從“綠色化學(xué)”到“綠色涂料”

    摘要：從國際上對環(huán)境問題的重要事件引出了“綠色化學(xué)”概念。介紹了“綠色化學(xué)”的基本概念、“雙十二條”原則、原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)及美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”，并對“綠色涂料”的新動向及未來做了展望。

    關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)；雙十二原則；綠色涂料

 

    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

0 前言

    20世紀(jì)90年代起為了解決化學(xué)工業(yè)對環(huán)境的污染和破壞，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境能和諧相處，“綠色化學(xué)”迅速興起，并引起了全球性的關(guān)注。

    從1979年2月12-23日在瑞士日內(nèi)瓦舉行的第一次世界氣候大會，到1990年10月29日至11月7日召開的第二屆世界氣候大會，再到2009年8月31日召開的第三屆世界氣候大會，直至2009年12月在哥本哈根舉行的氣候變化大會，世界各國在減少溫室氣體排放、保護(hù)全球氣候方面達(dá)成了共識。人類這一切努力，都是希望地球能回到“綠色”中來，那么什么叫“綠色化學(xué)”？什么叫“綠色涂料”？怎樣來定義？本文根據(jù)現(xiàn)已公布的資料做一簡介。

    化學(xué)污染發(fā)生后，要想靠治理來恢復(fù)到污染生前的生態(tài)狀況太難了。污染發(fā)生常常通過擴(kuò)散向自然界（大氣、水流、土壤）浸透，從理論上講是一種“自發(fā)過程”，熱力學(xué)中稱為一種叫“態(tài)函數(shù)-熵增加”的過程，屬不可逆過程，因此對于環(huán)境來講，先污染再治理是來不及了。要克服治理污染的難點，最佳方案就是使污染不要發(fā)生，不使用可能產(chǎn)生污染的污染物，使污染物不生成也就不會有排放，沒有排放就沒有環(huán)境被污染的問題及再來治理污染的問題了。“綠色化學(xué)”就是在這樣的思維方法下產(chǎn)生的。“綠色化學(xué)”又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)。“綠色化學(xué)”即是用化學(xué)的技術(shù)和方法去消滅或減少那些對人類健康、社會安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑在生產(chǎn)過程中的使用，同時也要在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物、廢物和產(chǎn)品。

    “綠色化學(xué)”的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物。從科學(xué)觀點看，“綠色化學(xué)”是化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的更新；從環(huán)境觀點看，它是從源頭上消除污染；從經(jīng)濟(jì)觀點看，它合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本�？梢哉f，綠色化學(xué)的研究具有深遠(yuǎn)而廣泛的價值。

    對于“綠色化學(xué)”，最著名的基本原理稱為“雙十二條”（或稱前后十二條）原則，主要內(nèi)容如下：

    R.T.Anastas和J.C.Waner提出了著名的12條綠色化學(xué)原則，作為開發(fā)環(huán)境無害產(chǎn)品與工藝的指導(dǎo)，這些原則涉及合成工藝的各個方面：

    （1）預(yù)防環(huán)境污染。防止廢物的產(chǎn)生比產(chǎn)生廢物后進(jìn)行處理更好。

    （2）提高原子經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計的合成方法應(yīng)當(dāng)使工藝過程中所有的物質(zhì)都用到最終產(chǎn)品中去。

    （3）提倡無害的化學(xué)合成方法。設(shè)計的合成方法中所采用的原料與生成的產(chǎn)物對人類與環(huán)境都應(yīng)當(dāng)是低毒或無毒的。

    （4）設(shè)計更安全的化學(xué)品。設(shè)計生成的產(chǎn)品性能要考慮限制其毒性。

    （5）使用更安全溶劑和助劑。如有可能就不用輔助物質(zhì)（溶劑、分離試劑等），必須用時也要用無毒的。

    （6）提高能量的使用效率。化工過程的能耗必須節(jié)省，并且要考慮其對環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的影響。如有可能，合成方法要在常溫、常壓下進(jìn)行。

    （7）使用可再生的原料。使用可再生資源作為原料，而不是使用在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上可耗盡的原料。

    （8）減少衍生物的生產(chǎn)。如有可能，減少或避免運用生成衍生物的步驟，因為這些步驟要用外加試劑并且可能產(chǎn)生廢棄物。

    （9）開發(fā)新型催化劑。催化劑（選擇性）優(yōu)于計量反應(yīng)試劑。

    （10）設(shè)計可降解材料�；瘜W(xué)產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)設(shè)計成為在使用之后能降解成為無毒害的降解產(chǎn)物而非殘存于環(huán)境之中。

    （11）加強預(yù)防污染中的實時分析。要進(jìn)一步開發(fā)分析方法，使其可及時進(jìn)行現(xiàn)場分析，并且能夠在有害物質(zhì)生成之前就予以控制。

    （12）防止意外事故的安全工藝。在化學(xué)過程中，選用的物質(zhì)以及該物質(zhì)使用的形態(tài)，都必須能防止或減少隱蔽的意外（包括泄露、爆炸與火災(zāi)等）事故發(fā)生。

    利物浦大學(xué)化學(xué)系Leverhulm催化創(chuàng)新中心的Ninl Winterton提出另外的綠色化學(xué)原則12條，簡稱“后十二條”，以幫助化學(xué)家們評估每個工藝過程的相對綠色性。“后十二條”的主要內(nèi)容如下。

    （1）鑒別與量化副產(chǎn)品。

    （2）報道轉(zhuǎn)化率、選擇性與生產(chǎn)率。

    （3）建立整個工藝的物料衡算。

    （4）測定催化劑、溶劑在空氣與廢水中的損失。

    （5）研究基礎(chǔ)的熱化學(xué)。

    （6）估算傳熱與傳質(zhì)的極限。

    （7）向化學(xué)或工藝工程師咨詢。

    （8）考慮全過程中選擇化學(xué)品與工藝的效益。

    （9）促進(jìn)開發(fā)并應(yīng)用可持續(xù)性量度。

    （10）量化和減用輔料與其他投入。

    （11）了解何種操作是安全的，并與減廢要求保持一致。