,為促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞:化學(xué)工程;綠色化工技術(shù);工藝
經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的環(huán)境問題受到全世界人民的關(guān)注,各國的專家們都在尋找一條既可以發(fā)展經(jīng)濟(jì)又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大污染的道路?;瘜W(xué)工程工藝中的綠色化工技術(shù)就是在這樣的形勢下產(chǎn)生發(fā)展而來的,綠色化工技術(shù)的重點(diǎn)在于綠色二字,其能夠充分溶解資源消耗時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境污染問題,對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展有極大的幫助。因此對(duì)于這樣的綠色化工技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是非常有意義的。
1關(guān)于綠色化工技術(shù)
綠色化工技術(shù)的作用是減少化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的過程中無形的或有形的給環(huán)境造成的污染,通過技術(shù)的創(chuàng)新和改造完善化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)作方法。如此一來,化學(xué)技術(shù)中使用的化學(xué)原料以及化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物對(duì)環(huán)境的污染就會(huì)有所減少。而且在這一方法的應(yīng)用下,化學(xué)工業(yè)在生產(chǎn)過程向空氣中排放的廢氣、向河流中排放的廢水中的有毒物質(zhì)就會(huì)減少許多。另外綠色化工技術(shù)在一定程度上將資源的回收利用程度提高了,減少了資源的浪費(fèi),從而對(duì)環(huán)境問題的解決有極大的益處。
2化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)的開發(fā)要點(diǎn)
2.1選用合適的化學(xué)原料
化學(xué)原料的性質(zhì)決定了整個(gè)化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作?;瘜W(xué)原料是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),而且是污染的來源,因此重視化學(xué)原料的選取是重中之重。從源頭上控制污染,是快速有效解決環(huán)境污染問題的方法。值得注意的是,研發(fā)的新型的化工原料盡管是綠色無污染的,但是不可能讓化學(xué)工業(yè)在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生絲毫環(huán)境污染的問題。從這一點(diǎn)無法避免的問題出發(fā),現(xiàn)在的技術(shù)飛速發(fā)展,化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)著手研發(fā)更加清潔的原料,盡量選取那些沒有任何毒性或者是毒性較少的化學(xué)原料進(jìn)行化學(xué)工業(yè)生產(chǎn),逐漸降低化學(xué)藥劑的使用頻率,采用一些天然的植物或者是農(nóng)作物作為無毒害性材料,是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
2.2選用綠色化學(xué)催化劑
化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)用到化學(xué)催化劑加速化學(xué)反應(yīng)完成整個(gè)化學(xué)生產(chǎn),提高化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的效率。盡管可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益,為社會(huì)積累財(cái)富,但是很明顯這種財(cái)富不會(huì)長久,因?yàn)榛瘜W(xué)催化劑給環(huán)境造成的污染非常大。因此研發(fā)出毒性低的化學(xué)催化劑降低有毒物質(zhì)的排放以及排放量,是當(dāng)前化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的目標(biāo)??v觀現(xiàn)在的綠色化工技術(shù)行業(yè),其關(guān)注點(diǎn)都在研發(fā)無毒化學(xué)催化劑上,爭取研發(fā)出的催化劑既可以加快化學(xué)反應(yīng)又可以減少對(duì)環(huán)境的污染,努力朝著綠色化學(xué)催化劑的方向努力。依照現(xiàn)在的研發(fā)進(jìn)度來看,烷基化固相催化劑這一種催化劑的研究成果較為可觀,實(shí)驗(yàn)表明烷基化固相催化劑是沒有毒性的,對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染,可以推廣到化學(xué)生產(chǎn)工業(yè)中,有不錯(cuò)的使用價(jià)值。但值得一提的是,烷基化固相催化劑這一類催化劑在研發(fā)過程中,研發(fā)人員要針對(duì)廢棄物的排放標(biāo)準(zhǔn)問題準(zhǔn)備參考數(shù)據(jù),盡量達(dá)到生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物也可以循環(huán)利用的效果,進(jìn)而促進(jìn)資源的利用率。
2.3選擇性強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)的選擇性也是綠色化工技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn),若是研發(fā)人員可以完善這一內(nèi)容,化學(xué)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生物的提取會(huì)更加高效,也會(huì)更加便捷。也就是說強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的選擇性不僅可以讓化學(xué)工業(yè)的環(huán)境污染降低,還可以降低化學(xué)工業(yè)所需成本,如此一來還節(jié)約了資源。例如在石油開發(fā)這一類化學(xué)工業(yè)中經(jīng)常會(huì)選擇烴類選擇性氧化物,這一種氧化物會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞,因?yàn)檫@種氧化物可以讓化學(xué)反應(yīng)非常容易就出現(xiàn)明顯的氧化反應(yīng)。由此可以知道,為了達(dá)到化學(xué)工業(yè)綠色生產(chǎn)的目的,減少環(huán)境污染,一定要選擇性強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)。
3化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)
