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绿色化学在环境污染治理中应用

2021-06-25 11:34 来源:环境治理论文 人参与在线咨询

摘要:随着全球对环境污染问题的重视,环境保护工作也逐渐成为全球所关注的焦点。本文对绿色化学进行了分析,研究了绿色化学在环境保护及环境污染治理方面的应用,提出绿色化学是环境保护工作不可或缺的重要手段。

关键词:绿色化学;环境污染;环境保护

1.绿色化学的重要地位

绿色化学也叫环境无害化学,其是指在化学产品生产开始就最有效的利用原料,采用预防的科学手段及环境友好的化学反应,最大限度地降低能耗,最大的生产出环保、有用的产品,在整个生产始末过程中,均为零排放或者零污染。

(1)人类生存的需要。人类社会的发展过程就是自然资源消耗及应用的过程,在化工为我们提供物质基础、改善生存条件的同时,也带来了很多因自然环境破坏而产生的不利人类生存的危害,如全球变暖、臭氧层空洞、雾霾及紫外线辐射等。

(2)社会经济发展的需要。随着技术的发展,化学工业在推动社会的进步及经济发展的同时,环境污染问题也随之产生,由于企业对污染物处理成本的增加,进而对于社会经济的发展产生了巨大的影响。

(3)企业健康发展的需要。企业在化工生产的同时产生了无经济价值并对环境有害的废水、废气及废渣,严重破坏了自然界的生态环境,增加了企业处理的成本,降低了企业的竞争力。以上因化学工业而导致的问题都可以使用绿色化学技术得以缓解及解决,所以在化工生产过程中推行绿色化学是相当必要的。

2.绿色化学的理念

从科学角度来看,传统化学的思维方式因绿色化学产生而更新和发展,绿色化学的核心是研发新的合成方法、新的工艺路线,寻找传统化工原料的替代品,特别是可再生的生物资源,使用新的反应条件,如环境无害化反应介质、超临界流体,最终设计、生产出环境友好型产品。从环境角度来看,在源头上消除了环境污染是绿色化学的宗旨,其从源头上避免使用对生态环境有害的化学原料、化学溶剂及反应催化剂,不产生副产物或副产物无害化,生产出不污染环境并且有利于环境的产品,实现了化工生产的“零排放”与“原子经济性”。从经济角度来看,绿色化学使资源和能源得到了更合理利用,使生产成本降低,其符合了经济可持续发展的要求。

(1)P.T.Anastas和J.C.Waner绿色化学12原则。①防止污染物的产生比生产过程中产生污染物后再处理要好。②在进行合成方法设计时,应使全部原辅材料尽量的、最大程度的转化为产品。③尽最大可能的使生产过程中使用的原辅材料及产品对生态环境无污染。④合成的化合物既要具有所需要的性能,又应具备低毒、低污染特性。⑤在设计合成方法时应尽量降低反应所需能耗,还需考虑化学反应对环境及经济的影响。常温、常压下进行化学反应是有效降低反应能耗的重要手段。⑥在技术及经济效益允许情况下,最大限度的回收废弃物中可重复利用的原料。⑦尽可能避免衍生反应合成化合物,因衍生反应过程中需额外添加反应物及产生无用的废弃物。⑧使用反应催化剂比化学计量数试剂更占优势。⑨尽量使用可降解材料设计产品,材料降解后生成无害的产物,不污染环境。⑩使用在线监控的分析方法,将对环境有害的产物在产生前就对反应加以控制。11根据燃烧、爆炸、有毒、腐蚀等特性选择反应物,使化学过程中事故可能性降到最低。12在化学反应过程中,尽可能不使用或少使用辅助试剂,若需使用时应采用无毒、无害试剂。

(2)绿色化学5R原则。①Reduction(减量),在化学反应过程中,应减量使用原辅料,达到节约自然资源,减少“三废”排放的目的。②Reuse(重复使用),重复使用是降低生产成本,减少污染物排放的重要手段。如化学工程中催化剂、载体等,在设计之初就应考虑重复使用。③Recycling(回收),通过回收未反应的原料、不参加反应的溶剂、反应副产物及反应助剂,实现节约资源、减少污染和节约成本的目的。④Regeneration(再生),在生产过程中使原材料得到再生,提高资源、能源利用率,减少污染物排放。⑤Rejection(拒用),拒绝使用对环境有污染性且不可回收、不可再生、不可替代的原辅料。

3.绿色化学的发展方向

(1)探索绿色化学的反应原料。参加反应过程的化学原辅料,要符合绿色化学5R要求。

(2)提高原子经济性反应。原子经济性的氧化反应、催化的加成反应、周环反应中具有代表性的Diels-Alder反应。

(3)提高反应的选择性。使用定向合成的方法,减少副反应产生及衍生物的产生。

(4)开发环境友好型催化剂。选择使用催化剂,除关注催化剂活性、选择性及催化寿命外,要考虑催化剂的环境友好性。如杂多化合物在催化氧化、烷基化、异构化等石油化工领域使用。

