化学与社会发展论文

化学面临的挑战1.1化学的形象正在被其交叉学科的巨大成功所掩埋。化学是一门中心科学，与生命、材料等八门朝阳科学密切相关，产生了许多重要的交叉学科。然而，化学作为一门中心学科的形象已经被它在交叉学科上的巨大成就所埋没。化学是一门重要的中心科学，却没有受到重视，反而被社会视为伴娘科学。1.2化学正在被各种环境污染问题所困扰。化学的发展在不断推动人类进步的同时，客观上也使环境污染成为可能，但起决定性作用的是人的因素，最终要靠人的认识来解决这个问题。一些著名的环境事件大多与化学有关，如臭氧空洞、白色污染、酸雨、水体富营养化等。另一方面，把所有的环境问题都归结于化学原因，比如森林锐减、沙尘暴、燃煤，显然是不公平的。当然，这与化学没有建立自己的品牌有关。在最早的化工过程中，完全没有考虑废气废渣的处理，所以很多化工过程都会带来环境污染。现在，有人把化学和化工当成污染源。人们开始讨厌化学，然后对化学有一种莫名的恐惧。结果，所有含有“人工添加剂”的食品都不受欢迎，一些化妆品制造商反复强调这种产品不含任何“化学物质”。其实这些都是对化学的偏见，但是监测、分析、管理环境的是化学家。绿色化学是迎接挑战的必然科学。不仅要认识世界、改造世界，还要保护世界。化学也是如此。为了迎接化学面临的挑战，倡导绿色化学迫在眉睫。2.1绿色化学的概念绿色化学又称环境友好化学、环境友好化学或清洁化学，是指基于“原子经济”基本原理的化学反应和过程，即在获得新物质的化学反应中，充分利用参与反应的每一个原料原子，并在一开始就采用科学手段防止污染，因此过程和终端都是零排放、零污染，是一种从源头上防止污染的化学。绿色化学不同于环境保护。绿色化学不是被动控制环境污染，而是主动预防化学污染，从而从根本上切断污染源。因此，绿色化学是更高层次的环境友好化学。2.2绿色化学的产生及背景当今，可持续发展的理念得到了世界的普遍认可。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展，这意味着不仅要发展经济，而且要保护自然资源和环境，使后代能够可持续发展。绿色化学是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。1984美国环保局提出“废物最小化”，这是绿色化学的最初思想。1989美国环保局提出了“污染预防”的概念。1990年，美国联邦政府通过了《污染防治行动法》，将污染防治确立为一项国策，该法条款中首次出现了“绿色化学”一词。1992年，美国环保局发布了《污染防治策略》。从65438到0995，美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。65438-0999年，英国皇家化学学会创办了第一本国际绿色化学杂志，标志着绿色化学的正式出现。中国也紧跟世界化学发展的前沿。1995，中科院化学系确定院士绿色化学与技术咨询课题。2.3绿色化学的核心内容原子经济是绿色化学的核心内容。这个概念是由美国斯坦福大学著名有机化学家Trost于1991(为此他获得了1998“总统绿色化学挑战奖”学术奖)首次提出的，即原料分子中有百分之多少的原子已经转化为产品。理想的原子经济反应是原料分子中的原子100%转化为产物，不产生副产品或废物，实现废物“零排放”。他用原子利用率来衡量反应的原子经济性，认为高效的有机合成应该最大限度地利用原料分子的每一个原子，并与目标分子结合。绿色化学的原子经济反应有两个明显的优点:一是最大限度地利用原料，二是最大限度地减少废物的排放。原子利用率的表达式为:原子利用率=(预期产物的配方量之和/反应物质的配方量)×100%。比如无污染氧化剂过氧化氢的制备可以采用乙基蒽醌法，即在2-乙基蒽醌和Pd的催化下直接合成氢气和氧气，2-乙基蒽醌可以循环使用。该反应的原子利用率为100%，体现了原子经济性，减少了废物的产生和排放，是零排放的典型。2.4绿色化学的12原理和5R原理为了简述绿色化学的主要观点，P.T.Anastas和J.C.Waner曾经提出过绿色化学的12原理，对我们今后研究绿色化学有一定的指导作用。