如何設(shè)計綠色產(chǎn)品？怎樣清潔化生產(chǎn)綠色產(chǎn)品呢？第三章綠色產(chǎn)品的設(shè)計原理二〇一五年三月十八日designprincipleofgreenproduction第三章綠色產(chǎn)品的設(shè)計原理3.1綠色設(shè)計途徑與方法

3.2可持續(xù)性分析途徑與方法3.3清潔化途徑與方法主要內(nèi)容

綠色化學(xué)及綠色產(chǎn)品的特點(diǎn)

一是產(chǎn)品本身對環(huán)境與人類無害二是產(chǎn)品整個生命周期具有可持續(xù)性。綠色化學(xué)主要特點(diǎn)：

對環(huán)境不造成污染的前提下實(shí)現(xiàn)盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益。綠色產(chǎn)品特點(diǎn)：綠色產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)綠色和功能兼重，它的意義在于能直接促使人們消費(fèi)觀念和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，其主要特點(diǎn)是以市場調(diào)節(jié)方式來實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)為目標(biāo)。公眾以購置綠色產(chǎn)品為時尚，促進(jìn)企業(yè)以生產(chǎn)綠色產(chǎn)品作為獲取經(jīng)濟(jì)利益的途徑。這一點(diǎn)對全球可持續(xù)性經(jīng)濟(jì)的開展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。綠色產(chǎn)品提出意義1988年青島電冰總產(chǎn)研究出將電冰箱氟氯烴的用量減少一半，符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)！

鉛酸電池開展為鋰電池綠色化學(xué)工藝革新實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色化一方面存在許多困難，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程；另一方面，也給產(chǎn)品的綠色化提供了多種思路和途徑。

本章擬介紹三種綠色產(chǎn)品的設(shè)計思路和方法，它們的核心是一致的，但處理問題的切入點(diǎn)和側(cè)重面有所不同。綠色產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)3.1綠色設(shè)計途徑與方法3.1.1“十二原那么〞應(yīng)用分析3.1.2綠色化工產(chǎn)品的綠色設(shè)計途徑3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品3.1.4其它綠色化工工藝設(shè)計思路主要內(nèi)容

3.1.1“十二原那么〞應(yīng)用分析十二原那么堅(jiān)持“防止廢物的產(chǎn)生比產(chǎn)生廢物后進(jìn)行處理為好”的理念，即防患于未然；

防止污染優(yōu)于污染治理1合成方法應(yīng)具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，即盡量使參加反應(yīng)的原子都進(jìn)入最終產(chǎn)物；

原子經(jīng)濟(jì)性2設(shè)計的合成方法中所采用的原料與生成的產(chǎn)物對人類與環(huán)境都應(yīng)當(dāng)是低毒或無毒的；

低毒害化學(xué)合成3在綠色產(chǎn)品設(shè)計中，就要求同時考慮產(chǎn)品的性能與毒性，在保證毒性不超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提高產(chǎn)品的性能；

設(shè)計較安全的化合物4在產(chǎn)品的設(shè)計中，要盡可能不用或少用溶劑等輔助原材料，必須用時，要選用無毒或低毒易回收溶劑；使用較安全的溶劑與助劑5化工過程的能耗必須節(jié)省，并且要考慮其對環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的影響，如有可能，合成方法要在室溫、常壓下進(jìn)行；有節(jié)能效益的設(shè)計63.1.1“十二原那么〞應(yīng)用分析在產(chǎn)品的設(shè)計中要盡可能的設(shè)計盡可再生資源作為原材料；

使用再生資源作為原料7在產(chǎn)品的設(shè)計中要盡可能的簡化或縮短生產(chǎn)工藝，亦即短流程設(shè)計；

減少運(yùn)用衍生物8即在產(chǎn)品的設(shè)計中采用催化劑或促進(jìn)劑，并且盡可能提高其選擇性；

催化反應(yīng)93.1.1“十二原那么〞應(yīng)用分析產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)設(shè)計成為在使用之后能降解成為無毒害的降解產(chǎn)物而不殘存于環(huán)境之中；

