绿色化工技术在精细化工中的应用_佟明.pdf

2023 年 第 5 期 化学工程与装备 2023 年 5 月 Chemical Engineering&Equipment 209 绿色化工技术在精细化工中的应用 绿色化工技术在精细化工中的应用 佟 明（辽宁阜新氟产业开发区管理委员会，辽宁 阜新 123000）摘 要：摘 要：作为新时期下我国国民经济的重点构成部分，在化工生产过程中，要注意充分把控成本，科学融入绿色化工技术。在强化生产效率的基础上，有效控制化工生产环境污染、能耗问题，以此来保障化工行业实现有序发展。为了最大程度上发挥出精细化工中绿色化工技术的积极作用，本文选择围绕绿色化工技术在精细化工中的应用展开探讨分析，旨在为相关人员带来一些参考。关键词：关键词：绿色化工技术；精细化工；实践应用 现阶段，在我国经济发展持续加快的背景下，我国许多行业呈现出化工产品需求增大的情况。与此同时，由于化工生产所导致的生态环境污染问题也在持续加重。这也意味着，应如何在强化化工生产效率和质量的同时，尽可能降低由于化工生产所导致的生态污染成了迫在眉睫的问题。而根据实践经验可以发现，通过在精细化工中融合绿色化工技术，不仅能够提升化工生产绿色化水平，也能够在潜移默化中促进化工产业的有序发展。1 绿色化工的定义及特点 1 绿色化工的定义及特点 1.1 定义 绿色化学具有洁净化学、环境无害化学等几个名称。以保护环境为入手点，则绿色化学化工指的是利用科学技术方法，降低导致人类健康、环境安全受到威胁的催化剂、原料等，其重点在于以源头的角度消除污染，开发出符合环境友好特征的全新原料和产品，以此来达成环境保护与化工生产相协调的目的。1.2 特点 绿色化工的特点在于：在以获取新物质为目的的转换过程中，应全面利用每一个原子，尽可能达成零排放的目标1。以可持续发展为入手点来看，绿色化工的重点在于，除了要解决对生态环境、人类健康带来威胁的污染物以外，还要分析是否充分利用相关资源，原料是否具备可再生的特性，能否符合可持续发展科学规律。通过运用绿色化工技术，能够帮助化工生产在持续进行产品制造的同时，尽可能地保护环境、运用资源。这也意味着，绿色化工依然是未来我国化工领域发展的重要构成部分2。以科学作为入手点来看，绿色化工本质上是一种传统化工的更新和换代，是一种更高层级的化学化工形式。相较于传统化工而言，其主要区别在于：绿色化工以生态环境的可持续发展为前提，推动人与自然协调共处3。因此，以科学的视角来看，绿色化工不亚于一场化学工业革命。相较于环境化学而言，绿色化工技术的区别之处在于，环境化学主要围绕导致环境受到影响的化学问题进行研究，而绿色化学则更偏向于研究影响环境的化学问题。在实践过程中，环境治理技术主要治理已经受到污染的环境，而绿色化工技术则在源头上进行治理4。2 绿色精细化工的基础、原理和技术介绍 2 绿色精细化工的基础、原理和技术介绍 2.1 绿色精细化工的基础 2.1.1 原子经济性 在过去的化学过程经济性追求中，技术人员更多重视的化学反应是否高效率。但从实践角度来看，如果一个化学反应具备较高的效率，但进入到目的产物中的反应物分子原子数量较少，则意味着这一反应过程将会出现数量较多的废弃物。因此，应利用实现原料分子原子 100转变为目的的产物，才可以使其不出现废物、副产物，最终达成废物“零排放”的效果5。由此可见，可以将原子经济性、收率等两个概念，当作后续化工生产的主要评价标准，通过这一形式实现“绿色”化工的目的。但现阶段，依然有许多化工过程并不属于原子经济性反应，因此这也要求相关技术人员，应从设备强化、容积绿色化、无溶剂反应等一众过程性研究作为核心，确保精细化工呈现绿色化特征。2.1.2 原料绿色化 在大部分化学反应中，基于原料费用占比能达到产品成本的大部分。这也意味着，选择原料环节十分关键，其会影响到后续加工工艺、反应类型等多种元素6。依据绿色化学的角度来看，还要充分考虑到其在运输、储存等过程中，可能为环境带来的影响。