论文部分内容阅读
【摘 要】本文简述了绿色化工和精细化工的特点,对绿色化工技术如微化工技术、绿色催化技术、绿色分离技术、生物技术、绿色精细化工合成技术等在精细化工行业中的应用进行了总结研究。
【关键词】绿色化工;精细化工;微化工;催化;分离;生物技术;合成
近年来,由于国内制造业的快速发展,环境排污容量越来越小,提及多年的众多绿色环保化工技术越来越成熟,实现工业生产“零”排放指日可待。
1. 绿色化工的的特点概述
绿色化工技术是利用现代科学技术的原理和方法,减少或消灭对人类健康、社会安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、助剂、产物等的使用和产生,突出从源头上根除污染,研究环境友好的新原料、新反应、新过程和新产品,实现化学工业与生态协调发展的宗旨的新型化工技术,其主要特点有:
(1)“零”排放无污染
利用绿色化工技术实现的精细化工装置在获取新物质的转化过程中,充分利用每一个原子,实现“零”排放。
(2)资源充分利用,遵循可持续发展
在生产过程中不仅要考虑是否对人类健康和生态环境是否有效利用,绿色化工不仅要考虑是否产生对人类健康和生态环境有害的污染物,还要考虑到原料资源是否有效利用,是否可再生,最重要的是是否遵循可持续发展科学的原理和规律。
(3)采用无毒、无害的原料
绿色化工技术的目的在于从人类健康和生态环境出发,不仅不产生有毒有害的污染物,也不使用有毒有害的原材料,使整个生产过程都不会接触使用有毒有害介质,从本质上根除了生产过程中危险介质对作业人员的安全威胁。
(4)绿色新型生产技术的应用
为了实现“零排放”和使用无毒、无害原材料,实现可持续发展,就必须使用绿色新型生产技术,比如近年来的膜分离技术、超临界流体技术、新型生物发酵技术、无毒、无害可再生的催化剂技术等。
2.精细化工的特点
精细化工是生产精细化学品的工业,是现代化学工业的重要组成部分,是发展高新技术的重要基础,也是衡量一个国家的科学技术发展水平和综合实力的重要标志。精细化工具有如下几个特点:
(1)装置规模小
相对于石油化工或化肥装置来讲,精细化工装置要小很多,在万吨以上级别的相对比较少,但随着国内市场的发展以及近年来工艺技术的进步,部分精细化工产品的规模越来越大。
(2)品种多
随着人类社会的发展和科学技术的进步,精细化工产品的应用领域不断扩大,除了通用型精细化工产品以外,专用品种和定制品种越来越多,往往是同一类型的产品,可以有多种规格型号,而且新品种、新型号不断涌现,因此品种多是精细化工的重要特征。
(3)生产装置具有多功能和综合生产能力
精细化工产品都具有一定的应用范围,功能性强,尤其是专用化学品和定制化学品,但是大多数的某一系列的精细化工产品的生产过程都相差无几,因此就可以建设多功能的生产装置,利用现代的精细化工技术,生产多样化、多品种、多配方、多剂型的精细化工产品。这样既节约投资,又能生产处适合市场需求的化工产品。
(4)技术密集度高
精细化工产品要求较快的迎合市场的需求,因此其开发周期短,但由于现代工业技术要求越来越高,开发周期有越来越长的趋势,成本也越来越高。由于技术开发难度增大,因此技术垄断性也越来越强。就技术密集度而言,以机械工业技术密集度指数为100,则精细化工中的医药可达到340,而且有上升的趋势。从而导致行业利润率较高,比较容易推行绿色化工技术,同时也是绿色化工技术的发展的前沿。
因此,绿色化工技术在精细化工行业中的应用尤为重要,越来越为政府部门和从业者们所重视,并在政府部门的大力鼓励和推行下,绿色化工技术也越来越多的应用与精细化工行业。