設(shè)計可降解產(chǎn)物10能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，分析方法先進(jìn)得當(dāng)，既要保證產(chǎn)品合格，又要及時現(xiàn)場分析，盡可能做到在有害物質(zhì)生成之前就得到有效控制；實(shí)時分析以防止污染11在產(chǎn)品設(shè)計中，優(yōu)選安全性高的原材料，盡可能避免使用易燃、易爆、易揮發(fā)、易泄漏、高毒性等原材料，以避免對人身的傷害和對環(huán)境的危害。采用本身安全、能防止發(fā)生意外的化學(xué)品123.1.1“十二原那么〞應(yīng)用分析3.1.1“十二原那么〞應(yīng)用分析“十二原那么〞被多數(shù)相關(guān)人士認(rèn)為已十分全面，被用于指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計。但在實(shí)際應(yīng)用中，一方面一個產(chǎn)品往往涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策法規(guī)等多個方面，需要多個部門或多種人才共同努力；另一方面，限于當(dāng)前技術(shù)水平或企業(yè)效益、或市場因素等，完全符合“十二原那么〞的產(chǎn)品還很難一步到位。理想的綠色產(chǎn)品目標(biāo)往往是漸進(jìn)式的到達(dá)。所以，在實(shí)踐中，如果一個產(chǎn)品在設(shè)計中采用了一種或多個原那么，便可以認(rèn)為該產(chǎn)品具有“綠色概念〞。綠色化工產(chǎn)品的制造和設(shè)計過程可稱之為綠色化工技術(shù)。3.1.2綠色化工產(chǎn)品的綠色設(shè)計途徑〔1〕綠色化工技術(shù)應(yīng)符合如下特點(diǎn)：①原料均使用能持續(xù)利用的資源；②以平安的用之不竭的能源供給為根底；③高效率的利用能源和其他資源，使反響過程中所用的物料能最大限度地進(jìn)到終極產(chǎn)物中。盡可能降低化學(xué)過程所需能量，還應(yīng)考慮對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的效益。合成程序盡可能在大氣環(huán)境的溫度和壓強(qiáng)下進(jìn)行；3.1.2綠色化工產(chǎn)品的綠色設(shè)計途徑④高效率的回收利用廢舊物資和副產(chǎn)品，只要技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是可行的，原料應(yīng)能回收而不是使之變壞；⑥越來越充滿活力，綠色化學(xué)理論為化學(xué)化工的開展注入了新的活力，在２１世紀(jì)必將大有可為。⑤越來越智能化，需要不斷開展分析方法，在實(shí)時分析、進(jìn)程中監(jiān)測，特別是對形成危害物質(zhì)的控制上；設(shè)計化學(xué)反應(yīng)的生成物不僅具有所需的性能，還應(yīng)具有最小的毒性。化工生產(chǎn)要盡可能多使用安全的無毒的可再生的資源；反映過程要充分地體現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)性，同時提高反應(yīng)的選擇性，并用盡可能的使用物理方法促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)；設(shè)計合成程序只選用或產(chǎn)出對人體或環(huán)境毒性很小最好無毒的物質(zhì)；原料反響溶劑反響試劑反響類型產(chǎn)品反響條件五個方面化學(xué)污染不僅來源于原料和產(chǎn)品,而且與反應(yīng)介質(zhì)、分離和配方中使用的溶劑有關(guān),有毒揮發(fā)性溶劑替代品的研究是綠色化學(xué)的重要研究方向。