(5)使用物理方法促进化学反应。使用微波、辐照等物理方法促进化学反应,减少化学品的使用及污染物的排放。

(6)计算机辅助助力绿色化学设计和模拟。利用计算机可进行化合物结构分析、化学反应程度预测及化工流程控制等方面的计算和模拟,为开发出符合绿色化学12原则的最佳工艺路线及产品设计方案提供助力。

(7)研发环境友好产品。如可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料等。

4.环境保护中绿色化学的应用

化学工业具有行业复杂,品种多,工艺差别大等特点,是国民经济的重要支撑之一。但随着现阶段全球生态危机的加剧,环境保护已经成为了世界各国特别关注的重点问题。绿色化学作为预防及治理环境的有效手段,近年在环境保护方面具有广泛的应用,具体如下。

(1)绿色化学在大气污染预防中的应用。煤炭燃烧产生的二氧化硫,二氧化硫是大气污染中最主要的污染物,大气污染预防的关键在于减少、控制二氧化硫的排放。绿色化学中预防和治理空气污染最有效的方法是使用煤炭脱硫技术。目前有三种燃煤脱硫技术,第一种从污染预防角度出发,在煤炭燃烧之前,使用物理及化学方法对煤炭进行燃前脱硫处理;第二种在煤炭燃烧过程中,从污染治理角度出发,对煤炭进行固硫处理;第三种,从污染治理角度出发,对煤炭燃烧后产生的烟气进行烟气脱硫处理。绿色化学中煤炭生物脱硫技术是人工加速自然界硫循环的方法,采用该技术在环境保护方面效果好、经济效益高、反应温和等特点,目前该技术是大气污染防治的主要发展方向。生物脱硫技术分为处理浮选法、生物浸出法及微生物絮凝法。在煤炭生物脱硫技术基础上,煤炭生物—非生物脱硫技术也是当前煤炭脱硫技术研究的新方向,此技术可有效缩短脱硫时间,提高经济效益[1]。此外,在现有驯化菌种选育研究基础上,正努力探索利用遗传学新技术、新成果对煤炭脱硫生物进行改良研究[2]。

(2)绿色化学在水污染中的应用。水污染主要来源于城市污水及工业废水,其中工业废水中含有大量的酸碱离子、金属离子,甚至具有放射性性质的物质[3]。这些工业废水中的大部分物质可作为生产中的原料来使用,它们具有很高的可回收利用价值,并且工业废水中的物质对生物健康产生严重的影响。而传统的水污染治理由于技术水平低,提取废水中化学物质效果差,即对大量工业原材料造成浪费,也没达到污水治理的目标。当前,工业废水的净化效果随着绿色化学技术的快速发展而显著提高,清洁原材料在化工生产中的引入,新型的化工合成技术和方法的实施,降低了工业废水中有害物质提取难度,并降低了工业废水的外排量,达到增加原材料使用率、污水零排放的目的。除从源头控制化工原料及生产工艺外,水污染处理技术也得到了长足进步,特别是联用声、光、电、磁、微生物氧化等手段的水处理技术的研究和开发,并开发出了高效、经济、环保的水处理技术[4]。

(3)绿色化学在固体废弃物污染中的应用。化工生产固体废弃物、城市生活垃圾、农业生产固体废弃物是自然界中固体污染物的主要来源。传统的固体废弃物一般采用填埋法或燃烧法进行处理,但燃烧法会产生大量对环境有毒有害的气体,使大气环境遭受二次污染;而采用填埋法处理固体废弃物虽然不会产生有毒有害气体,但占用大量耕地,且废弃物降解困难,废弃物在填埋后会造成土壤的污染,最终造成地下水受到污染。绿色化学技术是解决上述问题的有效手段,采用热分选煤气化或电离气化技术,其在固体废弃物处理过程中操作简单,经济效益高,具有较高的自然资源利用率,处理时不产生有毒有害物质,可以避免二次环境污染现象发生。另外超声波降解技术也有较大进步,通过超声波的声能对白色污染物进处理,能够在空气气泡内使有机物发生化学键发生断裂,达到有机物降解的效果[5]。

5.结语

绿色化学是传统化学与可持续发展理念相结合的一门新兴的科学领域,在现阶段是前沿性的技术,在生态环境保护领域具有不可替代的作用。只有不断的加大绿色化学研究,不断创新绿色化学方法,全力发展绿色化学工业,才能自源头上预防环境污染,提高化学工业的“原子经济性”,实现化学工业“零排放”。

参文文献

[1]谢作晃.几种细菌对煤炭脱硫作用的初步研究[D].贵州大学,2008:71.

[2]布鲁斯·E·里特曼.环境生物技术的实践(英文)[J].上海师范大学学报(自然科学版),2014,43(01):1-8.

[3]王建东.环境污染治理中绿色化学技术的应用探究[J].世界有色金属,2019(10):270-272.

[4]江红,王连军,江莞.绿色化学概念在水处理剂材料中的应用及发展状况[J].无机材料学报,2003,18(5):998-1004.

[5]陈秀敏.浅谈环境污染治理中绿色化学技术的应用[J].智能城市,2016,2(07):300.

作者:慈晓琳 单位:上海永道环境技术有限公司

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