现阶段，大部分化学品都以煤、石油等许多不可再生资源当做原料，其在能源损耗方面十分严重。甚至传统工艺中常用的材料，包括光气等都会导致人体安全受到威胁。而生物质中包含了预期中的石油替代物，并且还存在含量较高的氧元素，因此其在产品制造流程中，能尽可能避免受到氧化步骤带来的污染，并且其过程危害性也相对较低7。2.2 原理 绿色化工原理主要包含以下几条原则：（1）从源头上防治污染要优于污染治理。（2）尽可能充分运用资源，以此来强化合成过程的“原子经济性”。（3）在合成过程中，需尽可能运用一些对人体健康、环境污染影响较小的物质。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.029210 佟 明：绿色化工技术在精细化工中的应用（4）在化学产品的设计环节中，应在保持功效的基础上，尽可能降低毒性。（5）避免利用辅助剂，如果合成过程需要，则应尽可能使用无毒物质。（6）应保证能量使用较小且合理，同时综合分析其带给环境、经济的影响。（7）尽可能运用可再生能源。2.3 绿色精细化工技术 2.3.1 绿色催化技术 对于催化剂而言，其本身是化学工艺的基本组成部分，更是确保化学反应得以实现的核心所在9。在生产过程中，催化作用包括生物、化学催化两种，其能够大幅度提升主产物产率，同时避免出现副反应等情况，在降低副产物生成的同时，充分运用各类资源，维护生态环境，这同样是绿色化学主要追求的目的。最近几年，绿色催化剂研究的进展十分迅速，包括纳米催化剂、不对称合成反应催化剂等，都对有机合成领域的发展做出了极大贡献。2.3.2 超临界流体技术 超临界流体萃取技术最早投入到工业领域的时间，可以追溯到 20 世纪 80 年代。作为现阶段最为成熟的超临界流体技术，超临界 CO2萃取技术被广泛运用在石油、食品等行业当中。而在精细化工领域中，超临界 CO2萃取技术则被应用在有毒物质脱酸、脱臭；提取天然精细化学品等行业中。现阶段，可以通过应用超临界 CO2萃取技术进行提取的植物精油主要包括：桂花油、茉莉花精油等。此外这一萃取技术也被应用在各类食品添加剂的提取工作当中。但超临界流体在运用过程中也有很大缺陷，主要在于：为了在合成过程中取得高压力超临界条件，必须要进行大量能量的合成，这也使得操作成本大幅度提升，对应设备的投资也不断提升。但相较于传统溶剂而言，因为超临界流体的安全、无污染的特性，因此其可以在一些具备较高价值的特殊产品中运用，例如提取色素、天然香料等工作环节10。3 精细化工品绿色合成技术发展趋势 3 精细化工品绿色合成技术发展趋势 3.1 绿色精细化工有机合成新方法 3.1.1 不对称催化合成 所谓不对称催化合成，其实际上指的是：利用数量相对较少的手性催化剂，来对大量目标手性化合物的合成进行把控，尽可能避免出现无效体。这也意味着，不对称催化合成是一种与绿色化学要求相符合的技术手段，更是一种具备大面积推广前景的合成方式。以理论的角度来说，通过这一方式可以合成所有手性产物。与此同时，技术人员可以依据变化配位金属、配体的形式，达到改良催化剂的目的，通过这一方式优化催化活性、立体选择性现阶段，不对称催化合成逐渐成为包括手性药物在内的精细化学品合成的核心技术。利用不对称催化的形式，除了可以为农药、医药等精细化工产品带来必需的关键中间体外，还能够提供以生态环境保护为目标的绿色合成方式。3.1.2 有机电化学合成 在很多有机合成环节中，都存在电子转移的情况。但如果在电解池中引导这些反应进行，则这一系列反应便成了有机电化学合成反应，其可以被称作有机物电解合成反应。这一反映内容本身是一项利用电化学专业技术方法，探讨有机物合成的创新性学科，其内容横跨有机合成化学、电化学等许多学科。利用调节电极种类、电解条件的形式，可以在有机电化学合成过程中，科学把控有机电化学合成反应，这同样是这一技术的核心优势。在有机电化学合成技术逐步发展的过程中，许多传统意义上具备高压、高温特征的化学合成方式，逐渐被有机电化学合成取缔。