如超臨界流體、水相有機(jī)合成和室溫熔鹽溶劑等；〔2〕生產(chǎn)及其生產(chǎn)工藝對人類健康的影響3.1.2綠色化工產(chǎn)品的綠色設(shè)計途徑〔1〕原料的起源：主要是指原料的來源，原料是來自天然產(chǎn)物的或是由人工合成的等。〔3〕評價某種原料可否用于綠色生產(chǎn)的指標(biāo)〔2〕原料的可更新性：原料分為可更新資源和不可更新資源，其中可更新資源如水、電、沼氣、作物等作為能源和原料有充足的來源，并當(dāng)其有效作用完成后可以分解為無害的產(chǎn)物。〔3〕原料的危害性：指對人類和生態(tài)環(huán)境的危害，這種危害或稱為毒性不一定是當(dāng)時便能顯現(xiàn)出來的，其有毒性也可能無法通過循環(huán)系統(tǒng)排出體系外而在體系內(nèi)部慢慢積累起來。〔4〕原料選擇的下游影響：對原料本身的影響的分析僅是原料分析的一局部，對原料的下游產(chǎn)品的分析也是基于以上步驟進(jìn)行的。3.1.2綠色化工產(chǎn)品的綠色設(shè)計途徑3.1.3.1設(shè)計平安化學(xué)品的定義設(shè)計平安化學(xué)品的定義是利用構(gòu)效關(guān)系和分子改造的手段使化學(xué)品的毒理效力和其成效到達(dá)最適當(dāng)?shù)钠胶狻Ｒ驗(yàn)榛瘜W(xué)品往往很難到達(dá)完全無毒或到達(dá)最強(qiáng)的成效，所以兩個目標(biāo)的權(quán)衡是設(shè)計平安化學(xué)品的關(guān)鍵，應(yīng)該在這些產(chǎn)品被期望成效得以實(shí)現(xiàn)的同時，將它們的毒性降低到最低限度。設(shè)計平安化學(xué)品使化學(xué)家在設(shè)計時有了新的考慮角度，即開展和應(yīng)用對人類健康和環(huán)境無毒、無危險性的試劑、溶劑及其它實(shí)用化學(xué)品。3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品3.1.3.2設(shè)計平安化學(xué)品所考慮的諸因素通常設(shè)計化學(xué)品時希望其最好不能進(jìn)入生物有機(jī)體，或者即使進(jìn)入生物體，也不會對生物體的生化和生理過程產(chǎn)生不利的影響。化學(xué)家必須掌握設(shè)計平安化學(xué)品知識，建立判別化學(xué)結(jié)構(gòu)與生物效果的理論體系。他們必須能從分子水平防止不利的生物效果，同時還必須考慮化學(xué)品在環(huán)境中可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化、降解，其在空氣、水、土壤中的擴(kuò)散以及潛在的危害。設(shè)計平安化學(xué)品通常要考慮的因素有外部的和內(nèi)部的因素：(1)外部因素——減少暴露或降低進(jìn)入生物體的時機(jī)(2)內(nèi)部因素——防止毒性3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品(1)外部因素——減少暴露或降低進(jìn)入生物體的時機(jī)①揮發(fā)度／密度／熔點(diǎn)；②在水中的溶解度；③殘留性／生物降解性能：氧化反響性質(zhì)；水解反響性質(zhì)；光解反響性質(zhì)；微生物降解性質(zhì)；④轉(zhuǎn)化為生物活性(毒性)物質(zhì)的可能性；⑤轉(zhuǎn)化為生物非活性物質(zhì)的可能性；①揮發(fā)性；②油溶性；③分子大小；④降解性質(zhì)：水解；pH值的影響；對消化酶的敏感度。3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品首先考慮化學(xué)品在環(huán)境中的分布擴(kuò)散相關(guān)的性質(zhì)：其次考慮化學(xué)品被生物體吸收相關(guān)的性質(zhì)：

