精细化工论文_精细化工毕业论文

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绿色精细化工原料的最新发展

摘要:绿色化学的目标是从源头上防止污染,最大限度地从资源合理利用、环境保护及生态平衡等方面满足人类的可持续发展要求。为此,本文介绍了绿色精细化工原料的研制及绿色工艺的开发和进展,对减少人类环境污染具有极其重要的意义。

关键词:绿色精细化工;污染;环境;生态平衡;绿色工艺

前言

绿色化学是20世纪90年代兴起的研究领域,其背景是传统的化学与化工正面临着人类可持续发展要求的严重挑战。绿色化学的目标是从源头上防止污染、最大限度地从资源合理利用、环境保护及生态平衡等方面满足人类的可持续发展要求。精细化工作为现代化学工业的重要组成部分,正面临过程复杂和环境保护的严峻挑战。要高效、理性地推进精细化工的发展,就要从可持续发展的高度重新审视传统的化学研究和化工过程,努力实现精细化工原料、精细化工生产工艺和精细化工产品的绿色化,最终使精细化工发展成为绿色生态工业。

1探寻绿色原料

1.1绿色材料己二酸的发现

实现精细化工原料的绿色化,应该尽可能选用无毒、无害的化工原料,进行精细化工产品的合成。以碳酸二甲酯替代硫酸二甲酯进行甲基化有机合成、以二氧化碳代替光气合成异氰酸酯、苄氯羰基化合成苯乙酸等都是典型的实例。利用取之不尽、用之不竭的可再生植物资源生产大宗石化产品,是实现可持续发展的长远战略目标,也是绿色化学的重要科研方向。将廉价的生物科学进展转化为精细化工化学品,将是绿色精细化工的重要研究方向之一,目前在这方面已经有了可喜的进展。己二酸是一种重要的精细化工中间体,目前工业生产己二酸是以苯为原料进行合成,现已开发出以纤维素和淀粉水解制得的葡萄糖为原料,在温和条件下催化加氢合成己二酸的路线。一种绿色的己二酸生产工艺正在开发中,由D-葡萄糖生物催化生成的己二烯二酸可在固定在中孔二氧化硅中的双金属催化剂作用下转化成己二酸。1.2双金属纳米催化剂

英国皇家研究院和剑桥大学共同对用于反,反-己二烯二酸加氢制己二酸的四种固定在二氧化硅中的双金属纳米颗粒催化剂以及两种工业用单金属催化剂进行了研究,发现Ru10Pt2的选择性最高。双金属纳米催化剂具有高表面积和热稳定性,这项研究预示着双金属催化剂将广泛用于生物路线加氢制化学品反应中。聚乳酸具有良好的生物降解性,安全无毒,大量用作食品包装材料、生物医学材料和农用化学品等,其常规生产方法成本高、聚合工艺复杂。

2绿色工艺的开发

精细化工生产工艺的绿色化,是要利用全新的化工技术,开发高效、高选择性的原子经济性反应和绿色合成工艺,从源头上减少或消除有害废物的产生,最终实现废物的零排放。湖南大学和中石化巴陵分公司联合研发了环己烷仿生催化氧化制备环己酮技术,并在巴陵石化公司4.5万t·a-1环己酮装置上工业试验取得成功。此举标志着环己烷仿生氧化催化在世界上首次实现工业化。2.1仿生催化技术

仿生催化是模拟生命过程的酶催化反应,把生命体内的化学变化通过一定工艺转移到实验室或工业生产上,因其具有条件温和、环境友好、催化剂效率高、反应可调控、产物选择性强等诸多特点,被称为是对传统化学氧化工业的一次革命。与现有引进技术相比,具有明显优势:单程转化率提高了2倍,大幅度降低了环己烷循环量,减少能耗,降低生产成本;选择性高,环己醇、环己酮和过氧化物的选择性可达90%以下,其中醇、酮占75%以上。这样氧化物只需少量碱分解、中和,大大降低了废碱液的产生和污染物的排放。2.2离子液体的研究

