“綠色化學(xué)”由美國化學(xué)會（ACS）提出，目前得到世界廣泛的響應(yīng)。其核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染；反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。
提出背景
化學(xué)在為人類創(chuàng)造財富的同時，給人類也帶來了危難。而每一門科學(xué)的發(fā)展史上都充滿著探索與進步，由于科學(xué)中的不確定性，化學(xué)家在研究過程中不可避免地會合成出未知性質(zhì)的化合物，只有通過經(jīng)過長期應(yīng)用和研究才能熟知其性質(zhì)，這時 新物質(zhì)可能已經(jīng)對環(huán)境或人類生活造成了影響。
傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)給環(huán)境帶來的污染已十分嚴重，目前全世界每年產(chǎn)生的有害廢物達3億噸～4億噸，給環(huán)境造成危害，并威脅著人類的生存。嚴峻的現(xiàn)實使得各國必須尋找一條不破壞環(huán)境，不危害人類生存的 可持續(xù)發(fā)展的道路。化學(xué)工業(yè)能否生產(chǎn)出對環(huán)境無害的化學(xué)品？甚至開發(fā)出不產(chǎn)生廢物的工藝？綠色化學(xué)的口號最早產(chǎn)生于化學(xué)工業(yè)非常發(fā)達的美國。1990年，美國通過了一個“防止污染行動”的法令。1991年后，“綠色化學(xué)”由?美國化學(xué)會（ACS）提出并成為美國環(huán)保署（美國國家環(huán)境保護局）的中心口號，并立即得到了全世界的積極響應(yīng)。
存在重要性
傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)給環(huán)境帶來的污染已十分嚴重，目前全世界每年產(chǎn)生的有害廢物達3億噸～4億噸，給環(huán)境造成危害，并威脅著人類的生存。化學(xué)工業(yè)能否生產(chǎn)出對環(huán)境無害的化學(xué)品？甚至開發(fā)出不產(chǎn)生廢物的工藝？有識之士提出了綠色化學(xué)的號召，并立即得到了全世界的積極響應(yīng)。綠色化學(xué)的核心就是要利用化學(xué)原理從源頭消除污染。
綠色化學(xué)給化學(xué)家提出了一項新的挑戰(zhàn)，國際上對此很重視。1996年，美國設(shè)立了“綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”，以表彰那些在綠色化學(xué)領(lǐng)域中做出杰出成就的企業(yè)和科學(xué)家。綠色化學(xué)將使化學(xué)工業(yè)改變面貌，為子孫后代造福。
迄今為止，化學(xué)工業(yè)的絕大多數(shù)工藝都是20多年前開發(fā)的，當(dāng)時的加工費用主要包括原材料、能耗和勞動力的費用。近年來，由于化學(xué)工業(yè)向大氣、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物質(zhì)。以1993年為例，美國僅按365種有毒物質(zhì)排放估算，化學(xué)工業(yè)的排放量為30億磅。因此，加工費用又增加了廢物控制、處理和埋放。環(huán)保監(jiān)測、達標(biāo)，事故責(zé)任賠償?shù)荣M用。1992年，美國化學(xué)工業(yè)用于環(huán)保的費用為1150億美元，清理已污染地區(qū)花去7000億美元。1996年美國Dupont公司的化學(xué)品銷售總額為180億美元，環(huán)保費用為10億美元。所以，從環(huán)保、經(jīng)濟和社會的要求看。化學(xué)工業(yè)不能再承擔(dān)使用和產(chǎn)生 有毒有害物質(zhì)的費用。需要大力研究與開發(fā)從源頭上減少和消除污染的綠色化學(xué)。
