唐星华张爱琴吴光辉许才利
( 南昌航空工业学院环境与化学工程系，南昌,330034)
摘要绿化学是一门从源头上阻止污染的化学。介绍了绿化学的一般概念及绿化学与 环境保护的关系，从化学反应条件的绿化、化学反应途径的绿化及产品绿化等方面，就绿化学对环境的友好性迚行了阐述，展望了绿化学在环境保护方面的发展前景。
关键词绿化学环境保护原子经济性
化学是一门古老而又蓬勃发展的学科，化工
产业是人类社会发展的支柱产业。传统的化学
在给人类带来新的物质的同时，也产生大量排放
物而造成严重的环境污染，人类正面临有史以来
最严重的环境危机，当代全球十大环境问题: :
大气污染；臭氧层破坏；全球变暖；海洋污染；淡
水资源紧张和污染；土地退化和沙漠化；森林锐
减；生物多样化减少；环境公害；有毒化学品和危
险废物。其中至少有7 项与化学或化工产品的
化学物质污染有关,“保护环境”,“可持续发
展”是人类生产活动中必须考虑的重大问题，在
这样一个大背景下，绿化学应运而生。
1. 绿化学是实现污染防止的重要工具
绿化学( Green Chemistry) 是近几年才开
始出现的，其主要的基本概念“原子经济性”( 原
子利用率) ，是1991 年由美国著名化学家Trost
指路器
在《Science》上提出的，而绿化学这一新领域是
在1995 年左右才开始形成的。绿化学又称为
环境无害化学( Evironmentally Bexign Chem2
istry) , 环境友好化学( Evironmentally Friendly
Chemistry) , 清洁化学( Clean Chemistry) , 它所
研究的中心问题是使化学反应，化学工艺及其产
物具有以下四个方面的特点:( 1) 采用无毒、无
害的原料;( 2) 在无毒无害的反应条件( 溶剂、催
化剂等) 下迚行; ( 3) 使反应具有极高的选择性,
极少的副产物，甚至达到“原子经济的程度”—即
100 %的选择性及废物零排放;( 4) 产品应是对环
境无害的。
绿化学是根据预防污染思想发展起来的,
绿化学的目标是用化学的技术和手段去减少
或消灭那些对人类健康有害的原料、产物、副产
物、溶剂或试剂等的产生或应用。绿化学工艺
与一般的控制污染的技术有本质的区别，是一个
彻底的阻止污染的化学。迄今为止，化学工业的
绝大多数工艺都是20 多年前开发的，当时的工
业费用主要包括原材料，能耗和劳动力的费用,
近年来，由于化学工业向大气、水、土壤等排放大
量的有毒、有害的物质，所以需要大力研究从源
头上减少和消除污染的绿化学。1990 年美国
颁布了污染防止法案，将污染防止确立为美国的
国策。所谓污染防止就是使得污染不再产生，不
再有废物处理的问题。绿化学是实现污染防
止的基本和重要工具。
2. 绿化学的环境友好性
绿化学的主要内容包括采用高选择性的
化学反应以减少废物的产生，最好采用“原子经
济反应”，不产生废物，实现“零排放”，采用无毒、
无害原料和催化剂、溶剂；生产有利于环境保护、
社区安全和人健康的环境友好产品。与传统化
学的根本区别在于绿化学是环境友好化学，在
反应的整个过程中体现绿化。
2. 1 反应溶剂的绿化
大量的化学品制造相关的污染问题不仅来
源于原料与产品，而且源自其制造过程中使用
的物质，最常见的是反应介质、分离和配方中所
用的溶剂，当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化
2002 年第2 期综述与专论江西化工·7 ·© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
合物, 其在使用过程中有的会引起臭氧层的破
坏，有的会引起水源污染，采用无毒无害的溶剂
代替挥发性有机化合物作溶剂，已成为绿化学
的重要研究方向。开发超临界流体( SF) , 特别
是超临界事氧化碳作溶剂，就是一个很好的途
径。当事氧化碳被压缩成液体，或超过其临界点
( Tc = 304. 2K, Pc = 739Mpa ,ρc = 0. 468g/ ml) 成
为超临界流体时，它具有许多优良性能：无毒、不
可燃、价廉，而且可以使许多反应的速度加快和
( 或) 选择性增加，因此可以成为优秀的绿化学
溶剂。1978 年, K。Zosel 成功地用CO2 超临界
流体( SF —CO2) 从咖啡豆中提取出，并使
之工业化，其后, SFE( SF - Extraction) 作为一种
新型的分离技术，受到世人的瞩目，特别是利用
SEF 技术从天然动植物体内提取某些有价值的
化学吕，如β—胡萝卜素、纤维素、甘油酯、生物
碱、香精以及鱼油中DHA( 事十四碳六烯酸, 俗
称“脑黄金”) 等；因为SF —CO2 表现出良好的溶
解和分散能力，因此在高分子材料合成中可替代
传统的有机溶剂( 如苯、甲苯等) ；用SF —CO2 作
反应介质，还可以将相转移催化剂溶于其中，这
类反应通常需要的溶剂较昂贵，对环境的危害也
大，且不易从产物中分离, 但当该体系以SF —CO2 为溶剂时, 上述问题就可以得到很好的解决；此外，采用超临界的事氧化碳代替有机溶剂
作为油漆、涂料的喷雾剂和泡沫塑料的发泡剂也已取得较大的迚展，有的已经在工业上应用。
总之，超临界流体技术虽然兴起仅20 余年,
但其应用领域与前景是非常广阔的，尤其是它在化学化工过程中能替代许多传统的有毒、有害、易燃、易挥发的有机溶剂，为绿化学提供了全新的溶剂体系，也保护了环境。
2. 2 反应催化剂绿化
在现代化工生产中，绝大多数化学反应都
稳定同位素必须有催化剂的参与，因此，必须使催化剂绿化，传统的催化剂应迚行以下几个方面的改迚: ( 1) 催化反应选择性迚一步提高，其目标是达到“原子经济性”; ( 2) 既要与反应体系有良好的相溶性，又容易从反应体系中分离出来，以实现催
化剂的循环使用; ( 3) 催化剂本身对设备无腐蚀性，不对环境产生污染。目前，围绕催化剂的绿
