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“原子經濟性”是綠色石油化工工藝的核心內容之一,所謂經濟性就是減少浪費,讓所有參與的物品都能達到最大的使用性,原子經濟性就是利用原料中參與反應物中的細小原子,在化學反應過程事能夠得以充分的利用,盡量!向空氣中少產生或不產生廢棄物,既能充分利用資源,又能防止污染。回收再利用、減少使用量、再生新能源或是不使用有害原材料是綠色石油化工工藝的另外一個核心內容,回收再利用就是將已有廢棄的產品經過化學工藝使之產生新的產品,減少使用量就是對于污染環境,給人類的生存健康的材料少用或盡量不用或是找新的材料來代替。這樣就會大大減少三廢排放;有效實現“省資源、少污染、減成本”的要求。
二、綠色石油化工工藝現存在的問題
1.危險性大綠色石油化工工藝術行業是一個存在潛在網險巨大的行業,它生產的任何產品都要經過化學反應來進行,稍有不慎就會造成巨大的經濟損失或人員傷亡事件,行業危險系數高,危險性大。
2.原料種類少,資源浪費嚴重綠色石油化工工藝行業主要原料就是石油和煤炭,而我國兩種原料的儲藏資源在日異減少,要想發展好綠色石油化工工藝行業,就必須保證和兩種有限資源的協調發展。目前,我國能源的使用率不高,單位能耗所創造的財富遠遠低于發達國家,我國創造每單位GDP的能耗比國際水平高出許多,是世界平均值的3至4倍,日本的11.5倍,美國的4.3倍,德國、法國的7.7倍。如果再按照高耗能、粗放式的方式擴大生產,全世界的能源也難以維系高速運行的中國經濟快車。
3“.三廢”排放多,對環境污染大汽車行業是石油化工行業最大的用戶,它每年向空氣中排放大量的CO2,全國一些大城市汽車尾氣對空氣的污染已達到50%以上,人生常期生活中這樣的環境里會感覺胸悶,嗓子干癢,頭暈等,嚴重威脅人類的健康。四、綠色石油化工工藝發展思路綠色科技內涵是要對環境污染進行合理控制,從根源上解決環境污染問題,傳統的石油化工工藝已對環境產生了污染,而綠色化工工藝體現為綠色生產、無廢物排放,這才是控制環境污染的最根本的方法。所以綠色化工工藝要向使用無毒害作用的反映材料與催化劑,追求原子經濟,減少“三廢”的排放目前標努力!第一要進一步開發研制“原子經濟”反應,它是綠色化學工藝首要研發的反應類型,不斷研制和改善反應中的催化劑,以實現反應中的各原子利用率最大化;第二,加強石油石化行業管理和內部控制,保證生關設施安全和人員安全,加強崗位責任制度建設,培養員工主人翁意識和責任感;第三選取環保的原材料,綠色石油化工工藝的一個要求就是杜絕使用毒害的原料,而是選擇化學物質充當原料,要想從根本上免除環境污染,可以利用能夠再生的自然材料例如:野生植物作為化學原料,以及一些農業廢物,如:秸稈、稻草等進行反應成為酸、醇等化學物質;第四,選擇綠色環保效果好的工藝,設計有利于環境的化學反應途徑,形成物質與能量的良性循環。
1.概念。綠色化學又稱環境友好化學或清潔化學,是指化學反應和過程以“原子經濟性”為基本原則,即在獲取新物質的化學反應中充分利用參與反應的每個原料原子,在始端就采用實現污染預防的科學手段,因而過程和終端均為零排放和零污染,是一門從源頭阻止污染的化學。