①皮膚吸收；眼睛吸收；②肺吸收；③消化道吸收；④呼吸系統(tǒng)吸收或其他特定生物的吸收途徑。

①是否有各種化學(xué)雜質(zhì)的產(chǎn)生；②是否有有毒的同系物的存在；③是否有有毒的幾何構(gòu)象或立體異構(gòu)體的存在。3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品第三考慮化學(xué)品被人類、動物或水生生物吸收的途徑：第四考慮雜質(zhì)的減少或消除：(2)內(nèi)部因素——防止毒性

①排泄的便利：選擇親水性化合物;增大物質(zhì)分子與葡萄糖醛酸、硫酸鹽、氨基酸結(jié)合的可能性或使分子易于乙酰化；②生物降解的便利：氧化作用；復(fù)原作用；水解作用。

①選擇的化學(xué)品種類或母體化合物無毒；②選擇官能團(tuán)：防止有毒基團(tuán)；方案有毒結(jié)構(gòu)的生化消除；利用結(jié)構(gòu)屏蔽有毒基團(tuán)的作用；選擇其他來替代有毒基團(tuán)首先考慮解毒的便利性：其次考慮防止物質(zhì)的直接毒性：3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品

①防止具有活化途徑的化學(xué)品：高親電或親核基團(tuán)；不飽和鍵；其他分子結(jié)構(gòu)特征；②對可生物活化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)屏蔽。第三考慮防止間接中毒——生物活化：3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品3.1.3.3設(shè)計平安化學(xué)品的方法第一種方法，如果某一反響是毒性產(chǎn)生的必要條件，那么可以通過改變結(jié)構(gòu)使這個反響不發(fā)生，從而防止或降低該化學(xué)品的危害性。當(dāng)然，任何結(jié)構(gòu)的改變必須確保分子的性質(zhì)與成效不變。第二種方法適用于毒性機(jī)理不明確的情況。對許多毒性機(jī)理不為人知的化合物，那么通過化學(xué)結(jié)構(gòu)中某些官能團(tuán)與毒性的關(guān)系，設(shè)計時可以盡量通過防止、降低或除去同毒性有關(guān)的官能團(tuán)來降低毒性。3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品第三種途徑是降低有毒物質(zhì)的生物利用率的方法。該方法的理論根底是，如果一種物質(zhì)是有毒的，但當(dāng)它不能到達(dá)使毒性發(fā)生作用的目標(biāo)器官時，其毒性作用就無法發(fā)生。化學(xué)家可以利用改變分子的物理化學(xué)性質(zhì)如水溶性、極性的知識，控制分子使其難于或不能被生物膜和組織吸收，通過降低吸收和生物利用率，毒性可以得到削弱。3.1.3設(shè)計平安化學(xué)品3.1.4其他綠色化工工藝設(shè)計思路3.1.4.1使用平安溶劑和助劑3.1.4.2能源經(jīng)濟(jì)性3.1.4.3可再生原料3.1.4.4減少衍生物3.1.4.5使用環(huán)境友好催化劑3.1.4.6降解設(shè)計3.1.4.7預(yù)防污染的實(shí)時分析3.1.4.8防止意外事故的平安工藝3.1.4.1使用平安溶劑和助劑在傳統(tǒng)的有機(jī)反響中，有機(jī)溶劑是最常用的反響介質(zhì)，因?yàn)樗鼈兡芎芎玫厝芙庥袡C(jī)化合物，使其能夠在液相中進(jìn)行反響合成。助劑是為了克服合成中的一些障礙，如別離用助劑。溶劑和助劑被用得非常廣泛，以至于很少有人評估其是否有使用的必要。常用的溶劑中有鹵化物溶劑如CH2Cl2、CHCl3、CCl4等，以及芳香烴溶劑如苯等，由于它們良好的溶解性，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛。20世紀(jì)氟里昂作為清洗劑、推進(jìn)劑、發(fā)泡劑等被廣泛應(yīng)用。溶劑和助劑的廣泛使用往往會對人類健康和環(huán)境產(chǎn)生一些問題。最著名例子就是臭氧層的破壞。氯氟烴(Chlorofluocarbons，縮寫為CFCs)對人類及野生動物的直接毒性很小，并具有低的事故隱患，如不易燃燒、不易爆炸等優(yōu)點(diǎn)，在20世紀(jì)得到了廣泛的利用，沒人疑心其在各種用途中的有效性，但是氯氟烴對臭氧層的破壞與造成的環(huán)境影響是眾所周知的。溶劑和助劑的使用不僅對人類健康與環(huán)境產(chǎn)生危害，而且大量地消耗能源與資源，因此應(yīng)盡量減少其使用量。在必須使用時，應(yīng)選擇無害的物質(zhì)來替代有害的溶劑和助劑。這方面的研究是綠色化學(xué)的研究方向之一，下面介紹幾種清潔的溶劑和助劑或防止使用有毒溶劑和助劑的方法。3.1.4.1使用平安溶劑和助劑3.1.4.1.1超臨界流體