3.1應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù)
清潔生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用范圍有冶金、淡化海水、處理垃圾還有發(fā)電等,一般情況下都不會(huì)產(chǎn)生毒害性。正因?yàn)檫@種獨(dú)特的優(yōu)勢,在現(xiàn)代的化學(xué)工業(yè)中備受推崇。例如在海水淡化時(shí),清潔生產(chǎn)技術(shù)可以將海水中鹽分分離,甚至可以分離海水中的其他物質(zhì),使海水成為人們的生活用水。
3.2應(yīng)用生物技術(shù)
生物化工中常常應(yīng)用生物技術(shù),在實(shí)際生活中應(yīng)用的比較廣泛的是生物技術(shù)中膜化學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)一般是通過將可再生的資源有效地轉(zhuǎn)化成可以為生產(chǎn)生活利用的化學(xué)品。例如常見的酶成分,這樣一種催化劑在化學(xué)反應(yīng)中有非常好的效果,而且最好的一點(diǎn)是不會(huì)給環(huán)境帶來無法消融的廢棄物。
3.3應(yīng)用環(huán)境友好型產(chǎn)品
環(huán)境友好型產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的是不影響環(huán)境和人類的生產(chǎn)生活,杜絕污染強(qiáng)度大的產(chǎn)品的使用。比如增加使用那些綠色汽油、燃料、能源,降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)給環(huán)境和人類帶來的危害,逐漸提高資源合理利用,增加效率。
4結(jié)束語
經(jīng)過對(duì)化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的分析可以發(fā)現(xiàn),這種技術(shù)可以減少對(duì)環(huán)境的污染破壞,提高資源再利用效率,以及提升資源溶解的程度,能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。
作者:楊璐 單位:沈陽師范大學(xué)
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:發(fā)展;化學(xué)工程技術(shù);優(yōu)化方案
化工行業(yè)的發(fā)展,給人們的生產(chǎn)和生活帶來了翻天覆地的變化,而且在在科技時(shí)代下我國化工行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢良好,化工行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,為化學(xué)工程技術(shù)的更新?lián)Q代提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),同時(shí)為化工生產(chǎn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)創(chuàng)造了技術(shù)條件。那么如何使化學(xué)工程技術(shù)在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上有所突破,需要將化學(xué)工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合。
一、化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展概述
(一)化學(xué)分離技術(shù)?;瘜W(xué)分離技術(shù)先要對(duì)儀器進(jìn)行分離強(qiáng)化,然后對(duì)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行分離強(qiáng)化。按照化學(xué)分離原理,經(jīng)強(qiáng)化的儀器和技術(shù)會(huì)變得更加精細(xì),效率也會(huì)更高,而且進(jìn)行化學(xué)分離后的生產(chǎn)原料可以將自身的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能或熱能,同時(shí)還具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率。然而,科學(xué)家將化學(xué)分離技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合,并研究信息技術(shù)與化學(xué)工程的應(yīng)用原理,將現(xiàn)代信息技術(shù)運(yùn)用到熱感技術(shù)的開發(fā)中,提升熱感設(shè)備的精密度。比如講新的控制方法加入傳統(tǒng)半透膜分離技術(shù)形成新型分離技術(shù),該技術(shù)地應(yīng)用極大地提高了分離速度和效率。
(二)綠色節(jié)能技術(shù)。在工業(yè)化程度日益加深的今天,人們對(duì)資源的需求量越來越大,對(duì)于不可再生資源而言,其面臨著能源枯竭的威脅,在該現(xiàn)狀下,綠色節(jié)能化學(xué)工程技術(shù)的研究和應(yīng)用從根本上提高了能源的利用率。綠色節(jié)能化學(xué)技術(shù)是指采用高新技術(shù)使化學(xué)反應(yīng)在進(jìn)行的過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,并且有利于環(huán)境保護(hù)的綠色節(jié)能技術(shù),其理念是在化學(xué)反應(yīng)的過程中,采用化學(xué)技術(shù)減少或消除化學(xué)原料及溶劑對(duì)人類健康、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。
(三)超臨界技術(shù)。化學(xué)反應(yīng)技術(shù)中的超臨界反應(yīng)指當(dāng)壓力和溫度都在臨界點(diǎn)以上,物質(zhì)處于氣態(tài)和液態(tài)之間。這種超臨界狀態(tài)的液體在化學(xué)工業(yè)、生物工業(yè)、食品工業(yè)等有著廣泛的應(yīng)用,尤其是在醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣闊。目前超臨界液體的諸多優(yōu)勢已經(jīng)給人們帶來了很多便利,其發(fā)展前景十分誘人,而超臨界化學(xué)技術(shù)是與超臨界液體相關(guān)的化學(xué)技術(shù),化學(xué)界已經(jīng)將超臨界水氧化法成功應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域,但當(dāng)前該技術(shù)還有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。
二、化學(xué)工程技術(shù)優(yōu)化的重要意義