2.核心內容。原子經濟性是綠色化學的核心內容,這一概念最早是1991年美國Stanford大學的著名有機化學家Trost提出的,即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉化成了產物。理想的原子經濟反應是原料分子中的原子百分之百地轉變成產物,不產生副產物或廢物,實現廢物的“零排放”。他用原子利用率衡量反應的原子經濟性,認為高效的有機合成應最大限度地利用原料分子的每一個原子,使之結合到目標分子中。綠色化學的原子經濟性的反應有兩個顯著優點:一是最大限度地利用了原料;二是最大限度地減少了廢物的排放。
二、滲透“綠色化學”思想
我國古代就有“不涸澤而漁,不焚林而獵”的保護自然環境的思想。今天,我們保護環境不僅要保護環境不受污染,而且要繼承古代環境保護的思想,合理利用資源,以保證資源的永久利用。我們應該懂得保護環境就是保護我們自己。為了更好地保護環境,許多國家正在廣泛地宣傳環境保護思想,制定相應的法律法規。我國于1979年9月頒布了《中華人民共和國環境保護法(試行)》,并在1983年底召開的全國第二次環境保護大會上將保護環境確立為我國一項基本國策。
白色污染是當今社會的一大公害,而且越來越受到公眾和政府的關注。塑料作為人工合成的高分子材料,由于它有良好的成膜性、絕緣性、成型性、耐酸堿、耐腐蝕,外觀鮮艷,而且它具有極其低廉的價格,隨著石油化工的發展迅速成為人類不可缺少的一種材料。然而隨著塑料的大量使用,廢棄塑料難于降解,嚴重污染了人們所居住的環境,還有的塑料會引起人類新的疾病的產生。通過對城市垃圾焚燒場的煙塵分析發現以下幾種含氯有機物常同時存在,即:多氯二苯并-對二惡英(PCDD)、多氯二苯并呋喃(PCDF)、氯苯和氯代酚等。這些物質都是對人體非常有害的。如今,綠色蔬菜、綠色產品、綠色科技、綠色化學,還有現在所提倡的“綠色學校”,都成為最時髦的名詞。綠色話題成為人類最具共識的話題。這種綠色意識,是人類重新審視自然的表現。傳統觀念中把人類和自然放在對立的位置上,人類總是妄圖征服自然,操縱自然,為己所用,卻完全不顧及自己賴以生存的環境破壞。而綠色意識把人看成是自然界中的一員,追求的是人與自然的統一以及人對自然的尊重。只有培養人類真正意義上的“綠色意識”,才能實現對環境,對人類更友善的化學——綠色化學。
因此,人類在生產、生活中都應貫穿綠色化學的思想,在生活中對其廢棄物要妥善處理,決不能隨意傾倒,造成環境污染,有的還可以變廢為寶。如使用環保節能電池;使用太陽能熱水器;使用節能燈;不食保護的野生動、植物等。如不使用難降解的一次性飯盒,少使用與廢棄塑料袋,不亂扔廢舊電池等。關注重大的綠色化學研究成果。如環境友好的海洋生物防垢劑,新配方汽油,環境友好柴油等。使用具有綠色環保標志的產品如綠色電冰箱,無磷洗衣粉,太陽能熱水器等。當然我們要鼓勵大家多騎自行車,少用機動車。
三、設計“綠色新工藝”
我國在環境資源、容量方面,總量雖大但人均擁有量很小。經濟生產的特點是工業技術水平整體不高,能源和資源消耗及污染排放量高,鄉鎮企業比重還是很大,“三廢”基本沒有經過任何處理就四處排放,污染十分嚴重。以2006年甘肅徽縣鉛錠冶煉廠鉛中毒事件為例,涉及村民2000多人,其中373人為兒童。這些兒童中,90%以上血鉛超標,最高者血鉛含量超標數倍,被診斷為重度鉛中毒,被診斷為重度鉛中毒年齡最小的孩子,只有1歲2個月。而成人中血鉛超標也很普遍。依次來看,人們不僅不能走“先污染破壞,后治理恢復”的道路,也不能走“邊污染,邊治理”的道路,而應該采取我國政府制定的“全面規劃,合理布局,綜合利用,化害為利,依靠群眾,大家動手,保護環境,造福人民”的環境保護方針,還要在化工工藝上采取更為綠色的、環保的工藝過程。綠色化學不是被動地治理環境污染,而是主動的防止化學污染,從而在根本上切斷污染源,所以綠色化學是更高層次的環境友好化學。