3.绿色化工技术及应用浅析
(1)微化工技术
微化工技术包括微型单元操作设备(微换热器、微分离器、微混合器、微反应器等)、微型传感技术(速度、压力、流量、温度、酸碱度和化学组成等的控制)、微执行器(微阀、微泵和微电机)以及利用微型构造设备进行化学化工研究和生产的微化学工艺体系,其中,微混合、微反应、微传热技术是微化工技术的核心。微化工设备的处理量較小,在化工生产领域,它最适合的行业是精细化工和制药工业。特别适合于反应条件苛刻和危险性较大的精细有机合成反应。
(2)绿色催化技术
近年来绿色催化剂的研究取得了很大进展,诸如仿酶催化剂、固体酸碱催化剂、纳米催化剂、不对称合成反应催化剂、两相催化体系等的应用极大地推动了有机合成工业。如现在人们正在采用各种先进手段合成不同类型人工仿酶型高效催化剂来代替传统催化剂,使反应的选择性和速度大大提高,反应条件变得温和,对环境的污染大大减轻,使生产向绿色化转化。常用的仿酶催化剂有环糊精仿酶、咪唑环番仿酶、金属钛菁仿酶、金属卟啉仿酶等。而新近的生物印迹和分子印迹的发展为人工酶的发展开辟了新的研究方向,与酶的动力学联系之后,有望创造出效率更高的人工酶。因此,未来反应过程节能要依靠绿色催化技术的进步。
(3)绿色分离技术
精细化工装置和其他化工装置一样,分离技术应用十分普遍,且具有多样性。但像超临界流体萃取、膜分离、树脂吸附、分子筛吸附、微波萃取等分离技术是发展迅速的几种主要的绿色分离技术。他们多具有能耗低、污染小、效率高、操作简单等特点。因此在医药、农药、香料、添加剂、表面活性剂、化妆品等行业都广泛应用。
(4)生物化工技术
生物化工技术在工业上的应用主要在制备基础化工原料如乙醇、丙酮、丁醇等。制取生物农药如杀虫剂苏云金杆菌,农用抗生素如春日霉素。另外还可以使用微生物例如细胞,或细胞成分例如酶,以产生在精细化工产品,例如化学品助剂,食品和饲料,洗涤剂,纸和纸浆,纺织品和生物燃料等。。
(5)绿色精细化工合成技术。
二次世界大战过后尤其是近30年来,因计算机模拟技术和信息技术的快速发展,科学研究成果和先进技术的共享,进一步加快了绿色精细化工合成技术的加速进步。随着人们环保意识的增强和可持续发展战略的实施,对有机合成提出了更高的要求。绿色精细化工合成技术不对称催化合成技术在手性药物、部分医药、农药、香料等行业都提供了绿色高效的合成方法。有机电化学合成技术取代了一些高温、高压、高污染的传统化学合成技术,如电氧化、电还原、电取代、电聚合、电裂解、电环化、电耦合等,另外有机电化学合成技术的综合应用,将在如汽车工业、电子电器、计算机和信息产业带来巨大的贡献。有机光化学合成在合成化学中,特别是在合成路线复杂、产品经济价值高的天然产物、药物、香料等精细有机合成中具有特别重要的意义。有机光化学合成还能应用于合成具有特殊结构和特殊性能的合成中间体、精细化工产品和有机功能材料。
4.结语
绿色化工技术因其安全、环保、节能、可持续、资源利用合理越来越受到从业者的认同和重视,随着我国“科学发展”的国家战略的不断深入,绿色化工技术必将给人类及世界带来更丰厚的回报。
参考文献:
[1] 程博. 绿色化工技术的研究进展[J]. 科学中国人. 2014(18).
[2] 沈亮明. 绿色化工技术的最新发展与应用[J].化工管理. 2013(18) .
[3] 魏国峰,王硕. 绿色分离技术及其在惊喜化工中的应用[J]. 现代化工. 2006(10) .
[4] 赵云雨,蔡芳. 绿色精细化工可持续发展的关键技术[J]. 牡丹江大学学报. 2010(5).