一、预防——防止废物产生比产生后处理和净化要好得多。Ⅱ.谈原子经济性——这样的合成方案要设计得让反应过程中用到的材料能最大限度地进入最终产品。三。发生危害较小的合成反应——无论如何，都要采用可行的方法，只选择或生产对人体或环境毒性小的物质。Ⅳ.使生成的化学产物安全的设计——设计化学反应的产物不仅具有所需的性能，而且具有最小的毒性。ⅴ.溶剂和辅料更安全——万不得已时尽量不要使用无害的辅料(如溶剂或沉淀剂)。ⅵ.在设计中，能源的使用应注重效率——尽可能降低化工过程所需的能源，同时还要考虑环境和经济效益。合成过程尽可能在大气环境的温度和压力下进行。ⅶ.使用可回收的原材料——只要技术上和经济上可行，原材料应该被回收而不是变质。ⅷ.尽量减少衍生反应——我们要尽可能避免或减少多余的衍生反应(为了保护基团或去除保护，暂时改变物理化学过程)，因为这些步骤需要加入一些反应物，也产生废物。ⅸ.催化作用——催化剂(尽可能具有选择性)比化学计量的反应物更重要。ⅹ.设计降解——按照设计生产的产品，在其有效功能完成后，可以分解为无害的降解产物，不会在环境中继续存在。Ⅶ.可以实时分析污染预防过程——必须不断开发分析方法，实时监控分析和过程，尤其是有害物质的控制。特别是从化学反应的安全性来防止事故发生——在化学过程中，反应物(包括其具体形态)的选择应着眼于将包括释放、爆炸、火灾在内的化学事故发生的可能性降到最低。为了更清楚地表达绿色化学对资源利用的要求，人们提出了5R理论:ⅰ。减量化——减量化是从节约资源、减少污染的角度提出的。降低用量以及如何在保护产量的同时降低用量的有效途径之一就是提高转化率，降低损失率。②减少“三废”的排放。主要是减少废气、废水、废物(副产品)的排放，必须低于排放标准。二。再利用-再利用再利用这是减少成本和浪费的需要。如化工中的催化剂和载体，从一开始就要考虑重复使用的设计。三。回收-再循环回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂和其他不起反应的试剂。ⅵ.再生——再生是变废为宝、节约资源能源、减少污染的有效途径。它要求在化工产品生产的工艺设计中考虑原料的循环利用。ⅴ.拒绝——拒绝是消除污染最根本的方法。是指拒绝使用某些具有明显毒副作用和污染的不可替代、不可回收、不可再生、不可再利用的原材料。3绿色化学的发展前景3.1反应原料的绿色化是指反应原料符合5R原理。3.2原子经济反应在基本有机原料的生产中，已经出现了一些原子经济反应的例子，如丙烯氢甲酰化制丁醛，甲醇羰基化制乙酸，丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。3.3高效合成法不涉及分离高效多步合成无疑是清洁技术的重要组成部分。3.4.提高反应定向合成如不对称合成的选择性。3.5.环境友好催化剂例如，在正己烷的裂解反应中，固体酸SiO _ 2-AlCl _ 3比普通AlCl _ 3具有更好的选择性和更小的腐蚀性。3.6.物理方法促进化学反应如微波引发和促进Diels Alder反应、Claisen重排、缩合等许多重要的有机反应。3.7.酶促有机化学反应酶促有机化学反应具有高效、选择性、反应条件温和、环境友好等特点。3.8溶剂的化学污染不仅来源于原料和产品，还与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关。有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的一个重要研究方向。例如超临界流体、水相有机合成和室温熔盐溶剂。3.9.计算机辅助绿色化学设计与模拟在化学化工领域，计算机已广泛应用于结构活性分析、结构分析、反应性预测、故障诊断与控制等诸多方面。毫无疑问，计算机在寻找最佳反应路线、优化化学过程和设计产品方面促进了绿色化学的更快发展。3.10可降解塑料、环保农药、绿色燃料、绿色涂料、含氯氟烃替代品等环保产品。绿色化学为化学的发展注入了新的活力，化学在21世纪将大有可为。