(一)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)?;谑袌鼋?jīng)濟(jì)不穩(wěn)定的特征,化工企業(yè)需要深刻剖析市場實(shí)際需求,對(duì)自身的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)、合理的管理目標(biāo),為企業(yè)發(fā)展注入積極因素。通過運(yùn)用全新的化學(xué)工程技術(shù),使資源得到了優(yōu)化配置及合理應(yīng)用,促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整,為社會(huì)提供了更多就業(yè)機(jī)會(huì),推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。
(二)有利于提高企業(yè)的競爭力??萍紩r(shí)代的大背景下,化工行業(yè)的市場競爭逐漸白熱化,為提高化工企業(yè)的競爭力及經(jīng)濟(jì)效益,需要提高員工的工作效率,因此需要借助于先進(jìn)的化學(xué)工程技術(shù),并結(jié)合化工企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,從而制定出科學(xué)、合理的發(fā)展策略,這是化工企業(yè)提升自身綜合競爭力的有效途徑。
三、對(duì)化學(xué)工程技術(shù)的優(yōu)化
(一)與信息技術(shù)的結(jié)合。信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,使得我國整體技術(shù)水平有了重大突破。就化學(xué)工程技術(shù)的研究未來而言,化學(xué)工程技術(shù)信息化程度會(huì)越來越高,化學(xué)工程技術(shù)要想實(shí)現(xiàn)優(yōu)化升級(jí),就要與信息技術(shù)進(jìn)行完美結(jié)合?;瘜W(xué)工程技術(shù)的研究需要計(jì)算機(jī)信息技術(shù)作為支撐,化學(xué)工程與信息技術(shù)相結(jié)合可以提升技g的精確性,同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的生產(chǎn)應(yīng)用。比如在CO2傳感器、溫度傳感器以及濕度傳感器技術(shù)方面,將化學(xué)工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)結(jié)合起來,使控制系統(tǒng)的反應(yīng)更加靈敏。
(二)與系統(tǒng)工程的結(jié)合。因?yàn)槲镔|(zhì)本身的復(fù)雜性,導(dǎo)致化學(xué)變化也相對(duì)復(fù)雜,因此,化學(xué)研究不能只停留在對(duì)一般物理、化學(xué)特性上,要深入物質(zhì)結(jié)構(gòu),探究其構(gòu)成和變化原理?;瘜W(xué)工程技術(shù)的研究方向不斷拓寬,需要從根本上簡化化學(xué)工程技術(shù)研究過程,與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程結(jié)合能夠?qū)?shí)驗(yàn)操作和化學(xué)理論知識(shí)相結(jié)合,通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,簡化物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容,為化工研究提供更加成熟的分析條件。
(三)加大對(duì)綠色化學(xué)技術(shù)的研究力度。環(huán)境是國際性問題,目前,我國投資于環(huán)境保護(hù)和改善的資金越來越多,而且更多的群體也參與到環(huán)境保護(hù)的工作中,此時(shí)綠色化學(xué)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,由于綠色化學(xué)技術(shù)既能夠降低能源的消耗量,又能提高能源的利用率,還能減少污染物的排放,該技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三重效益,因此未來的發(fā)展前景會(huì)更加廣闊。
(四)強(qiáng)化化學(xué)工程基礎(chǔ)的應(yīng)用研究。在發(fā)展化學(xué)工程技術(shù)時(shí),除了要緊跟科技發(fā)展的前沿外,還要對(duì)必要的基礎(chǔ)應(yīng)用展開研究。基礎(chǔ)應(yīng)用研究投資大、研發(fā)時(shí)間長,短期內(nèi)很難看到經(jīng)濟(jì)效益,但是從長遠(yuǎn)利益出發(fā),為了化學(xué)工程技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展,必須加強(qiáng)基礎(chǔ)應(yīng)用研究。另外,在引進(jìn)外來先進(jìn)技術(shù)時(shí),要注意消化吸收其中的基礎(chǔ)技術(shù),做好技術(shù)儲(chǔ)備工作。
四、結(jié)語
總而言之,化學(xué)工程技術(shù)的研究是現(xiàn)代化學(xué)工程研究體系中的關(guān)鍵部分,在新型化學(xué)分離技術(shù)及綠色技能技術(shù)被人們接受及應(yīng)用的同時(shí),工業(yè)信息化發(fā)展的現(xiàn)狀對(duì)化學(xué)工程技術(shù)提出了新要求和新標(biāo)準(zhǔn),所以,在未來化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用中,要結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),實(shí)現(xiàn)化學(xué)工程技術(shù)的升級(jí)和革新。
【關(guān)鍵詞】綠色化學(xué)技術(shù);環(huán)境污染;治理;應(yīng)用
引言
在二十一世紀(jì),如何有效預(yù)防環(huán)境污染,確保生態(tài)環(huán)境持久平衡發(fā)展,是人類面臨的重大難題,生態(tài)環(huán)境的破壞已經(jīng)達(dá)到了難以恢復(fù)的程度。針對(duì)我國當(dāng)前國情,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放慢經(jīng)濟(jì)增長速度,將環(huán)境治理作為國家政府工作的重點(diǎn)。綠色化學(xué)是一門新型的化學(xué)種類,對(duì)污染物的處理基本實(shí)現(xiàn)了零排放,零污染,實(shí)現(xiàn)了廢物的最少排放。就目前形式來看,綠色化學(xué)技術(shù)有著十分廣闊的發(fā)展前景,國家政府需要加大研究力度,將綠色化學(xué)技術(shù)在全社會(huì)范圍內(nèi)廣泛推廣開來。
1 綠色化學(xué)技術(shù)簡介
綠色化學(xué)是指在設(shè)計(jì)研究過程中沒有或者只有盡可能小的環(huán)境負(fù)作用的、且在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上具有著很強(qiáng)可行性的化學(xué)品或者化學(xué)過程的學(xué)科,通俗具體地講,綠色化學(xué)就是利用化學(xué)的技術(shù)方法來減少消滅那些對(duì)人類健康、環(huán)境安全和生態(tài)過程有害的產(chǎn)物。所以綠色化學(xué)又叫做環(huán)境無害化學(xué)、清潔化學(xué)或環(huán)境友好化學(xué)。綠色化學(xué)是實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的基本和重要的科學(xué)手段,包括合成、催化、分析等許多化學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容。綠色化學(xué)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)有毒有害物質(zhì)的零產(chǎn)生,零使用,是一門能夠在源頭上阻止污染的化學(xué)門類。