1990年美國頒布了污染防止法案。將污染防止確立為美國的國策。所謂污染防止就是使得廢物不再產(chǎn)生。不再有廢物處理的問題，綠色化學(xué)正是實現(xiàn)污染防止的基礎(chǔ)和重要工具。1995年4月美國副總統(tǒng)Gore宣布了國家 環(huán)境技術(shù)戰(zhàn)略。其目標(biāo)為：至2020年 世界地球日時。將廢棄物減少40-50%,每套裝置消耗原材料減少20一 25%。1996年美國設(shè)立了總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎。這些政府行為都極大的促進了綠色化學(xué)的蓬勃發(fā)展。另外。日本也制定了新陽光計劃。在環(huán)境技術(shù)的研究與開發(fā)領(lǐng)域。確 定了環(huán)境無害制造技術(shù)、減少環(huán)境污染技術(shù)和二氧化碳固定與利用技術(shù)等綠色化學(xué)的內(nèi)容。總之，綠色化學(xué)的研究已成為國外企業(yè)、政府和學(xué)術(shù)界的重要研究與開發(fā)方向。這對我國既是嚴峻的挑戰(zhàn)，也是難得的發(fā)展機遇。
研究成果
開發(fā)原子經(jīng)濟反應(yīng)
Trost在1991年首先提出了原子經(jīng)濟性(Atom economy 的概念，即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟反應(yīng)是原料分子 中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成、產(chǎn)物，不生副產(chǎn)物或廢物。實現(xiàn)廢物的"零排放"(Zeroemission)。對于大宗基本有機原料的生產(chǎn)來說，選擇原子經(jīng)濟反應(yīng)十分重要。
近年來，開發(fā)新的原子經(jīng)濟反應(yīng)已成為綠色化學(xué)研究的熱點之一。國內(nèi)外均在開發(fā)鈦硅分子篩上催化氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的原子經(jīng)濟新方法。此外，針對鈦硅分子篩催化反應(yīng)體系，開發(fā)降低鈦硅分子篩合成成本的技術(shù)，開發(fā)與反應(yīng)匹配的工藝和反應(yīng)器仍是今后努力的方向。
在已有的原于經(jīng)濟反應(yīng)如烯烴氫甲酰化反應(yīng)中。雖然反應(yīng)已經(jīng)是理想的。但是原用的油溶性均相絡(luò)合催化劑與產(chǎn)品分離比較復(fù)雜，或者原用的鈷催 化劑運轉(zhuǎn)過程中仍有廢催化劑產(chǎn)生，因此對這類原子經(jīng)濟反應(yīng)的催化劑仍有改進的余地。所以近年來開發(fā)水溶性均相配位化合物催化劑已成為一個重要的研
究領(lǐng)域。由于水溶性 均相絡(luò)合物催化劑與油相產(chǎn)品分離比較容易。再加以水為溶劑，避免了使用揮發(fā)性有機溶劑，所擬開發(fā)水溶性均相絡(luò)合催化劑也已成為國際上的研究熱點。除水溶性銠-膦 絡(luò)合物已成功用于丙烯氫甲酰化生產(chǎn)外，近年來水溶性銠-膦、釕-膦、鈀-膦絡(luò)合物在加氫二聚、選擇性加氫、C一C鍵偶聯(lián)等方面也已獲得重大進展，C6以上烯烴氨甲化 制備高碳醛、醇的兩相催化體系的新技術(shù)國外正在積極研究。以上可見，對于已在工業(yè)上應(yīng)用的原子經(jīng)濟反應(yīng)。也還需要從環(huán)境保護和技術(shù)經(jīng)濟等方面繼續(xù)研究。加以改進。
采用無毒無害的原料
為使制得的中間體具有進一步轉(zhuǎn)化所需的官能團和反應(yīng)性，在現(xiàn)有化工生產(chǎn)中仍使用劇毒的光氣和氫氰酸等作為原料。為了人類健康和社區(qū)安全。需要用無毒無害的原料代替它們來生產(chǎn)所需的化工產(chǎn)品。
在代替劇毒的氧氯化碳作原料生產(chǎn)有機化工原料方面。Riley等報道了工業(yè)上已開發(fā)成功一種由胺類和二氧比碳生產(chǎn)異氰酸酯的新技術(shù)。在特殊的反應(yīng)體系 中采用一氧化碳直接化有機胺生產(chǎn)異酸的工業(yè)化技術(shù)也由Manzer，;開發(fā)成功。Tundo報道了用二氧化碳代替光氣生產(chǎn)碳酸二甲酯的新方法。Komiya研究開發(fā)了在固態(tài)熔融的狀態(tài)下。采用雙酚A和碳酸二甲酯聚合生產(chǎn)聚碳酸酯的新技術(shù)。它取代了常規(guī)的光氣合成路線。并同時實現(xiàn)了兩個綠色化學(xué)目標(biāo)。一是不使用有毒有害的原料，二是 由于反應(yīng)在熔融狀態(tài)下進行。不使用作為溶劑的可疑的致癌物一甲基氯化物。
