绿色化工技术在精细化工中的应用

　摘要

随着我国社会经济发展的日益壮大及人民安全和环保意识的提高，可持续发展理念也受到了越来越多的关注，随之传统的化学化工技术也向着精细化绿色化转变。人们意识到传统的化学工艺流程和化工原材料生产和应用技术在创造丰富经济效益的同时也严重影响着我们人类自身的生存发展环境，从传统到现代绿色化工技术的转变是未来发展的必要趋势。近年来，国家科学技术和政策的支持下精细化工技术领域有所升温，但仍存在生产规模有局限性、设备更新慢、资源分配不合理等问题。日后发展中绿色化工技术将进一步完善并逐渐应用到精细化工行业之中，为自然生态和人类生存发展谋求新篇章。

　关键词：绿色化工；技术；精细化工

引言

为贯彻实行绿色发展理念，实施更加环保无污染的化学化工生产，探索资源的循环再利用，重视污染物的回收再利用，降低化工生产过程中造成的环境污染和破坏。本文意在总结前人经验的基础上探究绿色化工技术在精细化工中的应用，探讨从原料生产到废料处理过程的绿色化无害化，更好的将绿色化工和精细化工相结合，做到绿色化工精细化合理化。为日后发展中将进一步完善的绿色化工技术逐渐应用到精细化工行业之中。还可以在废弃物中再回收利用将资源充分利用。彻底将保护环境节约资源落实到实际工厂，在贯彻落实国家可持续发展理念的同时也给企业和带来了巨大的经济效益和社会效益。

　一、绿色化工与精细化工

绿色精细化工技术主要是利用环保材料来制作生产相应的物质，以绿色环保为目标以此来降低对环境的危害。纳米技术是应用较为广泛的一种，是利用物质本身的特性将极其微小的颗粒组合形成相应的体系，探究它们之间的作用和规律，也就是用单个原子、分子制造物质的技术。

（一）绿色化工技术的基本内容

绿色化工技术皆在从原料生产到化学合成过程中实现绿色化环保化，指化学化工合成材料使用无污染的可再生材料，实现生产的绿色目标。在此基础上绿色化工技术以可再生资源和无污染为目标，主要采用合成技术或天然材料。使用一定的环保溶剂和催化剂是实现绿色化工生产目标的必要条件，可以很大限度的提高材料的利用率，减少废物的产生。即使少量的这些物质也会影响环境，所以溶剂和催化剂的选择不容忽视，必须进行有机生产来减少污染物和有害物质的排放。绿色化学技术是指在实际的化学工业生产过程中进行环境保护。通过形式操作，尽量降低各种污染物的排放，为达到环保目的在精通绿色化工技术的前提下将化工化学生产精细化。化工生产的每一部分都要生产精细化绿色化。引导资源使用效率，将绿色技术和现代化学技术与化学工业技术相结合，以化学产业的相关机械和设备为环保标准，化工企业在创造经济价值的同时，可以获得更多的社会效益。

（二）绿色化工技术的发展前景

在今后的发展中，绿色化工技术会朝着环境友好型和资源节约型发展。阻止导致环境污染恶化的化工技术，采用环保材料，做到零排放，无污染。资源短缺危机是一个及时需要解决的问题，同时也引起了世界范围内各个国家的关注。近年来我国化工行业发展迅速，一系列问题也逐渐产生。为达到零污染零排放的目标，更好的推动我国可持续发展，必须将化工传统的工艺流程向绿色化精细化发展。绿色（或清洁）技术是产品、设备和系统的开发和应用，可用于保护自然环境和资源，同时尽量减少对人类活动的负面影响。因此，绿色技术最重要的目标是创造出能够提高生产率的新方法同样，它的视角也包括对已有实践的创新性修改。这些绿色化学技术的进步最终将有助于解决与环境破坏相关的问题，从而带来巨大的商业效益。因此，这一研究课题将在未来几年引起全世界环境与能源研究者的日益关注。

（三）精细化工的基本内容

首先精细化工有着比较简易的装置，随着需求量的增加优势显著提高，其次精细化工的种类繁多技术要求高，可以满足市场上要求精细度种类型号不一的各类定制产品。生产精细化学品的装置规模小操作方便，随着科技水平的提高精细化工产品越来越丰富，精细化工在化工产业中的占比也越来越大。由于更新换代快产量小，很多工厂并没有将精细化工大规模投入生产。装置规模较小，种类多样，技术密度较高。化学化工产品的应用领域和产品较为丰富且市场研发也要符合发展要求。随着我国工业化道路的发展和需求的提高，在工业机械技术上精度达到100，在制药行业密度高达300，可以获得更多的经济效益。