2 綠色化學(xué)技術(shù)的種類
總的概括,綠色化學(xué)技術(shù)主要包括以下幾種類型:
(1)生物技術(shù)。生物技術(shù)主要包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和微生物工程,其最大特點(diǎn)在于能充分利用生物質(zhì)資源,節(jié)約能源,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),并且實(shí)現(xiàn)一般化工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的化工過程。
(2)膜技術(shù)。膜技術(shù)通常包括膜分離技術(shù)和膜催化技術(shù)。膜分離技術(shù)包含微濾、超濾、滲析、電滲析、納濾和反滲透、滲透蒸發(fā)、液膜等。膜分離技術(shù)具有成本低、能耗少、效率高、無污染、可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn);膜催化反應(yīng)可以“超平衡”地進(jìn)行,提高反應(yīng)的選擇性和原料的轉(zhuǎn)化率,節(jié)省資源,減少污染。
(3)催化技術(shù)。催化劑是化學(xué)工藝的基礎(chǔ),是使許多化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵,酶的催化效率通常比無機(jī)化學(xué)催化劑高成百上千被,酶催化反應(yīng)溫和,控制比較容易,且環(huán)境污染小。
(4)高級(jí)氧化技術(shù)。高級(jí)氧化技術(shù)主要包括紫外線法、H2O2/Fe2+法、O3/H2O2法等,將有機(jī)污染物進(jìn)行氧化分解,完全轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
(5)超聲波降解技術(shù)。超聲波使液相分子瞬間爆炸,產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力,使所有的有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、高溫分解或自由基反應(yīng)而使廢水中的有機(jī)污染物降解。
(6)等離子體技術(shù)。等離子體由最清潔的高能粒子組成,不會(huì)造成環(huán)境污染,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)無不良影響,加上等離子體反應(yīng)迅速,反應(yīng)完全,使原料的轉(zhuǎn)化率大大提高。
(7)微波技術(shù)。微波技術(shù)能夠大大加快化學(xué)反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)時(shí)間,而且操作簡單方便,產(chǎn)率很高。
3 綠色化學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)
綠色化學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)綠色化學(xué)技術(shù)從源頭上有效防止了污染,最大限度的減少了污染的排放,甚至實(shí)現(xiàn)了零排放,采用的是無毒無害的原材料。
(2)綠色化學(xué)技術(shù)需要在無毒、安全無害的反應(yīng)條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),對(duì)反應(yīng)條件的要求比較高。
(3)綠色化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)于自然環(huán)境是無污染的,能夠有效地提高資源能源的循環(huán)利用效率。
4 綠色化學(xué)技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用
4.1 綠色化學(xué)技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用
大氣中的SO2 主要來自煤中含硫物經(jīng)燃燒產(chǎn)生的產(chǎn)物,綠色化的煤炭生物脫硫技術(shù)是今后脫硫技術(shù)的發(fā)展方向。常用煤炭生物脫硫方法有生物浸出法、表面處理浮選法和微生物絮凝法等。將煤炭生物技術(shù)與非生物乳化技術(shù)相結(jié)合,提出煤炭脫硫的生物非生物綜合新技術(shù),可縮短脫硫時(shí)間。在微生物菌種方面在基礎(chǔ)研究方面,一方面在采用馴化傳統(tǒng)菌種,另一方面還積極研究利用遺傳學(xué)技術(shù),對(duì)脫硫微生物進(jìn)行改良。
4.2 綠色化學(xué)技術(shù)在固體廢棄物污染治理中的應(yīng)用
當(dāng)前我國城市固體垃圾的處理主要是以無害化填埋和焚燒的方式來進(jìn)行,無害化填埋對(duì)于土地資源來說是一個(gè)十分巨大的浪費(fèi),而且會(huì)嚴(yán)重污染土壤環(huán)境,而焚燒則會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體,如果不能處理好,將會(huì)造成對(duì)環(huán)境的二次污染。當(dāng)前通過采用固體廢棄物電力氣化技術(shù),能夠有效解決固體廢棄物污染問題,而且運(yùn)行成本較低,能夠節(jié)約大量的資金,還能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用。
針對(duì)白色污染問題,通過燃燒等方法的處理會(huì)造成對(duì)空氣環(huán)境的污染,將綠色化學(xué)技術(shù)應(yīng)用到塑料生產(chǎn)過程中,改善塑料結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)可降解生物塑料的生產(chǎn)是未來發(fā)展趨勢。
4.3 綠色化學(xué)技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用
工業(yè)污水和城市生活污水是最重要的水環(huán)境污染源之一,利用綠色化學(xué)理念,實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的零排處理,是未來的發(fā)展趨勢,當(dāng)前我國自主研發(fā)的熱水鍋爐零排污技術(shù)在對(duì)污水處理的過程中有效地避免了可再生廢鹽水、煮爐水、沖洗水等廢水的排放,實(shí)現(xiàn)了廢水處理零排放。在對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液進(jìn)行處理時(shí),利用綠色化學(xué)技術(shù),能夠?qū)U液進(jìn)行有效中和,產(chǎn)生易處理、無污染的生成物,有效地減少了對(duì)環(huán)境的污染。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥化肥對(duì)于自然水體的污染也十分地嚴(yán)重,通過采用新型的綠色農(nóng)藥,比如生物農(nóng)藥、光活化農(nóng)藥、現(xiàn)代化學(xué)農(nóng)藥等,在保證使用效果的前提下能夠有效地減少環(huán)境污染,改善當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。