1.設計環保工藝。開展環境分析方法和標準化的研究,建立高靈敏度、高選擇性、快速、自動化程度高的監測方法;開發新材料、新能源、用綠色化學工藝代替經典工藝;在制定污染物向環境排放量標準的同時與其他手段相結合,積極開展處理和利用廢物的技術研究,變廢為寶。三廢的處理過程不應產生新的污染,這樣才能實現減少或消除污染。更有實際意義的是綠色工藝的設計。如粉煤加壓氣化技術:該氣化技術在高溫高壓下以粉煤為原料,純氧作氧化劑生產合成氣,氣化爐采用擁有自主知識產權的多噴嘴對置式爐型。其工藝過程的特點是消耗低、煤種適應性廣,碳轉化率高,熱效率高,適宜大規模放大等,是一項綠色的潔凈煤利用技術。探索污染物的防治、轉化、處理及綜合利用的途徑,積極改革舊工藝,探尋無污染或低排放的“綠色”新工藝。
2.開發和生產綠色產品。綠色產品是指產品在使用過程中和使用后不會危害生態環境和人體健康,產品具有合格的使用功能及使用壽命,產品易于回收、利用和再生,報廢后易于處理,在環境條件下容易降解。如日常生活中適用的包裝材料,用后可以進行再利用,如用再生紙作購物袋,用再生塑料制造各種容積,不但可節約寶貴的資源,還可以減少固體廢棄物的排放。再如目前大量使用的聚苯乙烯發泡塑料快餐盒,使用后成為白色垃圾,在自然條件下,需數百年方能降解,對環境帶來嚴重的影響。為了加速它的自然降解,生產時可在其中加入光敏劑、化學助劑等,使其在使用后幾個月內即分解成無害物質。逐步推廣使用新配方汽油,減小由汽車尾氣中的一氧化碳以及烴類引發的臭氧和光化學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量要求已推動了汽油的有關煉油技術的發展。
四、綠色化學與環境治理
1.綠色化學的涵義
綠色化學,顧名思義,就是對環境無害的化學,也通常被稱為無公害化學.從環境保護的角度說,綠色化學可以定義為利用化學相關知識,減少或者消除對人體、環境有害的物質,達到化學無公害化.有關學者提出了原子利用率理論,本質含義就是盡量做到把每一個原子都充分利用,做到真正的百分百利用.隨著科技的發展,綠色化學成為了一門交叉學科,不僅涉及化學工藝學,而且還可能涉及機械、化工、電子、自控等多個學科門類.隨著世界各國積極倡導綠色化學,大力扶持相關產業,也使綠色化學成為一門朝陽產業.
2.綠色化學的核心內容
通過對上文中綠色化學的多角度定義可以得知,綠色化學的核心是綠色,綠色當然是一個替代詞.綠色化學的理念基礎就是我們通常所說的5R原則,所謂5R原則來源就是五個綠色化學關鍵詞的英文首字母,具體為減量(含義為盡量減少相關污染物的排放)、循環使用(對涉及的原材料循環使用,達到高利用率)、回收(對相應的污染物進行回收處理,做到不浪費一點資源)、再生(再生的含義就是盡量使用可以再生的資源,在原料的選擇上下功夫,以利于環境保護)、拒用(拒用的含義就是拒絕使用有害物質,積極研發替代品).通過對5R原則的介紹,我們知道,綠色化學的核心理念就是節約資源,保護環境.
二、化學教學中引入綠色化學的必要性
1.綠色化學與中學化學教育
化學教育是中學生必修的一門科學基礎課,也是我國實施科教興國戰略的重要組成部分,對于培養高素質人才至關重要.在中學階段,化學課程的主要任務就是普及化學知識,激發學生的興趣.中學階段的化學課程處于啟蒙階段,所以在學生啟蒙階段積極培養學生的綠色化學觀念十分重要,對于實現可持續發展也有一定的教育作用.