（四）绿色精细化工在我国的发展现状

我国绿色精密化学发展较慢，发展速度较慢，国家科技和经济社会不断发展，在政策的帮助下，精密化工行业随着逐步发展，化工的精密度逐年提高，欧美等发达国家的精密化工领域虽然没有迅速发展，但是中国自身的发展速度明显提高。

　二、绿色化工技术在精细化工中的应用

　　（一）微化学技术

所谓微化学技术是指微型操作设备、微型传感器技术、微型执行设备、利用微型结构设备等对化学工业领域进行生产研究，进一步开发的一系列微化学系统。微化学技术的核心技术是采用了小型反应及混合传热技术。微加工技术和复制放大技术推动了电子工业的惊人发展，它们现在为反应工程创造了新的机会。术语“微反应器”通常指用于测试催化剂性能的小型管式反应器。然而，随着微加工技术在化学许多领域的广泛应用，“微”越来越多地指用于最初为电子电路开发技术制造的化学体系。这种系统的特征尺寸在微米到几百微米之间，反应元件通常与传感器和致动器集成。尺寸的减小和多功能的集成创造了具有超过传统宏观系统能力的结构，并添加了新的功能，同时潜在地使低成本、大规模生产成为可能。现有的例子包括核酸合成和检测、微化学分析、药物的组合合成和按需合成的微化学反应器。这些发展在一定程度上建立在微电子机械系统MEMS的进步之上。这一领域最初是利用微电子制造技术来制造传感器和致动器，现在包括了广泛的材料和微加工方法。MEMS器件现在广泛应用于汽车、飞机、医疗保健、印刷和光学等领域。对MEMS的研究投资使得微化学反应系统的制造成为可能。集成化学系统所需的许多组件（如阀门、泵、流量传感器、混合器和分离装置）已在各种金属、陶瓷和聚合物中得到证实。“微全分析系统”中化学分析设备的小型化代表了MEMS技术向化学和生物学的自然延伸，在组合化学、高通量筛选和便携式分析测量设备中有明显的应用。

微细加工有许多优点。它不仅减少了昂贵试剂、小体积流体元件的消耗，而且还提高了表面体积比、传感器和致动器的集成、平行筛选以及通过复制制造多个单元而产生的分离。化学工程师通常使用小型反应器，但要面对台式分析设备和复杂流体处理歧管的大型面板。随着微全分析系统和微加工反应器的不断发展，这些宏观测试系统最终可能被PC卡大小的微化学系统所取代，这些微化学系统由集成的微流控、传感器、控制和反应元件组成。这样的系统显然需要更少的空间和公用设施，减少浪费。它们能够在现实条件下对催化剂和过程化学进行高通量筛选，这在目前的组合方法中已被证明是困难的。此外，小尺寸意味着层流，这使得充分描述传热和传质以及从传感器数据中提取化学动力学参数成为可能。

微反应技术也有望对化工生产产生影响。微流控系统中可能存在的高传热和传质速率，使得反应能够在比传统反应器更具侵略性的条件下进行，且产率更高。更重要的是，新的反应途径在传统的显微镜设备中被认为太困难，例如芳香族化合物的直接氟化，可以继续进行。即使微型反应堆发生故障，意外释放的少量化学物质也很容易被控制此外，集成传感器和控制单元的存在可以隔离和更换发生故障的反应堆，同时其他并联单元继续生产。因此，微反应技术的实现为生物、化学、材料和电子学以及催化、传输现象、反应工程和系统等传统化学工程分支学科提供了巨大的多学科研究机会。

（二）绿色催化技术

随着科技的快速发展，绿色催化技术的发展也得到了促进，促进了中国化学工业生产绿色的可持续发展。有关使用高效多相催化反应从可再生资源（风能，太阳能，地热能，水力发电和生物质能）生产增值化学品，能源，燃料和材料的绿色化学研究，需要使用催化和化学工程的概念进行战略开发。自过去的二十年以来，绿色化学已成为重要的研究领域，并引起了科学界对可持续发展的极大关注。一般在化学合成中各种无机试剂通过化学计量反应生产药物和精细化学品，例如金属（Na，Mg，Zn，Co，Cu，Fe等）和金属氢化物（LiAlH4和NaBH4）作为还原剂，高锰酸盐，MnO2，Cr（VI）试剂用作氧化剂。此外，无机酸（H2SO4，HF，H3PO4）和路易斯酸（AlCl3，ZnCl2，BF3）也用于化学反应或下游处理，它们是产生废物的另一种来源。此外，废物和有害物质的分离成本以及相关的污染后果，远超过各国所需产品产量的增长。此外，葛兰素史克公司的作者还计算了制药和化学工业中用于各种合成的化学药品的数量，这些化学药品含有约85％的溶剂，此类溶剂的再生产率通常在50％至80％的范围内。因此，在化学合成中已经实施了几种绿色化学原理，以聚集经济和环境问题的重大挑战。为此，与化学计量反应相比，催化具有主要优势，可提高所需产物的选择性并最大程度地减少能量。因此，在绿色化学合成的文献中，催化作用占据了主导地位，尽管它本身就是一个重要的研究领域。固体催化剂开发的重要目标已与绿色化学原理和化学家之一相吻合，这是使一种容易，快速，长寿命且高选择性的催化材料在温和的反应条件下工作必不可少的条件。固体催化剂的选择性更有利于以下方面：（1）所需的立体异构体优于另一种；（2）一种区域异构体优于另一种区域异构体；（3）单取代异构体优于多取代异构体。化学品绿色合成的发展对于实现所有制造过程的可持续性至关重要。因此，需要估计制造过程的可持续性。实际上，如果很难估算过程的可持续性，甚至不可能，那么扩大流程规模是不可行的。在这种情况下，需要确定改善过程可持续性的目标。为此，利用生物质及其衍生物等可再生原料不仅可以提供有价值的产品，而且还可以通过光合作用的交换化学和生物精炼程序来减少二氧化碳的排放。天然丰富的生物质作为精细化学品生产的原料的转化也可以改善绿色化学原理的可持续性。