5 結(jié)束語
針對(duì)當(dāng)前我國環(huán)境污染日益嚴(yán)重的狀況,需要采取必要的治理措施,來改善自然環(huán)境,綠色化學(xué)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢,在未來環(huán)境污染治理中會(huì)有很廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn):
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[2]顏海波,孫興富.電解和臭氧技術(shù)在染料廢水處理中的實(shí)踐[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2006(07)
【關(guān)鍵詞】綠色化學(xué) 化學(xué)化工業(yè)
綠色化學(xué)是20世紀(jì)90年代國際化學(xué)領(lǐng)域興起的領(lǐng)域性革命,其主要強(qiáng)調(diào)節(jié)約自然、防止污染。受經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的影響,近代中國一直強(qiáng)調(diào)以工業(yè)帶動(dòng)第一、第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,長期的工業(yè)化發(fā)展大大降低了國家的各種能源的儲(chǔ)備量,且對(duì)環(huán)境造成了極為嚴(yán)重的影響。自綠色化學(xué)革命以來,我國也逐漸將其引入到國家相關(guān)的化學(xué)化工業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)思想體系中來,且相關(guān)院校也將綠色化學(xué)教育作為化工等專業(yè)教學(xué)的重點(diǎn)方向,以為我國化化學(xué)工業(yè)的綠色生態(tài)化發(fā)展培養(yǎng)出更多優(yōu)秀人才。
一、綠色化學(xué)的基本原理
綠色化學(xué)即指通過各種作用實(shí)現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)后的污染“零排放”,其要求發(fā)展中遵循防止廢棄物的產(chǎn)生、從污染源入手制止污染;遵循以最大的限度將參加反應(yīng)的原子出成為最終的產(chǎn)物的原子經(jīng)濟(jì)性;確保設(shè)計(jì)、合成、催化等各道工序的無毒無害化反應(yīng);研究可降解的化學(xué)品,減少不必要的資源浪費(fèi)等。綠色化學(xué)的原理為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、綠色、無污染的可持續(xù)發(fā)展提供了一條科學(xué)的發(fā)展路徑。
二、發(fā)展綠色化學(xué)化工業(yè)的重要意義
(一)綠色化學(xué)化工業(yè)的發(fā)展可以降低環(huán)境污染,營造更健康的生活環(huán)境
傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)發(fā)展中會(huì)造成嚴(yán)重的水、固體廢棄物、噪音等污染,嚴(yán)重影響人們的身心健康。綠色化學(xué)化工業(yè)強(qiáng)調(diào)的是從污染源進(jìn)行根本的制止,以最先進(jìn)的技術(shù)加大各種能源作用時(shí)的利用率,減少各種能源的未充分反應(yīng)而造成的污染;加大廢水、廢棄物的加工處理工序,禁止污染物的排放。以化學(xué)工業(yè)發(fā)展中對(duì)二氧化硫和二氧化碳的利用程度,二氧化硫漂浮到空氣中會(huì)酸化空氣,容易引起酸雨等危及人、動(dòng)植物健康的現(xiàn)象,而二氧化碳是引起全球氣候變暖的罪魁禍?zhǔn)?,化學(xué)工業(yè)中引入兩種氣體時(shí)要強(qiáng)化對(duì)其的封閉性控制,確保其在反應(yīng)的過程中不會(huì)泄露。有毒有害物質(zhì)的精細(xì)化處理、防止各種污染為人們的正常生活創(chuàng)造了更為舒適的居住環(huán)境,有利于人們的身心健康。
(二)綠色化學(xué)化工業(yè)強(qiáng)調(diào)資源的充分利用,極大的降低了生產(chǎn)成本
綠色化學(xué)化工業(yè)在工具的選擇上強(qiáng)調(diào)其循環(huán)利用功能,這樣各種資源的利用率就達(dá)到了90%――100%,降低了廢棄物排放對(duì)環(huán)境的影響外,節(jié)約了生產(chǎn)生本的投入,為化學(xué)工業(yè)的發(fā)展省卻了一筆不小的生產(chǎn)成本。省卻的生產(chǎn)成本可以進(jìn)行更為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕瘜W(xué)工程試驗(yàn),從而又推進(jìn)了綠色化學(xué)化工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
(三)綠色化學(xué)化工業(yè)在一定程度上可以避免不必要的自然災(zāi)害
諸如滑坡、泥石流、地震等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生主要原因雖是自然因素,但經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中對(duì)各種資源的不合理的開采、各種對(duì)自然環(huán)境有影響的工程施工在一定程度上講都是災(zāi)難發(fā)生的誘因。綠色化學(xué)化工業(yè)的發(fā)展大大降低了對(duì)各種自然能源的開采和利用,社會(huì)發(fā)展對(duì)自然環(huán)境的依賴程度降低,將引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的人為誘因降到最低值。
三、綠色化學(xué)化工業(yè)的發(fā)展前景
(一)綠色化學(xué)取代不可再生能源的消耗
當(dāng)前有機(jī)化學(xué)品的主要成分來自于不可再生的能源,如煤和石油,降低了能源的儲(chǔ)備量之外還對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。綠色化學(xué)化工業(yè)正在極力研制從可再生的地質(zhì)能源和生物能源中汲取有效的成分以取代對(duì)不可再生能源的消耗。綠色的能源將成為未來社會(huì)發(fā)展的主要能源來源,有利于發(fā)展的可持續(xù)性。
(二)綠色化學(xué)革新制藥領(lǐng)域
目前化學(xué)制藥是我國重要的醫(yī)藥用品的來源,但化學(xué)制藥工業(yè)發(fā)展中存在化學(xué)藥品的品種多且更新快、制藥過程的化學(xué)品反應(yīng)步驟多、對(duì)制藥的各種原材料的需求量大等狀況,廢水、廢氣、固體廢棄物的排放量巨大,環(huán)境污染嚴(yán)重。且各種藥品都是用化學(xué)品配置而成,含有不同程度的有毒成分,印證了“是藥三分毒”的說法,人們長期的服用化學(xué)藥品,對(duì)其身體各器官均會(huì)造成不同程度的損傷。綠色化學(xué)制藥中雖仍采用各種化學(xué)物質(zhì),但由于提煉技術(shù)的更新,大大加大對(duì)有毒有害物質(zhì)的提取程度,既降低了藥品對(duì)人體的傷害,也強(qiáng)化了制造工藝的原子經(jīng)濟(jì)性。