2.在中學化學中如何引入綠色化學
熟悉中學化學教材的人都知道,在教材的相關章節中提到了綠色化學的重要性,為了從感官上培養學生的綠色化學觀念.如在制備有毒氣體時,我們一般的常識是在通風櫥中進行,現在結合現有的實驗設備,為了提高反應效率,可以在完全密封的環境下進行反應,這樣既可以獲得較高的反應效率,又可以做到有毒氣體零排放,通過有毒氣體的制取實驗,也可以引入綠色化學概念,提高學生的綠色化學修養.
三、實驗教學中滲透綠色化學理念
1.培養學生綠色化學意識
查閱相關資料得知,我國中學生在綠色化學素養培養方面普遍較差,為了改變這一現狀,積極倡導綠色化學觀念,必須在化學教學與實驗中培養學生的綠色化學素養.我國化學教育現狀是重視學生的理論成績,不重視學生的綜合素質培養,特別是綠色化學理念的培養,在這種背景下,教師要承擔起綠色化學理念傳播者的重任,以身作則,在化學實驗中積極倡導并身體力行綠色化學理念,積極響應國家可持續發展號召,以5R原則為指導原則(5R原則即減量、循環、回收、再生、拒用)來培養學生的綠色化學理念.也可以作為實驗準則,解決教學實驗中容易出現的浪費和污染環境的系列問題,相關教學單位,可以考慮把5R原則作為實驗室守則予以公布,真正發揮5R原則的作用,切實讓學生知道綠色化學的重要性.
2.應用綠色化學原理,改進化學實驗設計
在5R原則的指導下,以綠色化學理念的培養為契機,積極應用綠色化學原理,改進中學化學實驗設計,真正做到綠色化學在理念上深入人心,在實際行動上做到實處,結合當今中學實驗室實際,本文詳細介紹如何利用綠色化學原理,對現在的中學化學實驗進行徹底改造,為了脈絡清晰,本文從以下幾個方面介紹:
(1)積極探索新方法
化學是一門奇妙的學科,方法多樣性是其主要特點,化學反應不是固定的,其反應效率和反應速度可能因為環境溫度、反應物濃度或者催化劑的不同而有天壤之別,有的反應自然反應極慢,但是加入相應催化劑后可以上百倍的增加反應速度,基于這個原理,我們在設計化學實驗時,一定多探索,積極開發新的催化劑,盡量使反應發生的快而徹底,減少廢棄物的產生,從源頭上踐行綠色化學理念.
(2)實驗的器具多樣性
隨著科技發展,化學器具更新很快,在這種背景下,我們要把綠色化學理念融入到化學儀器的設計生產中,結合中學化學實驗室實際,我們在進行相關實驗時,既可以利用常規儀器,也可以利用高科技的微型器具,也可以我們自制實驗器具,在實驗過程中要充分考慮綠色化學理念,積極探索適合綠色化學的新器具,比如,在濃硫酸與金屬銅反應制備硫酸銅的反應中,中學實驗室提供的常規儀器太大,容易造成浪費,在這種背景下,我們可以利用微型實驗儀器,這樣既滿足了實驗要求,又大大節省了反應原料,充分體現了綠色化學的相關理念,可以對學生達到良好的教育作用.
(3)實驗場地和環境多樣性
通過查閱相關資料得知,中學化學實驗一般不具有很大的危險性,所以有時候試驗場地不僅僅只局限于實驗室,比如在做pH測試實驗時,一般實驗室會提供多種酸或者堿性物質以備檢測,但是這樣會浪費大量的實驗原料,為了積極踐行綠色化學理念,教師可以把學生實驗室放在野外,學生采集相關標本,研磨成汁,再用相關試劑測試物質的酸堿性或者具體的pH,這樣既可以節省實驗材料,又可以給學生主動性.因為,實驗室的物質已經知道酸堿性,所以學生做的只是驗證實驗,而上述新方法,由于不知道所采集標本的酸堿性,所以這就成了探索性實驗,大大喚起了學生的積極性,也十分符合綠色化學的理念.
3.藥品利用綠色化
藥品利用綠色化也是綠色化學理念的重要方面,藥品利用綠色化就是在化學實驗時,要節約藥品,合理使用藥品,對于價格昂貴的藥品,還要積極探索替代品,以節約珍貴的資源,從藥品利用層面上踐行綠色化學理念.