超臨界流體是指當(dāng)物質(zhì)處于其臨界點(diǎn)(指氣、液兩相共存線的終結(jié)點(diǎn)，此時氣液兩相的相對密度一致，差異消失)以上時所形成的一種無論溫度和壓力如何變化都不凝縮的流體相，是一種介于氣態(tài)與液態(tài)之間的流體狀態(tài)。超臨界流體性質(zhì)介于氣液之間，并易于隨壓力調(diào)節(jié)，有近似于氣體的流動行為，粘度小、傳質(zhì)系數(shù)大，但其相對密度大，溶解度也比氣相大得多，又表現(xiàn)出一定的液體行為。3.1.4.1使用平安溶劑和助劑(1)高溶解能力只需改變壓力，就可控制反響的相態(tài)。既可使反響呈均相，又可控制反響呈非均相。超臨界流體對大多數(shù)固體有機(jī)化合物都可以溶解，使反響在均相中進(jìn)行。(2)高擴(kuò)散系數(shù)在超臨界狀態(tài)下，由于組分在超臨界流體中的擴(kuò)散系數(shù)相當(dāng)大，對氣體的溶解性大，對于受擴(kuò)散制約的一些反響可以顯著提高其反響速率；(3)有效控制反響活性和選擇性具有連續(xù)變化的物性(密度、極性和粘度等)，可通過溶劑與溶質(zhì)或者溶質(zhì)與溶質(zhì)之間的分子作用力產(chǎn)生溶劑效應(yīng)和局部凝聚作用的影響有效控制反響活性和選擇性；3.1.4.1使用平安溶劑和助劑(4)無毒性和不燃性超臨界流體是無毒和不燃的，有利于平安生產(chǎn)，而且來源豐富，價格低廉，有利于推廣使用，降低本錢。超臨界流體在萃取、色譜別離、重結(jié)晶以及有機(jī)反響等方面表現(xiàn)出很強(qiáng)優(yōu)越性，在化學(xué)化工中獲得實(shí)際應(yīng)用。在有機(jī)合成中，超臨界CO2由于其臨界溫度(304K)和臨界壓力(72.8atm)較低、具有能溶解脂溶性反響物和產(chǎn)物、無毒、阻燃、價廉易得、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)而迅速成為最常用的超臨界流體。3.1.4.1使用平安溶劑和助劑3.1.4.1.2離子液體離子液體不同于典型的分子溶劑，在離子液體里沒有電中性的分子，100%是陰離子和陽離子，在負(fù)100℃至200℃之間均呈液體狀態(tài)，如[EtNH3][NO3](熔點(diǎn)為12℃)。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑(VOC)、水、超臨界流體等相比，許多種新的離子液體不揮發(fā)，其蒸氣壓為零，在較高溫度下不揮發(fā)；以液態(tài)存在的溫度范圍寬，不燃、不爆炸、不氧化，具有高的熱穩(wěn)定性，是許多有機(jī)物、無機(jī)物和高分子材料的優(yōu)良溶劑；其粘度低、熱容大，有的對水、對空氣均穩(wěn)定，故易于處理；制造較容易，不太昂貴；局部離子液體還表現(xiàn)出酸性及超強(qiáng)酸性質(zhì)，使得它不僅可以作為溶劑使用，而且還可以作為某些反響的催3.1.4.1使用平安溶劑和助劑化劑使用，這些催化活性的溶劑防止額外的可能有毒的催化劑或可能產(chǎn)生大量廢棄物的缺點(diǎn)；品種有數(shù)百種乃至更多，因此被認(rèn)為是理想的綠色高效溶劑。離子液體可為化學(xué)反響提供新的反響環(huán)境，因此廣泛應(yīng)用于化學(xué)反響和別離過程。3.1.4.1使用平安溶劑和助劑3.1.4.1.3水水相反響成為綠色有機(jī)合成的一個熱點(diǎn)，研究結(jié)果說明：有些合成反響不僅可以在水相中進(jìn)行，而且還具有很高的選擇性。最為典型的例子是環(huán)戊二烯與甲基乙烯酮發(fā)生的D-A環(huán)加成反響，在水中進(jìn)行較之在異辛烷中進(jìn)行速率快700倍。另外，超臨界水反響的研究十分活潑。同傳統(tǒng)的溶劑相比，使用水做溶劑不會增加廢物流的濃度。因此，水是一種理想的環(huán)境無害溶劑。3.1.4.1使用平安溶劑和助劑3.1.3.5.4無溶劑反響無溶劑反響是減少溶劑和助劑使用的最正確方法，其不僅在對人類健康與環(huán)境平安方面具有巨大優(yōu)點(diǎn)，而且有利于降低費(fèi)用，是綠色化學(xué)的重要研究方向之一。在無溶劑存在下進(jìn)行的反響大致可分為三類：原料與試劑作溶劑的反響；試劑與原料在熔融狀態(tài)下反響，以獲得好的混合性及最正確的反響條件；固體外表反響。固態(tài)化學(xué)反響的研究吸引了無機(jī)、有機(jī)材料及理論化學(xué)等多學(xué)科的關(guān)注，某些固態(tài)反響已用于工業(yè)生產(chǎn)。固態(tài)化學(xué)反響實(shí)際上是在無溶劑存在的環(huán)境下進(jìn)行的反響，有時比在溶液環(huán)境中的反響能耗低、效果更好、選擇性更高，又不用考慮廢物處理問題，有利于環(huán)境保護(hù)。3.1.4.1使用平安溶劑和助劑3.1.4.1.5固定化溶劑

有機(jī)溶助劑對人類健康與環(huán)境的危害主要來自于其揮發(fā)性，解決這一問題的方法之一就是使用固定化的溶劑。實(shí)現(xiàn)溶劑固定化的方法有多種，但目標(biāo)是一致的，即保持一種材料的溶解能力而使其不揮發(fā)。常用的方法有將溶劑分子連接到固體載體上；或者在高分子主鏈上直接構(gòu)建溶劑分子；另外還有本身有良好的溶解性能且無害的新型聚合物也可作為溶劑。3.1.4.1使用平安溶劑和助劑3.1.4.2能源經(jīng)濟(jì)性3.1.4.2.1化學(xué)工業(yè)中使用的能量