（三）绿色分离技术

化学技术是不断发展的过程，化学设备也体现在形式上，不断优化化学工业设备，化学装置在使用过程中会取得有效成果。现阶段精细化工发展迅速，分离技术也大有进步。绿色分离技术现阶段用于医药、农药、香料、添加剂、化妆品等方面。

　（四）计算机辅助分子设计技术

具有特定应用所需特性的化学药品的选择是一项艰巨的任务。可能会有大量具有合适特性的化合物，因此在选择具有所需性能的化合物之前，都需要对它们进行评估。常规地，这种筛选是通过实验进行的，并且是与进行实验迭代所需的成本和工作量有关的重大挑战。计算机辅助技术提供了一条探索实验知识并指导寻找新颖有效的化学药品的有前途的途径，因为它们使人们能够为研究提供各种各样的选择。此类技术可以快速，经济高效地自动评估可能导致产生高效化学品的大量特征。它们不能完全取代实验。取而代之的是，利用实验获得的结果来制定可用于计算机仿真或优化现象的数学表示，然后可以执行进一步的实验以验证优化的结果。利用计算机辅助技术来识别化学物质有两个主要要求：（a）详尽生成并同时评估很多种化学品（百万种），以便通过任何一组标准来识别表现出最佳性能的化学品。（b）同时考虑具有足够高保真度的模型，以便获得在工业或商业相关条件下进行实际实施之前，对化学品进行最佳化和严格验证。通常，这些要求通过一种通常可描述如下的方法来解决：“对于给定的分子和相关的模型数据，计算所需的特性。”这是一个正向问题，会引起严重的缺陷。对所有潜在已知分子结构的详尽评估在计算上非常昂贵，尤其是与高保真分子模型结合使用时。化学品选自任意选择的汇编数据库。鉴于可以考虑将其视为特定应用的候选化学品，这是极其有限的。选定的候选方案是可行的，但只能提供比以前测试的解决方案更高的性能改进。与传统方法相比，这限制了发现新型分子结构的可能性，该结构可能导致显著的性能改善。这些挑战可以通过一种替代方法来有效地解决，该替代方法是通过反向表达先前的陈述而产生的，如下所示：“对于表示所需性能目标和相关模型数据的给定特性，请确定与这些目标最匹配的分子结构。”该声明代表了计算机辅助分子设计（CAMD）背后的主要思想。与前瞻性表述不同CAMD不需要先验规格的化学品即可作为特定应用的候选产品。指定所需的性能目标就足够了，而与该目标最匹配的化学物质将作为分子设计问题的解决方案而产生。例如，考虑到必须通过液体-液体萃取分离混合物来识别溶剂。在CAMD配方中，可以通过诸如溶剂与溶质的溶解度之类的特性来表示该目标，结果将是对溶质表现出最大可能溶解度的溶剂。在CAMD中，不需要化学物质数据库。取而代之的是，分子片段被用作合成分子结构的基础，因此被称为“设计”。

（五）生物化工技术

生物化工技术也是绿色化学技术之一，主要体现在乙醇、丙酮等基础原料的制造准备阶段，还在杀虫剂、抗生素等农药生产过程中有所应用，

（六）绿色精细化工合成技术

绿色精细化学工业合成技术广泛用于氧化、还原、电解等。在过去的二十年中，引入了大量的新型固体催化剂来介导精细化学的绿色合成。从用于高选择性光氧化还原转化的石墨烯负载光催化剂到先进的聚合物催化体系，这些新催化剂通常都是稳定且高度选择性的。在其中，介孔固体催化剂由溶胶凝胶纳米结构杂化二氧化硅组成，包括周期性介孔有机二氧化硅（PMO），通过接枝获得的功能化二氧化硅基材料和有机改性二氧化硅（ORMOSIL）。已研究了多种用不同催化物官能团的化合物，用于绿色精细化工合成。