四、化學教學中滲透綠色化學教育理念的行動研究
1.充分挖掘教材中的綠色化學資源
現在的中學化學教材都十分重視綠色化學理念,在課本中都隨處可見綠色化學理念,通過實際閱讀中學化學課本,教材中的綠色化學理念主要體現在以下幾點:
(1)節省資源作為主體.在中學化學課本中,以節約資源作為整本書的理念支撐,例如在氯堿工業中采取了循環操作,體現了綠色化學中節省資源能源的基本原理.
(2)在設計中學生化學實驗時,把綠色化學理念貫穿其中,在設計實驗結構圖時,尾氣處理必不可少.
農藥殘留超標是農產品安全面臨的重要問題之一。當前我國農藥生產和使用量位居世界第一,單位耕種面積化學農藥用量比世界平均用量高出2.5到5倍,每年遭受殘留農藥污染的作物面積高達10億畝。
重金屬污染則是面臨的另一個重要問題,當下污染態勢逐漸呈現出從工業向農業轉移,從城市向鄉村轉移,從空氣、水體向土壤轉移,從環境污染向食物鏈轉移,由緩慢蓄積的漸進式污染進入區域性污染爆發階段。同時,農業自身造成的重金屬污染也不容忽視,農藥和養殖飼料中添加的銅、鋅、砷,也為重金屬污染加了一把火。
目前中國受污染耕地的環評風險評估,以及食品安全預警方面的工作都亟待開展。初級農產品安全是食品安全的始發點,破解農殘和重金屬超標造成的農產品安全問題是生產出優質農產品的基礎,也是我國農產品在國際上有競爭力的重要保證。
筆者以為,首先要把環境保護作為農業補貼政策的核心內容,效仿歐盟對農產品價格支持補貼政策,建立以環境保護為核心的農業補貼政策體系,將農藥科學使用和重金屬污染的預防治理作為體系中的重要參數。
其次,對化學農藥要從低價管制變為高價管制,提高農民使用農藥的成本,降低購買和使用的欲望;對生產低毒高效農藥廠商依舊實行稅收減免和財政補貼,但高毒和限用農藥的廠商則去除補貼,大幅增稅,降低其生產意愿。
第三,強化推行綠色GDP的政績考核,阻斷地方官員盲目工業化趨向,從根本上緩解重金屬污染進一步惡化。
第四,重典治亂。臺灣的安全農業法,對農藥殘留超標的農產品銷售的處罰是3年以下有期徒刑,制造或輸入動物用禁藥以及禁用農藥者,均處1到7年有期徒刑,制造、加工、分裝、販賣或意圖販賣而陳列、儲藏禁用農藥者,均處6月以上5年以下有期徒刑。大陸也可以參照這種力度執行,算是一劑猛藥以求立竿見影。
最后,國家在進一步加大農產品安全生產補貼力度的同時,應當適當上移安全投資主體,確保農業安全補貼投資到位。可以考慮以中央政府或者農業部作為農業投資的直接主體,地方政府只負責執行,減少地方政府的經費劃撥拖延和耗損,提高農產品安全投資的效益。
實施綠色化學教育的任務應該是每個化學教師必須履行的義務和責任,目的是培養學生能自發產生防止環境污染的行為和意識,讓學生認識到只有切斷污染的根源,才能真正實現綠色化學。
我們在教學中必須把綠色化學的基本思想、原理、工藝和技術等知識分散并滲透到現有的課程中。
一、結合教學內容對學生進行綠色化學教育
在教學中,可把本地區環境污染的典型事例自然的、生動的滲透到化學教學中,讓學生親身體驗到污染給人們帶來的危害,培養學生對環境保護的責任感及實施綠色化學的重要性。如當地某旅游景點的雕塑,沒過幾年那嶄新而又栩栩如生的形象就失去了光彩甚至會面目全非,除少數人為破壞外,酸雨也是不可推卸責任的罪魁禍首。因此,在學習硫、氮及其化合物的性質時,可有意識的引導學生分析酸雨形成的原因、途徑、成分及其危害,啟發學生想象并設計出減少酸雨形成的方案及采取的具體措施并形成詳細的實驗報告。最后老師可以引導性的進行適當的總結。學生對SO2的危害性認識清楚了,必然使他們對SO2的結構、性質了解得更深入。另外,對某些物質的性質進行描述時,同時指出其危害性及解決辦法是非常必要的。讓學生充分認識物質的兩面性。