關(guān)于代替劇毒氫氰酸原料，孟山都公司公司從無毒無害的二乙醇胺原料出發(fā)。經(jīng)過催化脫氫。開發(fā)了安全生產(chǎn)氨基雙乙酸鈉的工藝，改變了過去的擬氨、甲醛和氫氰酸為原料的二步合成路線。并因此獲得了1996年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎中的變更合成路線獎。
采用無毒無害催化劑
目前烴類的基化反應(yīng)一般使用氧氟酸、硫酸、氯化鋁等液體酸催化劑。這些液體催化劑共同缺點是，對設(shè)備的腐蝕嚴重、對人身危害和產(chǎn)生廢渣、污染環(huán)境。為了保護環(huán)境。多年來國外正從合成沸石、雜多酸、氟銻磺酸等新催化材料中大力開發(fā)固體酸烷基化催化劑。其中采用新型分子篩催化劑的乙苯液相烴他技術(shù)引人注 目，這種催化劑選擇性很高。乙苯重量收率超過99.6%。而且催化劑壽命長。還有一種生產(chǎn)線性十二烷基苯的固體酸催化劑替代了氫氟酸催化劑，改善了生產(chǎn)環(huán)境，已工業(yè)化。在 固體酸烷基化的研究中。還應(yīng)進一步提高催化劑的選擇性。以降低產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量; 提高催化劑的穩(wěn)定性。以延長運轉(zhuǎn)周期；降低原料中的苯烯比。以提高經(jīng)濟效益。丁烷與丁烯的烷基化是煉油工業(yè)中提供高辛烷值組分的一項重要工藝。近年新配方汽油的出現(xiàn)，限制汽油中芳香烴和烯烴含量更增添了該工藝的重要性。目前這種工藝使用氫酸或硫酸為催化劑。
采用無毒無害的溶劑
大量與化學(xué)品制造相關(guān)的污染問題不僅來源于原料和產(chǎn)品，而且源自在其制造過程中使用的物質(zhì)。最常見的是在反應(yīng)介質(zhì)、分離和配方中所用的溶劑。當(dāng)前廣泛使用的溶劑是揮發(fā)性有機物(VOC)。其在使用過程中有的會引起地面臭氧的形成。有的會引起水源污染。因此。需要限制這類溶劑的使用。采用無毒無害的溶劑代替揮發(fā)性有機化合物作溶劑已成為綠色化學(xué)的重要研究方向。
在無毒無害溶劑的研究中。最活躍的研究項目是開發(fā)超臨界流體（SCF)。特別是超臨界二氧化碳作溶劑。超臨界二氧化碳是指溫度和壓力均在其臨界點 (3llC、7477.7gkPa)以上的二氧化碳流體。它通常具有液體的密度。因而有常規(guī)液態(tài)溶劑的溶解度；在相同條件下。它又具有氣體的粘度，因而又具有很高的傳質(zhì)速度。而且 由于具有很大的可壓縮性。流體的密度、溶劑溶解度和粘度等性能均可由壓力和溫度的變化來調(diào)節(jié)。超臨界二氧化碳的最大優(yōu)點是無毒、不可燃、價廉等。
除采用超臨界溶劑外。還有研究水或近臨界水作為溶劑以及有機溶劑/水相界面反應(yīng)。采用水作溶劑雖然能避免有機溶劑，但由于其溶解度有限，限制了 它的應(yīng)用，而且還要注意廢水是否會造成污染。在有機溶劑/水相界面反應(yīng)中。一般采用毒性較小的溶劑(甲苯)代替原有毒性較大的溶劑，如二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醋酸等。采用無溶劑的固相反應(yīng)也是避免使用揮發(fā)性溶劑的一個研究動向，如用微波來促進固、固相有機反應(yīng)。
利用可再生的資源合成化學(xué)品
利用生物量(生物原料)(Biomass)代替當(dāng)前廣泛使用的石油，是保護環(huán)境的一個長遠的發(fā)展方向。1996年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎中的學(xué)術(shù)獎授予TaxaA大學(xué)M. Holtzapp教授，就是在于其開發(fā)了一系列技術(shù)。把廢生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成動物飼料、工業(yè)化學(xué)品和燃料。