在工業(yè)化國家里，化學(xué)工業(yè)消耗了很大局部的能量，是耗能最大的工業(yè)之一。對于一個需要參加外界能量才能發(fā)生的反響，往往需要參加一定的熱量用以克服其活化能。這類反響可以通過選擇適宜的催化劑來降低反響活化能，從而降低反響發(fā)生所需的初始熱量。假設(shè)反響是吸熱的，那么反響開始后需要持續(xù)參加熱量以使反響進(jìn)行得完全。相反，假設(shè)反響是放熱的，那么需要冷卻以移出熱量來控制反響。在化工生產(chǎn)中有時也需要降低反響速度以防止反響失控而發(fā)生事故。無論加熱還是冷卻，均需要較大的能源費(fèi)用并對環(huán)境產(chǎn)生影響。3.1.4.2能源經(jīng)濟(jì)性此外，化工過程中的別離、提純是一個相當(dāng)消耗能量的步驟。通常的凈化與別離可通過精餾、萃取、再結(jié)晶、超濾等操作實(shí)現(xiàn)，這些都需要大量的能量來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從雜質(zhì)中的別離。3.1.4.2.2可利用的能量

幾種較為常用的能量形式(1)電能電化學(xué)過程是清潔技術(shù)的重要組成局部，由于電解一般無需使用危險或有毒試劑，通常在常溫常壓下進(jìn)行，在清潔合成中具有獨(dú)特的魅力。(2)光能光能被反響中的分子，分子被激發(fā)到高能態(tài)，然后電子激發(fā)態(tài)分子進(jìn)行化學(xué)反響，這就是光化學(xué)反響。該反光化學(xué)反響的活化能來源于光子的能量。國內(nèi)外研究者提出應(yīng)開發(fā)利用自然光源或自然、人工光源相結(jié)合的技術(shù)，充分利用清潔的可再生能源，使太陽能利用與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，發(fā)揮光催化降解在環(huán)境污染治理中的優(yōu)勢。3.1.4.2能源經(jīng)濟(jì)性(3)微波微波是指頻率在300MHz～300GHz(即波長1m~1mm)范圍的電磁波，位于電磁波譜的紅外輻射和無線電波之間。微波被應(yīng)用于燒結(jié)、水熱合成、化學(xué)氣相沉積等方面。微波協(xié)助萃取在環(huán)境樣品的有機(jī)氯化合物的檢測中就顯示了其優(yōu)越性。在微波條件下的萃取應(yīng)用不需熱能，萃取時間短，且萃取效果更完全。(4)聲波一些反響如環(huán)加成、周環(huán)反響可采用超聲波的能量來催化進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)超聲能對某些類型的轉(zhuǎn)換可以起催化劑的作用。超聲波可以改變反響的進(jìn)程，提高反響的選擇性，增加化學(xué)反響的速率和產(chǎn)率，降低能耗和減少廢物的排放，因此，聲化學(xué)技術(shù)是一種平安無害的“綠色技術(shù)〞，在合成化學(xué)中具有廣泛的。3.1.4.2能源經(jīng)濟(jì)性3.1.4.2.3優(yōu)化反響的能量需求