离子液体是完全由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质,与其他固体或液体材料相比,离子液体往往展现出独特的物理化学性质及特有的功能,是一类值得研究发展的新型的“软”功能材料或介质。现有的异氰酸酯生产工艺均需用剧毒的光气为原料,这一方法普遍存在设备严重腐蚀、光气泄露、导致污染环境与人员死亡等事故。因此,非光气制异氰酸酯化学品清洁生产技术的研究开发,是世界各国化学科学机构与化工企业关注的热点。2.3甘氨酸原料的研究

甘氨酸又名氨基乙酸,是一种重要的精细化工中间体,广泛应用于农药、医药、食品、化肥、饲料等行业。老工艺生产甘氨酸存在原料成本高、“三废”污染严重、收率低等问题。清华紫光和涿州新兴化工公司共同研发的甘氨酸清浩生产工艺————羟基乙腈法,是对传统工艺的一次突破,新工艺在产品品质、收率及成本方面均具有显著优势,工艺技术居国内外领先水平。

3酶催化反应技术

酶催化反应在过去的十几年间得到飞速的发展,并成为现代有机合成方法的1种强有力的补充手段。据估计,1996年以来关于不对称合成的论文中,应用生物催化方法的论文比例达到15%左右,且仍呈上升趋势。生物催化具有极其重要的应用前景,如可合成和制备许多光学纯的医药、农药中间体和其他复杂功能化合物。生物催化反应条件非常温和,产物纯净,是1种本质上环境友好的绿色化学过程,不仅可以带来显著的经济效益,而且对绿色化工具有重要的战略意义。

4采用耦合技术

耦合技术有利于节省资源、能源,减少污染,甚至提高生产效率。在不影响反应和分离效率的前提下,不同的反应或反应和分离过程最好选用同种溶剂和助剂,也可将反应和分离过程进行有效的耦合。在美国“总统绿色化学挑战奖”中有4项是有关耦合技术的研究成果。舍曲林是抗抑郁症药物Zoloft○R中的一种活性组分。Pfizer公司开发的舍曲林生产新工艺在反应和分离过程中均选用环境友好的乙醇作溶剂,省去了原来需要应用的甲苯、四氢呋喃等溶剂。由于亚胺化合物在乙醇中的溶解度很小,很容易沉淀出来,不再需要应用TiCl4脱水,也无需中间体分离,而且顺式异构体的选择性显著提高。

5采用膜技术

膜分离技术具有成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质的优点。膜催化反应可以“超平衡”地进行,提高反应的选择性和原料的转化率,节约资源,减少污染。因此,膜技术将在绿色化学中发挥重要作用。Argonne开发了一种以碳水化合物为原料合成高纯度乳酸酯的新方法(1998年绿色反应条件奖)。该方法采用膜分离技术实现了铵离子和水与乙醇等醇类的选择性分离,因而和以前的方法相比,减少了大量的含盐废水。该方法具有能耗低、效率高、选择性好、污染小等特点。

6可再生资源的利用

目前所使用的有机化合物90%以上来自石油化工,它们属于不可再生资源,正日趋枯竭。要发展可持续化学工业,就必须寻找替代原料,并成功地完成向替代资源过渡。

7对绿色精细化工的展望

新的时代条件下，我们要用一些高新技术改造传统化工，使原有的化工产品纯度提高、分离更彻底、三废排放更少、环境污染更小，使原有的生产技术和产品结构更加完善。目前已发展或正在开发的新技术包括新的合成技术、分离技术、催化技术等。合成新技术有声化学合成、一锅合成法、微波电介质热效应合成、电化学合成、等离子体化学合成、力化学固相合成、冲击波化学合成、手性合成、利用太阳能进行化学合成、超临界状态下化学合成、室温和低热温度下固相化学合成及光化学合成等，备受瞩目的是生物化工合成法如发酵工程、酶工程、基因工程和绿色化学合成法的清洁化生产。

结语

当前精细合成化学中常用的溶剂多是挥发性有机化合物,对人类健康和生态环境有较大的危害,因此,开发和利用环境友好的反应介质也是实现精细化工工艺绿色化的关键。除了超临界流体、离子液体,以及一些无溶剂的固态反应外,水作为环境友好的反应介质也逐渐成为化学家关注的热点。近10年来的研究表明,许多合成反应可在水中进行,这些反应在精细化学品领域都有重要的应用。

参考文献

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