[5] 李和平,葛虹主编. 精细化工工艺学[M]. 北京:科学出版社,1997.
【关键词】绿色化工;精细化工;微化工;催化;分离;生物技术;合成
近年来,由于国内制造业的快速发展,环境排污容量越来越小,提及多年的众多绿色环保化工技术越来越成熟,实现工业生产“零”排放指日可待。
1. 绿色化工的的特点概述
绿色化工技术是利用现代科学技术的原理和方法,减少或消灭对人类健康、社会安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、助剂、产物等的使用和产生,突出从源头上根除污染,研究环境友好的新原料、新反应、新过程和新产品,实现化学工业与生态协调发展的宗旨的新型化工技术,其主要特点有:
(1)“零”排放无污染
利用绿色化工技术实现的精细化工装置在获取新物质的转化过程中,充分利用每一个原子,实现“零”排放。
(2)资源充分利用,遵循可持续发展
在生产过程中不仅要考虑是否对人类健康和生态环境是否有效利用,绿色化工不仅要考虑是否产生对人类健康和生态环境有害的污染物,还要考虑到原料资源是否有效利用,是否可再生,最重要的是是否遵循可持续发展科学的原理和规律。
(3)采用无毒、无害的原料
绿色化工技术的目的在于从人类健康和生态环境出发,不仅不产生有毒有害的污染物,也不使用有毒有害的原材料,使整个生产过程都不会接触使用有毒有害介质,从本质上根除了生产过程中危险介质对作业人员的安全威胁。
(4)绿色新型生产技术的应用
为了实现“零排放”和使用无毒、无害原材料,实现可持续发展,就必须使用绿色新型生产技术,比如近年来的膜分离技术、超临界流体技术、新型生物发酵技术、无毒、无害可再生的催化剂技术等。
2.精细化工的特点
精细化工是生产精细化学品的工业,是现代化学工业的重要组成部分,是发展高新技术的重要基础,也是衡量一个国家的科学技术发展水平和综合实力的重要标志。精细化工具有如下几个特点:
(1)装置规模小
相对于石油化工或化肥装置来讲,精细化工装置要小很多,在万吨以上级别的相对比较少,但随着国内市场的发展以及近年来工艺技术的进步,部分精细化工产品的规模越来越大。
(2)品种多
随着人类社会的发展和科学技术的进步,精细化工产品的应用领域不断扩大,除了通用型精细化工产品以外,专用品种和定制品种越来越多,往往是同一类型的产品,可以有多种规格型号,而且新品种、新型号不断涌现,因此品种多是精细化工的重要特征。
(3)生产装置具有多功能和综合生产能力
精细化工产品都具有一定的应用范围,功能性强,尤其是专用化学品和定制化学品,但是大多数的某一系列的精细化工产品的生产过程都相差无几,因此就可以建设多功能的生产装置,利用现代的精细化工技术,生产多样化、多品种、多配方、多剂型的精细化工产品。这样既节约投资,又能生产处适合市场需求的化工产品。
(4)技术密集度高
精细化工产品要求较快的迎合市场的需求,因此其开发周期短,但由于现代工业技术要求越来越高,开发周期有越来越长的趋势,成本也越来越高。由于技术开发难度增大,因此技术垄断性也越来越强。就技术密集度而言,以机械工业技术密集度指数为100,则精细化工中的医药可达到340,而且有上升的趋势。从而导致行业利润率较高,比较容易推行绿色化工技术,同时也是绿色化工技术的发展的前沿。
因此,绿色化工技术在精细化工行业中的应用尤为重要,越来越为政府部门和从业者们所重视,并在政府部门的大力鼓励和推行下,绿色化工技术也越来越多的应用与精细化工行业。
3.绿色化工技术及应用浅析
(1)微化工技术