(三)高效可降解材料作用于社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域
塑料袋、塑料管等塑料制品是一種難以降解、難以腐蝕的物質(zhì),其對(duì)自然環(huán)境的影響非常嚴(yán)重,綠色化學(xué)的普及后可以強(qiáng)化對(duì)生物、光等降解高分子的利用,加強(qiáng)對(duì)高效降解材料的研發(fā)。高效降解材料可以利用于塑料袋等生活用品的普及中,也可以利用到生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域,為人類造福。
(四)綠色化學(xué)化工業(yè)推進(jìn)二次利用工程建設(shè)
生活中不可避免的會(huì)產(chǎn)生各種生活垃圾,生活垃圾的不合理處理便會(huì)對(duì)人們生活造成一定的影響,因而隨著綠色化學(xué)化工業(yè)的發(fā)展各種科學(xué)處理并循環(huán)利用垃圾的方法逐漸全面化,無論是生活垃圾和建筑垃圾,均可以通過有效的途徑進(jìn)行處理。這樣經(jīng)過處理的垃圾被正常投入到利用中后便成為一種資源,這種資源與其他不可再生能源不同,后者只會(huì)越來越少,而其會(huì)隨著生活的發(fā)展而不斷的增長。綠色化學(xué)化工業(yè)對(duì)垃圾的處理和利用便推動(dòng)了廢棄物的二次利用,為社會(huì)節(jié)省發(fā)展成本的基礎(chǔ)上降低了各種生活垃圾對(duì)人們的生活和自然環(huán)境的影響。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)各方面的發(fā)展,原有發(fā)展模式的弊端愈加明顯,制約著社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的步伐。而綠色化學(xué)化工業(yè)對(duì)緩解資源緊缺、改變?nèi)找鎼夯沫h(huán)境問題有積極的影響,且其可以極大的提升人們的生活質(zhì)量,對(duì)保障人民和國家發(fā)展安全做出巨大的貢獻(xiàn)。本文根據(jù)綠色化學(xué)的基本原理,分析并總結(jié)了發(fā)展綠色化學(xué)化工業(yè)的重要意義及其發(fā)展前景,呼吁政府、企業(yè)和個(gè)人加大對(duì)綠色化學(xué)化工業(yè)的關(guān)注和研究力度,以推進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:綠色化;有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式
1引言
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、輕化工程、生物科學(xué)、食品科學(xué)、材料化學(xué)、動(dòng)物科學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等理工科專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課,也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、動(dòng)手操作和科研創(chuàng)新能力的重要組成部分。隨著環(huán)境污染問題的日益加劇,人們的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng),實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的污染問題逐漸受到大家的關(guān)注。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中,每天會(huì)有大量的廢液、廢氣、廢渣未經(jīng)處理直接排放出去,不僅對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害,同時(shí)也造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[1-3]。因此,如何減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中的排放和污染,實(shí)現(xiàn)有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化改革,是我校乃至全國高校迫切需要解決的問題[4-9]。為此,對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和安排進(jìn)行了初步改革,對(duì)綠色化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探索。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)意識(shí)
實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念和意識(shí)的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[10]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程當(dāng)中讓學(xué)生意識(shí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性與危害性,養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念,提高學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)。要求在學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前,認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟,查閱資料掌握所用試劑、藥品、催化劑的基本性質(zhì),意識(shí)到其對(duì)身體健康及社會(huì)的危害性。培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣和安全意識(shí),規(guī)范學(xué)生基本操作,減少和避免取樣過程中樣品的揮發(fā)、泄露和灑落。實(shí)驗(yàn)之后,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)每次產(chǎn)生的廢液、廢氣、廢渣按照要求進(jìn)行分類回收處理,杜絕亂丟亂放的不良習(xí)慣。
3合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與順序,開設(shè)串聯(lián)反應(yīng)和多步反應(yīng)