有机电化学合成反应中包含的主要内容为：电还原、电裂解、电取代等几种。3.2 有机中间体绿色合成 在实践生产生活中，有机化工产品生成往往会涉及多个步骤。在这一过程中，又存在许多中间合成物，这类中间合成物也被称作反应中间体。反应中间体本身具备两种特性，其不仅是由化学基本原料生产出的产物，其同样是合成其他化工产品的原料。针对化工产品绿色化生产来说，中间体绿色合成是十分关键的环节。围绕中间体绿色合成工艺展开深入性研究，是相关领域面临的重大挑战。为了达成绿色合成有机中间体的目的，技术人员需要始终按照化学合成绿色化原则，尽可能降低反应步骤的数量，降低涉及的化学品种，以此来减少最终产物量。与此同时，在合成有机中间体的过程中，应结合高选择性特征，通过应用“绿色化”的试剂、原材料，并合理融合无毒无害反应溶剂。4 绿色化工的前景与展望 4 绿色化工的前景与展望 绿色化工符合可持续发展需求，因此其虽然是一门新兴学科，但在不断发展中逐渐成为化学工业领域的主流趋势。而结合我国的资源短缺实际情况来看，未来也会出现更多的学者投入到绿色化工技术研究中。在未来发展过程中，低碳技术的应用前景十分广泛，不论是低碳技术的产品生产、技术转让等都成了新的经济发展机遇。但低碳经济的发展需要立足于技术革新、产业结构调整等环节的基础上，这也是可持续发展的一项主要路径。现阶段绿色化工领域已经展开了如下几方面的研究：其主要包括试剂、可替代原料、溶剂等合成过程。其在许多领域中都获得了一定实践成果，甚至废弃物处理等环节已经投入到工业生产当中。但有一些新型材料，例如有机高分子材料等，在我国有着较大的生产规模，但其大部分难以自然降解，这会导致人们生存环境受到影响。这也意味着，围绕有机高分子材料的可再生利用、生态设计进行研究，具备较强的实践意义。5 总 结 5 总 结 由于我国城市化、工业化呈现出大规模发展的趋势，这也使得日常生产生活中对于精细化学品的要求不断提升。而与之相对应的则是人民对于保护生态环境、提升生活质量的诉求。因此通过在精细化工生产中融合绿色化工技术，不仅能够符合我国可持续发展的战略方针，同时也能进一步推动人与环境和谐共处。（下转第 216 页）（下转第 216 页）216 王 熳：分析化学在环境监测中的应用 以监测物质中对应的各种元素成分，而且不容易被外界因素所干扰，并且数据的可靠性很高。近年来，利用原子吸收光谱法对土壤中的镉、铜、铅、锌等金属元素进行了精确的测定。（2）分光光度法 分光光度法是国内应用最广泛的一种环境监测技术，它的特点是通过测量对象在一定的波长和波长范围内的吸光率来判定其性质，并进行定量分析。在实际应用中分光光度法具有操作简单，成本低廉，高效快速等优点。另外，由于科学技术的进步，使用高灵敏的显色试剂，更能提高分光光度法的准确度。（3）原子发射光谱法 原子发射光谱法是通过将被激发的原子放射线所产生的光谱与标准光谱进行对比，从而确定物质所含成分。通过电弧和火花等作为激发源，可以将气态原子或气态或离子从来源处释放出来，通过光谱上的特征谱线，可以确定有没有元素的存在。通过光谱线的强度分析，可以确定某些物质的成分。一次检测可以将被测样品中所有成分都显示在图谱上，并与标准图谱进行对比。可以测定的各种不同的元素，可测量元素超过七十多种。具有较高的敏感性，较好的选择性和较快的分析速度。（4）中子活化法 中子活化法在实际中的应用非常精确，其对有关元素的测定可以达到相对理想的灵敏度状态，并且可以保证被测样本不会被损坏。其基本原理是利用反应堆，加速器以及同位素，把它们作为中子源，使其中的中子转化为轰击粒子。但在实践中，尽管该方法有着很好的发展前景，但为了提高其检测的广度，还必须继续强化和创新相关技术。（5）高效液相色谱法 高效液相色谱法可以对被检测材料进行量化或者鉴别。准确度和灵敏度都比较高。因此，在环境监测中得到了广泛的运用，成了常规环境监测和系统分析的重要组成部分。首先，在空气污染监测领域，使用高效液相色谱技术，可以对大气中的简单成分进行测定。利用高效液相色谱法对大气中的