物質(zhì)主要由淀粉及維素等組成。前者易于轉(zhuǎn)化為葡萄糖，而后者則由于結(jié)晶及與木質(zhì)素共生等原因，通過纖維素酶等轉(zhuǎn)比為葡萄糖，難度較大。Frost 報道以葡萄糖為原料，通過酶反應(yīng)可制得己二酸、鄰苯二酚和對苯二酚等。尤其是不需要從傳統(tǒng)的苯開始采制運作為尼龍原料的己二酸取得了顯著進展。由于苯是已知的致癌物質(zhì)，以經(jīng)濟和技術(shù)上可行的方式，從合成大量的有機原料中去除苯是具有競爭力的綠色化學(xué)目標(biāo)。
另外,Gfoss首創(chuàng)了利用生物或農(nóng)業(yè)廢物如多糖類制造新型聚合物的工作。由于其同時解決了多個環(huán)保問題，因此引起人們的特別興趣。其優(yōu)越性在于聚合物原料單體實現(xiàn)了無害化，生物催化轉(zhuǎn)化方法優(yōu)于常規(guī)的聚合方法，Gross的聚合物還具有生物降解功能。
環(huán)境友好產(chǎn)品
在環(huán)境友好產(chǎn)品方面。從1996年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎看，設(shè)計更安全化學(xué)品獎授予RohmHaas公司。由于其開發(fā)成功一種環(huán)境友好的海洋生物防垢劑。小企業(yè)獎授予Donlar公司。因其開發(fā)了兩個高效工藝以生產(chǎn)熱聚天冬氨酸，它是一種代替丙烯酸的可生物降解產(chǎn)品。
在環(huán)境友好機動車燃料方面，隨著環(huán)境保護要求的日益嚴格。1990年美國清潔空氣法(修正案)規(guī)定，逐步惟廣使用新配方汽油，減小由汽車尾氣中的一氧化碳以及烴類引發(fā)的臭氧和光化學(xué)煙霧等對空氣的污染。新配方汽油要求限制汽油的蒸汽壓、苯含量，還將逐步限制芳香烴和烯烴含量。還要求在汽油中加入含氧化合物，比如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。這種新配方汽油的質(zhì)量要求已推動了汽油的有關(guān)煉油技術(shù)的發(fā)展。
柴油是另一類重要的石油煉制產(chǎn)品。對環(huán)境友好柴油。美國要求硫含量不大于0.05%，芳烴含量不大于20%，同時十六烷值不低于40;瑞典對一些柴油要求更嚴。為達到上述目的，一是要有性能優(yōu)異的深度加氫脫硫催化劑；二是要開發(fā)低壓的深度脫硫/芳烴飽和工藝。國外在這方面的研究已有進展。
此外，保護大氣臭氧層的氟利昂代用品已在開始使用。防止“白色污染”的生物降解塑料也在使用。
中國發(fā)展
中國在綠色化學(xué)方面的活動也逐漸活躍。
1995年，中國科學(xué)院化學(xué)部確定了《綠色化學(xué)與技術(shù)》的院士咨詢課題。
1996年，召開了“工業(yè)生產(chǎn)中 綠色化學(xué)與技術(shù)”研討會，并出版了《綠色化學(xué)與技術(shù)研討會學(xué)術(shù)報告匯編》。
1997年，國家自然科學(xué)基金委員會與中國石化聯(lián)合立項資助了“九五重大基礎(chǔ)研究項目”“環(huán)境友好石油化工 催化化學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程”；中國科技大學(xué)綠色科技與開發(fā)中心在該校舉行了專題討論會，并出版了《當(dāng)前綠色科技中的一些重大問題》論文集；香山科學(xué)會議以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學(xué)的挑戰(zhàn)---綠色化學(xué)”為主題召開了第72次學(xué)術(shù)討論會。
1998年，在合肥市舉辦了第一屆國際綠色化學(xué)高級研討會；《化學(xué)進展》雜志出版了《綠色化學(xué)與技術(shù)》專輯；四川聯(lián)合大學(xué)也成立了綠色化學(xué)與技術(shù)研究中心。
上述活動已推動了我國綠色化學(xué)的發(fā)展。
參考資料 >