二、結合原子利用率進行綠色化學教育
綠色化學原理的核心內容之一就是反應的“原子經濟性”。它的目標是在設計化學合成時使原料分子中的原子更多或全部變成最終希望的產品中的原子,這樣才能保證盡量少地產生或不產生廢物。真正實現“零排放”。原子經濟性給我們指出了實現清潔生產的目標,同時也是評判一個化學反應是否為綠色的、環境友好的重要依據。所以,在教學中結合有關物質的性質,引導學生盡量通過多種途徑去設計合成路線,然后選出制備相同量的目標產物時,反應物用量、副產物、步驟都最少,污染又最小的合成路線,這是原子利用率最高的反應途徑。
三、結合環境因子進行綠色化學教育
評價綠色化工的依據是“環境因子”,它是近幾年受到關注的評價指標,它比原子利用率更便于評價某種工藝指標。環境因子可定義為,廢物的質量與產品質量的比值,其中廢物指產品以外的所有其他物質,而沒考慮是否可以分離后再利用。廢物越少其環境因子的值就越小,對環境保護越有利,在化學教學中,培養學生綠色化工的意識,是社會的呼喚,也是可持續發展的基本要求。所以,在教學中有意識的選擇與化工生產有聯系的教學內容,引導學生根據綠色化學的原則,設計出既經濟又可行的綠色合成途徑。如:實驗室制取氧氣,可以有以下幾條途徑:①2KMnO4 =K2MnO4+MnO2+O2②2H2O2=O2+2H2O③2KClO3=2KCl+3O2從環境因子來考慮,顯然方案②是最理想的制取方法。
四、結合實驗內容教學進行綠色化學教育
綠色化學使用化學藥品必須遵循以下原則,即:①拒用危害品;②減少用量;③循環使用;④回收再用;⑤再生利用。綠色化學實驗也應當體現這些原則。教科書上的很多化學實驗內容在操作過程中會造成大氣或水體污染,如氯氣的制取和性質實驗、硫及其化合物的性質實驗等等。我們在做實驗時,就要引導學生認真考慮這些實驗有沒有污染環境、是否可循環、可回收、可再生、如何防止污染。所以,在教學中除傳授知識和培養實驗技能外,還要著重引導對污染環境的化學實驗的裝置進行改革、創新,使其成為綠色化學實驗。
五、結合實驗操作過程和裝置的改進進行綠色化學教育
在實驗中,都存在著“廢氣、廢液、廢渣”的問題,這些實際問題的處理過程,是培養學生良好的環保習慣和體現綠色化學理念的難得的機會。在實驗操作過程中,不能隨意把廢液倒入下水道、把廢氣排入空氣中。要用相應的液體吸收有毒氣體;實驗完畢,酸堿性廢棄液要中和(如廢酸可用石灰水和碳酸鈉等中和)后,倒入指定點統一處理等等操作。這樣對實驗廢棄物進行無害化處理既可培養學生良好的實驗習慣,又使學生學到實際應用技術,還可節約資源、變廢為寶、化害為利。
中學化學一些有毒物質參加或生成的試驗。若將這類實驗進行改進,既可使操作更合理有效,又能控制排污量或避免污染環境,有利于培養學生的環保意識,體現綠色化學的理念
綠色化學教育是化學教育內容上的重大更新,已經得到世界各國政府、企業界和化學界的廣泛關注和重視;是實施可持續發展的重要組成部分。我們化學教育者應認識到綠色化學的重要性,積極參與有關的研討和教學實踐,教學中體現綠色教育的思想,綠色化學教育才能得到迅速的推廣和普及并取得良好的效果。
參考文獻
[1]謝志剛、宋仲容、王家平,化學教育,2006,8:25-27