绿色化学 还世界绿色

　　【摘要】化学是一门应用型科学，环境保护方面的问题往往与化学相关联，在初中化学教学中进行绿色化学研究是化学教师的责任。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。为此，本文简述了绿色化学的基本思想和实现绿色化学的途径。

　　【关键词】绿色化学；研究途径；微型实验；发展趋势

　　作者：张铭

　　随着社会经济的发展，人们对生活质量和环境的要求更高，面对环境的日益恶化，资源和能源的短缺，绿色化学理念应运而生。在我国目前的中学化学教育中，大多数中学普遍采用常规实验方法，仪器大，消耗试剂多，费用高且污染大，学生分组实验，常常几十人在一个实验室，产生大量废水，有毒气体和粉尘，而且处理也很困难，造成环境污染，危害着师生健康。面对这种现状，绿色化学引入到中学化学，是师生健康的需要，是现代化学校的需要。在广大青少年中普及绿色化学理念，让学生亲自实践，亲手操作无毒无害安全的化学实验，从中培养他们的环保意识和可持续发展理念。

　　一、绿色化学的基本思想

　　绿色化学就是利用已有的化学知识，化学技术和化学方法，以减少对人体和环境有害的物质使用和产生，回收未反应的原料、副产物和非反应试剂，对“三废”排放前的无害处理等。

　　1.原子经济性反应

　　目前，合成化学从生命科学到材料科学，原子经济性（AtomEconomy）要求越来越高。原料分子中到底有多大比例的原子转化成了目标产物，成为了研究的重点。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。如环氧乙烷的生产中，经典的氯代乙醇法，尽管每一步的化学产率均为100%，但原子利用率仅为25%，即在合成环氧乙烷的实验中，每生产1千克环氧乙烷则会产生3千克的副产物，而在绿色化学中，采用新型的催化工艺，实现了100%的原子利用率。再如采用乙基蒽醌法制备过氧化氢，即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成，2-乙基蒽醌可循环使用，此反应原子利用率为100%，体现了原子经济性，减少废物的生成和排放。从而可看出原子经济性的反应有两个突出的优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。

　　2.选用无毒无害的反应原料

　　研究如何用无毒无害的原料来代替风险试剂。如光气（COCl）、氢氰酸（HCN）、氟化氢（HF）、氯气等，要达到这一目标，可采取：减少这类原料的用量，改变其结构，以减少固有毒性，采用防护措施或控制技术等。对于危险或反映条件苛刻，污染严重或仪器、试剂价格昂贵的实验，甚至可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法。

　　3.在无毒无害的条件下进行化学反应

　　尽可能减少有机溶剂的使用，采用超临界流体技术，或两相催化技术等，可以尽可能避免传统反应条件带给的巨大污染，在条件温和，活性高，选择性好，反应后两相极易分离的情况下进行实验。例如丙烯的氢甲酰反应，采用Rh和Pd的水溶液配合物作催化剂，可望取代高压反应条件，并使生成醛的选择性由90%提高到98%。

　　4.寻求安全的目标产物

　　在很多的情况下，有毒物分子并非所有官能团都有毒有害，可通过保留有用官能团，去掉有害官能团的办法改进分子结构，使产品更安全。

　　二、实现绿色化学的途径

　　1.实验过程的改造和从新设计

　　首先，避免使用风险试剂（如HCN、HF、HCHO、Cl■、OCl■等）和挥发性有机物（如苯，CCl■，氟利昂等）。如银镜反应避免使用甲醛，而用葡萄糖；把可能产生致癌物的有氯漂白和二氧化硫漂白改用为双氧水，过氧化钠等。其次，积极开发绿色实验，实现原料和反应过程的绿色化，例如实验硬脂酸笨溶液单分子膜法测定阿佛加德罗常数改为电解硫酸铜或电解法，不再使用挥发性苯；例如在二氧化锰的催化下分解氯酸钾制氧气的实验里，会产生有毒副产物Cl■，改用氢氧化钙作催化剂，转化率可达到99%以上，而且避免了Cl■的产生；又如氨催化氧化实验，常用铜丝作催化剂，该方法不仅转化率不高，而且还会产生一种刺激性气味的气体，改用氧化铜作催化剂，转化率也只为76%，若改用铂触媒，转化率可达98%；还有接触法制硫酸等诸多实验的改进，不仅可以提高转化率，而且可减少�h境的污染。

　　2.实验产物或残留物的无害处理及利用

　　产物的再生循环使用，化学实验产物，大多有毒有害，即使有些物质的毒性不是太大，但若不加处理，时间长了，做的人多了，累积起来也会造成环境污染，而且造成资源浪费，若能加以简单处理又可循环使用，岂不妙哉。例如用氢气还原氧化铜的实验，还原出来的铜粉，不便收集处理，若改用铜片在空气中加热，用表面被氧化而成的氧化铜进行实验，不仅可使还原出来的金属铜在铜片表面平整而有金属光泽，增强了演示效果，而且铜片可循环使用，类似这样的例子很多，关键是靠化学工作者去摸索。有些产物不能利用，但也可以加以处理，以减少对环境的危害，例如CO还原Fe2O■或氧化铜，多余的一氧化碳，可用燃烧的办法加以处理；制氯气的尾气处理等，实验室废液处理及物质回收，从环保的角度出发，根据国家对废液排放标准，对废水、废气、废渣最高允许范围，必须适当加以处理，比如对含重金属离子的废液，含酸、碱、盐、有机废液等也可以加以回收利用，如在含有铜离子的废液中加入过量的铁粉，再在沉淀物中加入稀硫酸洗去多余的铁粉，即得铜粉，又如实验制得的硝基苯，为了提纯，用5%的氢氧化钠溶液洗涤后，用分液漏斗分离，再将它和氯化钙混合加热，最后蒸馏提纯回收。

　　3.化学实验采用小型化、微型化

　　大量的研究证明，在保证实验效果的前提下，大多数基础化学实验都可以在微型仪器或装置中进行，目前之所以提倡实验微型化，是由于微型实验具有如下的特点，仪器小巧，用药量小，成本低，污染少，操作方便，节约能源，安全可靠，易于推广，而且仪器微型化之后，仪器所占空间小，方便存放和携带，还可以适当的自制教学仪器，也不会影响功能和效果，开展微型实验，可适当让学生自己寻找代用品自制仪器，自己设计，找实验方法，提出问题并解决问题，从中训练他们的思维能力，想象能力和动手能力，培养学生的创新精神和创造能力，引进绿色实验理念，化学实验微型化是一个很好的途径。

　　4.计算机辅助绿色化学设计和模拟

　　在现代教育中，数字化、多媒体使用越来越普遍，计算机已广泛用于物质结构解析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。无疑在中学化学教育中，使用计算机模拟演示一些有毒、危害性大的实验，也是实验教学的有效方法，但不能代替学生实验。在利用计算机设计符合绿色化学原则的最佳反应路线、反应过程等，也是推动了绿色化学更快发展的有效途径之一。

　　南开大学著名教授王积涛先生认为：微型实验的设计是我国化学实验改革的大方向，绿色化学理念追求实现原子经济，清洁生产和零污染，立刻受到社会的化学界的积极支持和响应，目前已成为化学实验的一个新的研究方向和前沿。主要围绕化学反应，原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开的。