微化工技术包括微型单元操作设备(微换热器、微分离器、微混合器、微反应器等)、微型传感技术(速度、压力、流量、温度、酸碱度和化学组成等的控制)、微执行器(微阀、微泵和微电机)以及利用微型构造设备进行化学化工研究和生产的微化学工艺体系,其中,微混合、微反应、微传热技术是微化工技术的核心。微化工设备的处理量較小,在化工生产领域,它最适合的行业是精细化工和制药工业。特别适合于反应条件苛刻和危险性较大的精细有机合成反应。
(2)绿色催化技术
近年来绿色催化剂的研究取得了很大进展,诸如仿酶催化剂、固体酸碱催化剂、纳米催化剂、不对称合成反应催化剂、两相催化体系等的应用极大地推动了有机合成工业。如现在人们正在采用各种先进手段合成不同类型人工仿酶型高效催化剂来代替传统催化剂,使反应的选择性和速度大大提高,反应条件变得温和,对环境的污染大大减轻,使生产向绿色化转化。常用的仿酶催化剂有环糊精仿酶、咪唑环番仿酶、金属钛菁仿酶、金属卟啉仿酶等。而新近的生物印迹和分子印迹的发展为人工酶的发展开辟了新的研究方向,与酶的动力学联系之后,有望创造出效率更高的人工酶。因此,未来反应过程节能要依靠绿色催化技术的进步。
(3)绿色分离技术
精细化工装置和其他化工装置一样,分离技术应用十分普遍,且具有多样性。但像超临界流体萃取、膜分离、树脂吸附、分子筛吸附、微波萃取等分离技术是发展迅速的几种主要的绿色分离技术。他们多具有能耗低、污染小、效率高、操作简单等特点。因此在医药、农药、香料、添加剂、表面活性剂、化妆品等行业都广泛应用。
(4)生物化工技术
生物化工技术在工业上的应用主要在制备基础化工原料如乙醇、丙酮、丁醇等。制取生物农药如杀虫剂苏云金杆菌,农用抗生素如春日霉素。另外还可以使用微生物例如细胞,或细胞成分例如酶,以产生在精细化工产品,例如化学品助剂,食品和饲料,洗涤剂,纸和纸浆,纺织品和生物燃料等。。
(5)绿色精细化工合成技术。
二次世界大战过后尤其是近30年来,因计算机模拟技术和信息技术的快速发展,科学研究成果和先进技术的共享,进一步加快了绿色精细化工合成技术的加速进步。随着人们环保意识的增强和可持续发展战略的实施,对有机合成提出了更高的要求。绿色精细化工合成技术不对称催化合成技术在手性药物、部分医药、农药、香料等行业都提供了绿色高效的合成方法。有机电化学合成技术取代了一些高温、高压、高污染的传统化学合成技术,如电氧化、电还原、电取代、电聚合、电裂解、电环化、电耦合等,另外有机电化学合成技术的综合应用,将在如汽车工业、电子电器、计算机和信息产业带来巨大的贡献。有机光化学合成在合成化学中,特别是在合成路线复杂、产品经济价值高的天然产物、药物、香料等精细有机合成中具有特别重要的意义。有机光化学合成还能应用于合成具有特殊结构和特殊性能的合成中间体、精细化工产品和有机功能材料。
4.结语
绿色化工技术因其安全、环保、节能、可持续、资源利用合理越来越受到从业者的认同和重视,随着我国“科学发展”的国家战略的不断深入,绿色化工技术必将给人类及世界带来更丰厚的回报。
参考文献:
[1] 程博. 绿色化工技术的研究进展[J]. 科学中国人. 2014(18).
[2] 沈亮明. 绿色化工技术的最新发展与应用[J].化工管理. 2013(18) .
[3] 魏国峰,王硕. 绿色分离技术及其在惊喜化工中的应用[J]. 现代化工. 2006(10) .
[4] 赵云雨,蔡芳. 绿色精细化工可持续发展的关键技术[J]. 牡丹江大学学报. 2010(5).
[5] 李和平,葛虹主编. 精细化工工艺学[M]. 北京:科学出版社,1997.