在一個合成反響路線被證明可行時，化學(xué)家往往要去優(yōu)化它。通常，“優(yōu)化〞是指提高產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率，并不“考慮〞上述能量因素的優(yōu)化，而將能量平衡的問題留給了負(fù)責(zé)工藝過程的工程師。然而，能量的使用也像有毒有害物質(zhì)的使用、廢物的產(chǎn)生等問題一樣，應(yīng)當(dāng)成為化學(xué)家設(shè)計反響時關(guān)注的對象。在可能的情況下，化學(xué)家應(yīng)考慮如何將能耗降到最小，這往往需要通過對反響體系的設(shè)計、調(diào)整和優(yōu)化才能實(shí)現(xiàn)。例如化學(xué)工業(yè)中耗能最大的是凈化與別離過程，假設(shè)能設(shè)法減少別離操作步驟，那么可以節(jié)約很多能量。3.1.4.2能源經(jīng)濟(jì)性3.1.4.3.1傳統(tǒng)資源及其對環(huán)境的影響目前世界所需能源和有機(jī)化工原料絕大局部來源于化石燃料〔石油、煤和天然氣〕，使用石油這一原料使人類和環(huán)境付出了沉重的代價，此外，由石油轉(zhuǎn)化為有用的有機(jī)化學(xué)品需要通過氧化反響，而氧化反響是一個由來已久的環(huán)境污染步驟，如重金屬氧化劑的使用導(dǎo)致人類健康和環(huán)境的污染。化石燃料的再生周期非常漫長，需要幾百萬年甚至更長，我們認(rèn)為是不可再生的，而且在地球上的儲量是有限的，開采一點(diǎn)就少一點(diǎn)，終究會有枯竭的一天。這些化石燃料對社會的開展和經(jīng)濟(jì)的繁榮作出了巨大的奉獻(xiàn)，但從長遠(yuǎn)來考慮，它們不是人類所能長久依賴的理想資源。全國每年工業(yè)廢氣排放量達(dá)6200億Nm3，工業(yè)廢棄物排放量達(dá)7.4億t，造成了生態(tài)環(huán)境的惡化和自然生態(tài)的失衡。3.1.4.3可再生原料3.1.4.3.2可再生原料3.1.4.3可再生原料可再生原料通常指生物、植物根底的原料，消耗后可在一定的時間范圍(準(zhǔn)確地說指人類的生命周期)內(nèi)可生產(chǎn)的物質(zhì)，如CO2和CH4。作為人類能夠長久依賴的未來資源和能源必須是在很長時間范圍內(nèi)儲量豐富，最好是可再生的，而且它的利用不會引起環(huán)境污染。基于這一原那么，普遍認(rèn)為以植物為主的生物質(zhì)資源將是人類未來的理想選擇。目前，化學(xué)合成特別是有機(jī)合成，變得越來越復(fù)雜，其要解決的問題也越來越具有挑戰(zhàn)性。有時為使一個特別的反響發(fā)生，需要通過進(jìn)行分子修飾或產(chǎn)生所需物質(zhì)的衍生物來輔助實(shí)現(xiàn)。3.1.4.4減少衍生物下面介紹化學(xué)合成中的一些衍生現(xiàn)象及其弊端。(1)保護(hù)與去保護(hù)當(dāng)進(jìn)行多步反響時，常常有必要把一些敏感官能團(tuán)保護(hù)起來，防止其發(fā)生不希望的反響，否那么會危害其成效。如通過產(chǎn)生芐基來保護(hù)醇羥基，使分子發(fā)生氧化反響而不影響醇羥基，反響完成后，芐基解離除去。(2)暫時改性通常為了某種加工需要，要改變某些物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)。如有時要對粘度、蒸汽壓、極性及水溶解度等進(jìn)行暫時的改性以易于加工；或暫時把一種化合物轉(zhuǎn)化成它的鹽以便于別離。當(dāng)功能完成后，原始物質(zhì)可以容易地再生成。顯然，在原始材料再生過程中，所參加的輔助材料成了廢物。(3)參加功能團(tuán)提高反響選擇性當(dāng)一個分子中存在幾個反響位時，必須設(shè)計合成方法以使反響發(fā)生在所需要的位置。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法之一是先使這個位置引入一個易于同反響物反響的衍生基團(tuán)，而該基團(tuán)又能容易地離開。這樣反響就可以優(yōu)先發(fā)生在所要求的位置，提高了反響的選擇性。這些形式的衍生方法在精細(xì)化學(xué)品、制藥、農(nóng)藥及一些染料的合成中廣泛地使用。衍生步驟不僅消耗資源和能量，而且必然產(chǎn)生廢物。有時所需的試劑或所產(chǎn)生的廢物具有較大的毒性，還需要特殊處理。因此，在化學(xué)過程中應(yīng)最大限度地防止衍生步驟，減少衍生物，以降低原料的消耗及對人類健康與環(huán)境的影響。3.1.4.4減少衍生物3.1.4.5使用環(huán)境友好催化劑對于化學(xué)計量反響存在以下幾種情況：①局部原料不能完全發(fā)生反響，因此即使產(chǎn)率是100％，也還有剩余的未反響原料；②原料中只有局部是最終產(chǎn)品所需要的，其它的局部就成為廢物；③為了進(jìn)行或促進(jìn)反響，需參加額外的試劑，而這些試劑在反響完成后被排放到廢物流中。因此，催化劑的使用是有益的，催化反響較傳統(tǒng)的化學(xué)計量反響具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。