化展开的研究中仿酶催化剂、固体酸催化剂等是值得注意的。
酶催化反应具有高效性、专一性及条件温
和的特点，是较理想的绿催化剂，但天然酶来
源有限、难以纯制，对环境敏感、易变性失活，开发与酶具有相似功能甚至更优越的人工酶已成为绿化学研究的重要课题之一,a - - 胰凝乳
蛋白酶是一种蛋白质水解酶,M. L. BENDER等
人用模拟a - - 胰凝乳蛋白酶设计合成的β—Eenzyme ，催化乙酸间丁基苯脂的水解反应，比
天然酶更快，谢有刚〔3〕等人在仿酶催化领域迚行了一系列的研究，如用事( 多) 胺环糊精成功地摸拟天然缩酶催化CH3COCH3 与硝基苯甲醛的缩合，所得β—醇酮的产率高达90 %以上；用
咪唑环番仿生体系模拟硫胺素酶，取代传统的剧毒物氰化纳作催化剂，催化苯甲醛缩合生成苯偶姻等等。
酸催化反应是化学工业中重要的生产工艺,
目前普遍使用的、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂, 它们的共同特点是, 对设备的腐蚀
严重，对人体危害和生产废渣，污染环境，而固体
酸催化剂如分子筛、杂多酸、固体超强酸则可以最大限度减少环境的污染。
2. 3 化工原料的绿化
150 年前，大多数工业有机化学物品都是来
自植物提供的生物质( Biomass) ，少数来自动物
房屋公园物质。后来煤被用作化学原料。20 世纪40 年
代以后，石油又逐渐成为主要的化学原料。今天
95 %以上的有机化学品来自石油，随着人类逐渐
认识到煤和石油化学工业对环境的负面影响，科
学家已经开始考虑如何重新利用生物质代替煤
和石油来生产人类所需要的化学物质。
利用生物质代替广泛使用的石油, 是保护
环境的一个长进发展方向,1996 年美国“总统绿
化学挑战奖”的学术奖授予M。Holtzapple 教
授，就是由于其开发了一套用石灰处理和细菌发
酵技术，把废生物质转化为动物饲料、工业化学
品和燃料。
生物质主要是由淀粉及纤维素组成，前者易
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于转化为葡萄糖，而后者则由于结晶及与木质共
生等原因，通过纤维酶转化为葡萄糖，难度较大。
Draths〔4〕等报导以葡萄糖为原料，通过酶反应可
制得已事酸、邻苯事酚等，尤其是不需要从传统
的开始来制造作为尼龙原料的已事酸取得了显
著迚展。由于苯是已知的致癌物质，以经济和技
术上可行的方式，从合成大量的有机原料中去除
苯是具有竞争力的绿化学目标。
另外, Gross首创了利用生物质或农业废物
如多糖类制造新型聚合物的工作。由于其同时
解决了多个环保问题，因此，引起了人们的特别
兴趣，其优越性在于聚合物原料单体实现了无害
化；生物催化转化方法优于常规的聚合方法,
Gross 的聚合物还具有生物降解功能。
2. 4 产品绿化
产品绿化或称环境友好产品,1996 年，美
国“总统绿化学挑战奖”中更安全化学品奖被
授予者就是由于其开发一种环境友好的海洋生
物防垢剂，小企业奖获得者是因其开发了高效工
艺以生产热聚天冬氨酸，它是一种代替丙烯酸的
可生物降解产品。
3. 展望
绿应成为今后化学的特征之一，国际上一
些发达国家非常重视绿化学，是由于人们对环
境保护、社区安全、人身保健的要求日益严格。
驱动轴
化学逐渐由污染演化成环境友好，人类的需求支
配着化学的发展轨迹；同样，人类的绿需求也
必将使化学朝着绿的方向发展。绿化学与
绿技术的研究已成为国外企业，政治和学术界
的重要研究与开发方向。这对我国既是严峻的
挑战，也是难得的发展机遇。21 世纪化学面临
的挑战是：一方面要继续为人类的衣、食、住、行
和医疗保健等亊业做出卓越的贡献, 同时, 又
要不生产对人类健康和环境有害的产品。所
以，现在迫切的仸务是探索绿化学的新概念
和实现绿的途径，只有零排放和可接受的原料
等概念成为化学家工作的指导思想的时候，未来
的以化学为基础的工业才可能绿化。
参考文献
不要告诉妈妈
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科技大学第一届国际绿化学高级研讨班论文
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Green Chemistry and Environmental Protection
Tang Singhua Zhang Aiqin Wu Guanghui Xu Zaili
(dept . of environment and chemistry engeering ,nanchang
institute of aerontical technolong ,nanchang)
Abstract :Green chemistry is a kind of chemistry that tries to prevent the pollution at the beginning. T
he general con2 cept of green chemistry and the relations between green chemistry and environmental protection was expounded from the aspects of the greenization of chemistry products. The propect of green chemistry was also imagined in this paper. Keywords :green chemistry environmental atom economy
2002 年第2 期综述与专论江西化工·9 ·生产队
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