　（七）纳米技术

纳米技术是利用物质自身的性质通过自身极小的物理颗粒来进行一系列的研究工作。因其在各个工业领域都有一系列作用，因此形成了一个综合性的科技，建立了一个完整的体系。在过去的几年中，纳米技术的飞速发展为各种类型的先进纳米材料作为许多工业相关工艺的催化剂的应用开辟了新的前景。众所周知，当材料的尺寸减小到纳米级时，可以获得许多独特的和新的物理化学性质。例如，由于表面积与体积比的增加，在几种类型的纳米材料中观察到了几种物理性质的变化，如光学，机械和热学性质。在大多数金属纳米晶体中，由于材料内部的巨大界面面积，因此认为非常小的晶粒尺寸有助于提高机械强度。此外，当粒子的尺寸与电子的波长处于相同大小时，也可以获得独特的光学，磁性和电子性质，例如表面等离子体共振（SPR）和超顺磁性。该效应通常称为量子限制效应。此外，许多报道还表明，纳米催化剂的优异活性还可能与它们在较温和的条件下进行反应的能力有关。其他已报道的好处还包括减少副反应发生的能力，控制反应对所需产物的选择性的能力，催化剂循环的高速率和高能耗的回报。纳米材料在催化工业中的应用面临一些挑战。在大多数情况下，贵金属基纳米材料（例如Pd，Pt和Au）仍被视为各种工业过程中活性最高的催化剂之一。然而，最新的进展表明，在开发基于地球丰度元素的不同纳米催化剂方面仍然存在巨大的机遇和前景。还确定了几种技术，例如异质结构化，功能化被证明能够增强纳米材料的催化活性。尽管有上述潜力，但在可扩展的工业应用中使用基于纳米材料的催化剂仍然非常具有挑战性。部分原因是缺乏对这些纳米材料如何有效促进各种工业过程的机理的全面理解。此外，催化机理的概念对于开发不仅具有良好催化活性而且具有优异选择性的高效催化剂也是必不可少的。纳米催化剂促进与工业相关的几种化学反应中的性能，即精细化学合成，烃加工和可再生能源的产生。选择这些反应是因为它们被认为是最常见的工业过程，可以通过利用纳米催化剂进行优化。

总结

绿色化工在化学化工发展中是非常重要的，近几年来化工行业发展迅速，给周围环境造成了严重的污染，绿色化工技术的实施与应用迫在眉睫。绿色化工主要是用绿色安全的生产原料，采取绿色化的技术支持，使得化学化工制造各行业的生产和开发做到符合环保的理念，将生产废料排放降低或者再利用，通过一系列技术支持优化生产结构充分利用自然资源。阻止导致环境污染恶化的化工技术，采用环保材料，做到零排放，无污染。资源短缺危机是一个及时需要解决的问题，同时也引起了世界范围内各个国家的关注。近年来我国化工行业发展迅速，一系列问题也逐渐产生。为达到零污染零排放的目标，更好的推动我国可持续发展，必须将化工传统的工艺流程向绿色化精细化发展。也就是说，在精密化中加强绿色化学技术的应用是非常重要的。化学企业应立足于自身的发展现状，积极运用更好的新技术，节约能源，提高生产效率和质量，减少污染物质的排放，更好地满足当今时代发展的需要，同时还应积极运用微化学技术、绿色催化技术、绿色分离技术、计算机辅助分子设计技术、生物化工技术、绿色精细化工合成技术、纳米技术等，为企业的绿色发展和环境保护提供更好的技术支持，绿色产业的可持续发展。

参考文献

[1]徐珍,朱礼旺.绿色化工技术在精细化工中的应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(21):190-191.

[2]任国伟.绿色化工技术在精细化工中的应用[J].化工管理,2021(19):71-72.DOI:10.19900/j.cnki.ISSN1008-4800.2021.19.032.

[3]孙福元.绿色化工技术在精细化工中的应用[J].化工管理,2020(34):133-134.

[4]禚文峰.绿色化工技术在精细化工中的应用[J].化工管理,2020(33):11-12.

[5]许娟.绿色化工技术在精细化工中的运用[J].化工设计通讯,2020,46(10):56+66.

[6]李春程.绿色化工技术在精细化工中的应用[J].生物化工,2020,6(04):146-148+155.

[7]赵宝.绿色化工技术在精细化工中的应用[J].化工管理,2020(24):100-101.

[8]任之光.精细化工中绿色化工技术的应用进展[J].科技风,2020(23):122.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202023100.