傳統(tǒng)有機(jī)實(shí)驗(yàn)是孤立的單個(gè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)的目的就是為了合成某個(gè)化合物,而且所合成的化合物沒有實(shí)際用途,其處理和排放都會(huì)對(duì)環(huán)境帶來負(fù)面的影響。我們通過合理的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序,將單個(gè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容串聯(lián)成一個(gè)系列,或者開設(shè)多步反應(yīng),既能使得學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)操作技能,又使得每步反應(yīng)產(chǎn)物都能用于下一個(gè)或者下一步反應(yīng),前一實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品成為后一制備實(shí)驗(yàn)的原料,提高藥品的利用率。減少了藥品購置成本,同時(shí)也減少了污染和排放。酯化反應(yīng)是必須掌握的基本實(shí)驗(yàn)操作之一。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中我們開設(shè)了苯甲酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn),此實(shí)驗(yàn)以濃硫酸為催化劑,苯甲酸和乙醇為反應(yīng)原料。我們有計(jì)劃地安排苯甲酸的制備、純化實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有機(jī)地串聯(lián)起來,鞏固和加強(qiáng)各實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系,掌握各官能團(tuán)之間的轉(zhuǎn)化方法,實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果和綠色環(huán)保的雙贏。我們首先安排苯甲醛的歧化反應(yīng),在堿作用下,苯甲醛發(fā)生歧化反應(yīng)得到苯甲醇和苯甲酸,掌握和理解了歧化反應(yīng)的原理及其應(yīng)用。將得到的苯甲醇用于微波條件下高錳酸鉀氧化制備苯甲酸,掌握和鞏固醇的氧化反應(yīng)內(nèi)容。前面兩種反應(yīng)所得到的苯甲酸一起用于苯甲酸的重結(jié)晶實(shí)驗(yàn),不僅將所有的苯甲酸得以回收,同時(shí)掌握和理解了采用重結(jié)晶提純固體化合物的方法和原理。將重結(jié)晶所得到的苯甲酸純品繼續(xù)用于苯甲酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了苯甲酸的回收利用,減少了其排放導(dǎo)致的污染,實(shí)施方案如圖1所示。仲醇、叔醇主要采用格氏試劑與醛酮反應(yīng)進(jìn)行制備,其制備過程涉及諸多基本操作技能。我們開設(shè)了2-甲基-2-己醇的制備實(shí)驗(yàn),采用丁基溴化鎂格氏試劑與丙酮進(jìn)行反應(yīng),再水解得到目標(biāo)產(chǎn)物。因此我們先開設(shè)正丁醇制備正溴丁烷的實(shí)驗(yàn),在正丁醇與溴化鈉和濃硫酸進(jìn)行反應(yīng)得到正溴丁烷。將得到的正溴丁烷進(jìn)行純化、干燥后用于丁基溴化鎂格氏試劑的制備,最后與丙酮反應(yīng)、水解得到目標(biāo)化合物。如圖2所示,整個(gè)串聯(lián)化實(shí)驗(yàn)過程中,掌握了格氏試劑的制備方法和無水實(shí)驗(yàn)操作原理和技能,避免了正溴丁烷的排放和處理,同時(shí)掌握和鞏固了三級(jí)醇的制備方法。多步驟反應(yīng)的開設(shè)是本科有機(jī)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中必不可少的環(huán)節(jié),通過多步驟實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,能夠進(jìn)一步鞏固學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作,提高實(shí)驗(yàn)操作技能,提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,減少和避免廢棄物的排放。局部麻醉劑對(duì)氨基苯甲酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)涉及四步反應(yīng),如圖3所示。第一步反應(yīng)是將對(duì)甲苯胺用乙酸酐處理將其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的酰胺,避免在氧化過程中氨基被氧化。第二步是將對(duì)甲基乙酰苯胺中的甲基氧化成相應(yīng)的羧基,得到相應(yīng)的羧酸鹽。第三步是將得到的乙酰氨基苯甲酸鹽進(jìn)行水解酸化得到對(duì)氨基苯甲酸,最后是將對(duì)氨基苯甲酸在濃硫酸催化下與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)得到對(duì)氨基苯甲酸乙酯。整個(gè)反應(yīng)過程涉及到氨基的保護(hù),芳烴側(cè)鏈的氧化,酰胺的水解及酯化反應(yīng),操作涉及步驟多,知識(shí)覆蓋面廣。長鏈烷基苯及其衍生物是重要的藥物、光電材料及液晶材料中間體,長鏈烷基苯不能通過傅克烷基化直接進(jìn)行制備,需要先傅克?;雽?duì)應(yīng)的酰基,再采用黃明龍還原法還原得到,具體制備路線如圖4所示。這種教學(xué)模式使得每個(gè)每步反應(yīng)產(chǎn)品都能得到回收利用,減少了藥品購買開支和廢棄物的處理與排放,也對(duì)學(xué)生操作要求更高。雖然是單個(gè)的實(shí)驗(yàn),但一旦實(shí)驗(yàn)失敗、產(chǎn)品量不足或產(chǎn)品純度不夠,后續(xù)實(shí)驗(yàn)可能無法進(jìn)行,使得學(xué)生必須認(rèn)真規(guī)范地對(duì)待每一個(gè)每一步實(shí)驗(yàn)。同時(shí)將所學(xué)理論知識(shí)系統(tǒng)地串聯(lián)起來,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的積極主動(dòng)性、探索性和嚴(yán)謹(jǐn)性,培養(yǎng)和增強(qiáng)了學(xué)生綠色環(huán)保意識(shí)。
4結(jié)束語
綜上所述,通過綠色化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施的嘗試,培養(yǎng)了學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí),減少和避免了廢棄物的排放對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響,同時(shí)在保證教學(xué)質(zhì)量的同時(shí),進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和積極主動(dòng)性。在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,將結(jié)合教學(xué)形式、內(nèi)容進(jìn)一步不斷研究和探索綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,從源頭上杜絕污染物的排放,徹底實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。
