从“绿色化学”到“绿色涂料”

    摘要：从国际上对环境问题的重要事件引出了“绿色化学”概念。介绍了“绿色化学”的基本概念、“双十二条”原则、原子经济反应及美国“总统绿色化学挑战奖”，并对“绿色涂料”的新动向及未来做了展望。

    关键词：绿色化学；原子经济反应；双十二原则；绿色涂料

 

    Abstract: From the great events of international environment, the idea of “green chemical” is proposed. This paper introduces the basic concept of “green chemical”, “Double Twelve Item” principles, atomic economy reaction and American “Presidential Green Chemistry Challenge Awards”, and narrates the new trends and future prospect of “green chemical”.

    Keyword: green chemical, atomic economy reaction, “Double Twelve Item” principles, green coatings

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    20世纪90年代起为了解决化学工业对环境的污染和破坏，使经济发展和生态环境能和谐相处，“绿色化学”迅速兴起，并引起了全球性的关注。

    从1979年2月12-23日在瑞士日内瓦举行的第一次世界气候大会，到1990年10月29日至11月7日召开的第二届世界气候大会，再到2009年8月31日召开的第三届世界气候大会，直至2009年12月在哥本哈根举行的气候变化大会，世界各国在减少温室气体排放、保护全球气候方面达成了共识。人类这一切努力，都是希望地球能回到“绿色”中来，那么什么叫“绿色化学”？什么叫“绿色涂料”？怎样来定义？本文根据现已公布的资料做一简介。

    化学污染发生后，要想靠治理来恢复到污染生前的生态状况太难了。污染发生常常通过扩散向自然界（大气、水流、土壤）浸透，从理论上讲是一种“自发过程”，热力学中称为一种叫“态函数-熵增加”的过程，属不可逆过程，因此对于环境来讲，先污染再治理是来不及了。要克服治理污染的难点，最佳方案就是使污染不要发生，不使用可能产生污染的污染物，使污染物不生成也就不会有排放，没有排放就没有环境被污染的问题及再来治理污染的问题了。“绿色化学”就是在这样的思维方法下产生的。“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”即是用化学的技术和方法去消灭或减少那些对人类健康、社会安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用，同时也要在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物和产品。

    “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。从科学观点看，“绿色化学”是化学科学基础内容的更新；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它合理利用资源和能源，降低生产成本。可以说，绿色化学的研究具有深远而广泛的价值。

    对于“绿色化学”，最著名的基本原理称为“双十二条”（或称前后十二条）原则，主要内容如下：

    R.T.Anastas和J.C.Waner提出了著名的12条绿色化学原则，作为开发环境无害产品与工艺的指导，这些原则涉及合成工艺的各个方面：

    （1）预防环境污染。防止废物的产生比产生废物后进行处理更好。

    （2）提高原子经济性。设计的合成方法应当使工艺过程中所有的物质都用到最终产品中去。

    （3）提倡无害的化学合成方法。设计的合成方法中所采用的原料与生成的产物对人类与环境都应当是低毒或无毒的。

    （4）设计更安全的化学品。设计生成的产品性能要考虑限制其毒性。

    （5）使用更安全溶剂和助剂。如有可能就不用辅助物质（溶剂、分离试剂等），必须用时也要用无毒的。

    （6）提高能量的使用效率。化工过程的能耗必须节省，并且要考虑其对环境与经济的影响。如有可能，合成方法要在常温、常压下进行。

    （7）使用可再生的原料。使用可再生资源作为原料，而不是使用在技术与经济上可耗尽的原料。

    （8）减少衍生物的生产。如有可能，减少或避免运用生成衍生物的步骤，因为这些步骤要用外加试剂并且可能产生废弃物。

    （9）开发新型催化剂。催化剂（选择性）优于计量反应试剂。

    （10）设计可降解材料。化学产物应当设计成为在使用之后能降解成为无毒害的降解产物而非残存于环境之中。

    （11）加强预防污染中的实时分析。要进一步开发分析方法，使其可及时进行现场分析，并且能够在有害物质生成之前就予以控制。

    （12）防止意外事故的安全工艺。在化学过程中，选用的物质以及该物质使用的形态，都必须能防止或减少隐蔽的意外（包括泄露、爆炸与火灾等）事故发生。

    利物浦大学化学系Leverhulm催化创新中心的Ninl Winterton提出另外的绿色化学原则12条，简称“后十二条”，以帮助化学家们评估每个工艺过程的相对绿色性。“后十二条”的主要内容如下。

    （1）鉴别与量化副产品。

    （2）报道转化率、选择性与生产率。

    （3）建立整个工艺的物料衡算。

    （4）测定催化剂、溶剂在空气与废水中的损失。

    （5）研究基础的热化学。

    （6）估算传热与传质的极限。

    （7）向化学或工艺工程师咨询。

    （8）考虑全过程中选择化学品与工艺的效益。

    （9）促进开发并应用可持续性量度。

    （10）量化和减用辅料与其他投入。

    （11）了解何种操作是安全的，并与减废要求保持一致。