『壹』 綠色化學
什麼是綠色化學
一、什麼是綠色化學
綠色化學又稱環境無害化學，與其相對應的技術稱為綠色技術、環境友好技術。理想的綠色技術應採用具有一定轉化率的高選擇性化學反應來生產目的產品，不生成或很少生成副產品或廢物，實現或接近廢物的「零排放」過程。化學工藝過程中使用無毒無害原料、溶劑和催化劑。
綠色意識是人類追求自然完美的一種高級表現，它不把人看成大自然的主宰者，而是看作大自然中的普通一員，追求的是人對大自然的尊重以及人與自然的和諧關系。
綠色意識與環保不同，它們屬於兩個不同層次的概念。通常所說的「環保意識」帶有明顯的被動狀態，帶有比較強的功利目的。我們經常談到環境污染給人類帶來多少疾病和多大經濟損失等等，實際上還是把人放在與自然相對立的位置上，在這種思想指導下，人們可以去治理和解決一些急迫的污染問題，但對於眼下不對人產生危害而僅僅對自然界產生危害的問題，反應就不那麼積極了。只有在以綠色意識為核心談環保意識的時候，才會有正確持續的產物。
綠色意識的發展產物就是綠色科技，綠色科技的范圍比綠色化學廣得多。所謂綠色科技是指以綠色意識為指導研究與環境兼容、不破壞生態平衡、節約資源和能源的綠色科學和工程技術，它的目標在於研究可持續發展的源頭戰略問題。
由於當今世界主要的環境問題大部分直接與化學反應、化工生產過程及它們的產物有關，因此綠色化學便自然而然地成為綠色科技的重要組成部分。
由於以上觀點，綠色化學又可定義為以綠色意識為指導，研究和設計對環境負作用盡可能少，在技術和經濟上可行的化學和化工生產過程。
綠色化學的最大特點在於它是在始端就採用實現污染預防的科學手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。顯然，綠色化學技術不是去對終端或生產過程的污染進行控制或處理。所以綠色化學技術根本區別於「三廢處理」，後者是終端污染控制而不是始端污染的預防。
二、綠色化學主要研究問題
綠色化學研究的問題當然應該著眼於當前和發展未來並重，就目前來說，主要研究問題共有12個方面（又稱12項原則）。
（1）從源頭制止污染，而不是在末端治理污染。
（2）合成方法應具備「原子經濟性」原則，即盡量使參加反應過程的原子都進入最終產物。
（3）在合成方法中盡量不使用和不產生對人類健康和環境有毒有害的物質。
（4）設計具有高使用效益低環境毒性的化學產品。
（5）盡量不用溶劑等輔助物質，不得已使用時它們必須是無害的。
（6）生產過程應該在溫和的溫度和壓力下進行，而且能耗最低。
（7）盡量採用可再生的原料，特別是用生物質代替石油和煤等礦物原料。
（8）盡量減少副產品。
（9）使用高選擇性的催化劑。
（10）化學產品在使用完後能降解成無害的物質並且能進入自然生態循環。
（11）發展適時分析技術以便監控有害物質的形成。
（12）選擇參加化學過程的物質，盡量減少發生意外事故的風險。
三、綠色化學的任務
1、設計安全有效的目標分子
要從源頭上消除污染，我們必須首先保證我們所需要的物質分子——目標分子是完全有效的，因此，綠色化學的一大關鍵任務就是設計安全有效的目標分子。
設計安全化學品就是利用分子結構與性能的關系和分子控制方法，獲得最佳所需功能的分子，且分子的毒性最低。這可以從兩方面加以解決：第一，進行分子設計，設計新的安全有效的目標分子。第二，對已有的有效但不安全的分子進行重新設計，使這類分子保留其已有的功效，消除掉不安全的性質，得到改進過的安全有效的分子。
2、尋找安全有效的反應原料
目前化工生產中經常使用光氣、甲醛、氫氰酸、丙烯腈為原料，毒性較大。以光氣為例，它本身是一種軍用毒氣，但它又能與許多有機化合物發生反應，生產出許多種產品。在生產聚氨酯中不用光氣作原料是綠色化學產生以來的有名的例子。
在用量極大和用處極廣的泡沫塑料中，聚氨酯泡沫塑料占的比重最大。它還用於塗料、膠粘劑、合成纖維、合成橡膠。
生產聚氨酯的傳統工藝是以胺和光氣為原料合成異氰酸酯：
RNH2+COCl2-→RNCO+2HCl
再用RNCO與R′OH反應生成聚氨酯：
RNCO+R′OH-→RNHCO2R′
這一工藝不僅要使用劇毒的光氣為原料，而且產生有害的副產物氯化氫。
美國孟山都公司的新工藝用二氧化碳代替光氣，CO2與COCl2的不同在於CO2以氧原子代替了COCl2中的氯原子，但又保持了分子中含有CO的成分，所以CO2與胺反應，同樣可以生成異氰酸酯：
RNH2+CO2-→RNCO+H2O
進一步同樣可製得聚氨酯：
RNCO+R′OH-→RNHCO2R′
眾所周知，二氧化碳是無毒氣體，它對環境的害處是產生溫室效應，但在生產聚氨酯工藝中，CO2是被消耗的原料，不會產生溫室效應，而且還為地球上消耗減少CO2立了大功。同時，CO2中的CO被消耗以後，剩下的氧與氫結合成水，更是一種無污染的副產物。
因此，孟山都公司為聚氨酯設計的新工藝可謂巧妙之極，而設計的指導思想則是綠色化學。為此，1996年，美國政府給孟山都公司頒發了美國總統綠色化學挑戰獎。
比使用無毒無害原料更先進的方法是使用生物資源為原料。
在19世紀中葉，大多數工業有機化學品都來自植物提供的生物質，少數來自動物生物質。工業革命開始採用煤作為化工原料，在發明了從地下抽取石油的便宜方法後，石油就成了主要的化工原料，目前95%以上的有機化學品都是由石油加工而得到的。
石油和煤都是不可再生的資源，因此，從考慮人類長遠的利益出發，應該考慮用可再生的生物資源來代替不可再生的資源。
生物資源主要指生物質，它主要有兩類，即澱粉和木質纖維素。玉米、小麥、土豆等是澱粉類的代表。農業廢料（如玉料桿、麥苗桿等）、森林廢物和草類等是木質纖維素的代表。木質纖維素是地球上最豐富的生物質，每年以1640億噸的速度在全世界不斷再生，但至今人類只利用了其中的1.5%。
澱粉和木質纖維素都含有糖類聚合物，從中可提取出蔗糖和葡萄糖就可以作為化工原料，在酶的催化或細菌作用下生產我們需要的化學物質。已二酸生產工藝的改進可以看到利用生物質資源的前景。
已二酸是生產尼龍66的原料，也用作增塑劑和潤滑劑。已二酸的傳統生產工藝是：由苯加氫製得環已烷，環已烷氧化得環已酮和環已醇，再用硝酸將環已酮和環已醇氧化得到已二酸：這一傳統工藝的缺點是，所採用的起始原料苯是一種已知的致癌物，副產物中有氮的氧化物。
經過改進以後的已二酸綠色合成則用環已烯與過氧化氫直接發生氧化反應：這一過程不再使用苯，過氧化氫也是無毒的氧化劑，反應也不產生有毒副產物，這一反應很符合綠色化學要求，但美中不足的還要用化工產品環已烯為原料。
一個更安全清潔的已二酸生產途徑又被設計出來了，那就是利用生物質葡萄糖生產已二酸的綠色工藝：顯然，這一新工藝是最理想的。