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1 綠色科技能有效減少溫室氣體的排放
目前主要造成溫室效應(yīng)的氣體是二氧化碳,從工業(yè)革命以前人們開始應(yīng)用含碳類的能源物質(zhì)開始,無論是科技生產(chǎn)還是工業(yè)生產(chǎn),知道現(xiàn)代的科技,即便是已經(jīng)開始了全球化的大生產(chǎn),每年都會(huì)由于生產(chǎn)而產(chǎn)生數(shù)十萬噸的co2,這些氣體被愛芳到大氣中,就是造成溫室效應(yīng)禪城的最根本的原因。而過去并未有相本文由收集整理應(yīng)的法律法規(guī)對(duì)此類問題進(jìn)行規(guī)范,因此很長的一個(gè)時(shí)期,工廠對(duì)大氣的這種破壞是無需承擔(dān)任何責(zé)任的。
目前針對(duì)這一問題,很多化工企業(yè)都開始積極的開展新的技術(shù),通過利用新技術(shù)以改善高co2氣體排放的現(xiàn)狀,隨著投入的加大,這種現(xiàn)象得到了有效的控制。甚至目前已經(jīng)在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以達(dá)到利用二氧化碳作為原料進(jìn)行生產(chǎn),以此降低其排放量。比如,尿素的生產(chǎn)過程中,化工企業(yè)就可以再生產(chǎn)中將co2進(jìn)行收集通過一些反應(yīng)進(jìn)行利用。這一工藝每年就可以減排數(shù)十萬噸的二氧化碳。
2 海水淡化預(yù)處理中綠色科技的應(yīng)用
水是生命源泉,無論是生活還是生產(chǎn),最基礎(chǔ)的生存都離不開水。水作為社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)資源,本身有具有著有限性,尤其是淡水資源。而隨著社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,淡水資源曾經(jīng)的利用毫無章法和度,因此世界開始面臨了淡水危機(jī)這又一環(huán)境問題。中國雖然地大物博,但是相對(duì)于整個(gè)世界而言,是淡水資源最缺乏的國家之一,因此就需要尋找到可以解決這一難題的有效途徑,海水的淡化技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用不得不說是成為了解決這一問題的有效途徑。海水淡化技術(shù)在初期研發(fā)階段的應(yīng)用成本較高,只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家才有技術(shù)以及資金使用,稱得上是奢侈技術(shù),但是隨著科技的發(fā)展,海水淡化的應(yīng)用成本隨之降低,其開始作為一種普通技術(shù)為一些發(fā)展中國家引用并應(yīng)用。
淡化海水本質(zhì)上就是通過一些物理方法或者是化學(xué)方法將海水中的鹽分以及水分進(jìn)行相互分離的過程。在對(duì)海水進(jìn)行淡化的過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何不良的影響,并且獲取海水對(duì)生態(tài)也沒有造成結(jié)構(gòu)上的破壞,這一點(diǎn)和目前我國提出的可持續(xù)發(fā)展的思想十分吻合,即滿足了自身的需要,同時(shí)也給后代留下了能夠發(fā)展的資源以及環(huán)境。這一點(diǎn)就符合了綠色科技的基礎(chǔ)理念,所以海水的淡化中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是綠色化學(xué)工藝的應(yīng)用。而將這種綠色科學(xué)的理念同化工相互聯(lián)系的過程實(shí)則就是現(xiàn)代化工發(fā)展的重要方向之一。氫氧化鎂在海水的預(yù)處理淡化中產(chǎn)生,這種物質(zhì)不但環(huán)保可靠,并且成本較為低廉,具有簡單的操作工藝,同時(shí)不會(huì)造成換進(jìn)的二次污染,在海水的淡化效果上又十分的明顯,因此應(yīng)用前景十分廣闊。
3 傳統(tǒng)香精香料生產(chǎn)中的綠色化工的應(yīng)用
香精香料不僅僅是我國日常添加劑之一,同時(shí)在國際市場上也是我國進(jìn)行進(jìn)出口的貿(mào)易組成主要內(nèi)容。作為日常化學(xué)產(chǎn)品之一,香精香料也受到了經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,由于這種影響的逐步加深,經(jīng)濟(jì)蕭條的狀況開始蔓延整個(gè)世界,因此,隨著這一影響的加深,我國在香料香精的出動(dòng)中,由于訂單的減少,受到了一定程度的打擊。
在深入地調(diào)查我國香精香料產(chǎn)品出口訂單銳減現(xiàn)象的原因之后,不難發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品中有害雜質(zhì)含量超標(biāo),是其真正并且主要的原因。造成有害雜質(zhì)含量超標(biāo)的原因則在于生產(chǎn)工藝方面的缺陷。例如提取原料的成分在產(chǎn)品中有殘留以及包裝材料的使用不當(dāng)?shù)仍?。其中,提取原料的成分在產(chǎn)品中的殘留的問題,可以通過研究和開發(fā)新的提取技術(shù)來改變。包裝材料使用不當(dāng)?shù)膯栴},則應(yīng)通過加強(qiáng)企業(yè)和工廠的監(jiān)管力度,督促生產(chǎn)商家和企業(yè)反復(fù)試驗(yàn),選取符合有害雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)的外包裝物等方法來改善。還要牢牢掌握我國香精香料產(chǎn)品的優(yōu)勢方面,不斷加強(qiáng)新技術(shù)的研究和其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用,才能夠滿足生產(chǎn)出高質(zhì)量、低能耗的香精香料產(chǎn)品的要求。
4 綠色化學(xué)使可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略任務(wù)逐步向前推進(jìn)
傳統(tǒng)的化工生產(chǎn),給我們的生活創(chuàng)造了非常豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)和能源。其在對(duì)人類歷史的發(fā)展進(jìn)步的工程中所做的貢獻(xiàn)是不不忽略的。但是呢,又由于化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原材料和生產(chǎn)過后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質(zhì),這些物質(zhì)又造成了很多環(huán)境污染問題以及生態(tài)平衡的失調(diào)。這樣,就又阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展。新世紀(jì),面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境污染所提出的挑戰(zhàn),可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。