催化劑的作用是促進(jìn)反響的進(jìn)行，但本身在反響中不被消耗，也不結(jié)合到最終產(chǎn)品中。這種促進(jìn)作用可能有兩種形式：(1)降低反響活化能催化劑通過降低反響活化能而促進(jìn)反響進(jìn)行，這不僅有益于控制而且可降低反響發(fā)生所需的溫度。在大規(guī)模生產(chǎn)中，這種能量降低無論從環(huán)保還是經(jīng)濟(jì)方面來看，均是非常有益的。(2)增強(qiáng)選擇性選擇性催化可實(shí)現(xiàn)反響程度、反響位置及立體結(jié)構(gòu)方面的控制。選擇性催化不僅可提高原料的利用率，而且可降低廢物的產(chǎn)生。正確地選用催化劑，不僅可以加速反響的進(jìn)程，極大地改善化學(xué)反響的選擇性和提高轉(zhuǎn)化率，提高質(zhì)量、降低本錢，而且能從根本上減少或消除副產(chǎn)物的產(chǎn)生，減少污染，最大限度地利用各種資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是綠色化學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要工具。3.1.4.5使用環(huán)境友好催化劑3.1.4.6降解設(shè)計某些化學(xué)品在被使用后或被釋放到環(huán)境中后，其在環(huán)境中保持原狀，或被各種植物和動物吸收并在動植物體內(nèi)累積與放大，這就是所謂的“持久性化學(xué)品〞或“持久性生物累積〞。這些化學(xué)品會對人類和生物體產(chǎn)生直接或間接的危害，如塑料和農(nóng)藥。綠色化學(xué)認(rèn)為設(shè)計化學(xué)產(chǎn)品時必須考慮使用結(jié)束后，它們能否降解為無害的物質(zhì)。在開發(fā)降解方法與設(shè)計化學(xué)品的降解性時，應(yīng)評價降解前后化合物的毒性和危害性。假設(shè)降解生成的物質(zhì)具有相近或更大的危害性，降解就失去了其綠色的意義。正如綠色化學(xué)的其他過程一樣，降解過程的開發(fā)與設(shè)計應(yīng)充分考慮其對人類健康、生態(tài)系統(tǒng)、野生動物及整體環(huán)境的影響。3.1.4.7預(yù)防污染的實(shí)時分析為了最大限度地利用資源和預(yù)防污染，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的目標(biāo)，要求現(xiàn)代分析化學(xué)不再局限于測定物質(zhì)的組成及含量，而是要進(jìn)行形態(tài)、微區(qū)外表、微觀結(jié)構(gòu)分析和對化學(xué)及生物活性等做出瞬時追蹤、無損和在線監(jiān)測等分析及過程控制。如何從化學(xué)過程及生命和環(huán)境過程獲取量測數(shù)據(jù)，并通過對量測數(shù)據(jù)的解析來控制工業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)，降低本錢，減少環(huán)境污染，成為一個很迫切的問題。為了到達(dá)綠色化學(xué)的目標(biāo)，分析技術(shù)既要可用于在線分析又要可用于即時分析。只有做到生產(chǎn)過程中快速監(jiān)測，才能對化學(xué)過程中有害產(chǎn)品的生成和副反響進(jìn)行跟蹤，當(dāng)微量有毒物質(zhì)產(chǎn)生時，可能可以通過反響條件的調(diào)節(jié)減少或消除這些有毒物質(zhì)。另一方面，過程分析化學(xué)家在監(jiān)測反響過程時可以判斷反響是否完成。有的化學(xué)反響需要不斷參加試劑以使反響完全，這時如果能快速檢測到反響完全，就不必參加多余的試劑，從而減少了廢棄物的產(chǎn)生。假設(shè)將傳感器和過程控制系統(tǒng)連接起來，這種極度降低有害物的生產(chǎn)過程就很可能是自動化。3.1.4.7預(yù)防污染的實(shí)時分析3.1.4.8防止意外事故的平安工藝化學(xué)與化學(xué)工業(yè)中防止事故發(fā)生的重要性是眾所周知的，因?yàn)樵S多化學(xué)意外事故嚴(yán)重影響了人們的健康和生命，惡化了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)和生存環(huán)境，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，化工事故對于地方區(qū)域有著消滅性的影響。綠色化學(xué)的目標(biāo)是消除或減少所有的危害，而不僅僅是污染與生態(tài)毒性。在極度降低廢物的產(chǎn)生以防止污染時，也可能會無意中增加事故發(fā)生的可能性。比方，將化工過程的溶劑循環(huán)使用可以減少向環(huán)境中的釋放量，但這也可能增加化學(xué)事故或火災(zāi)的隱患。對于一個化學(xué)過程，必須有效地處理好污染防止同事故防止之間的平衡。到達(dá)平安化學(xué)過程的途徑之一是慎重選擇物質(zhì)及物質(zhì)的狀態(tài)，比方，使用固體或具有低蒸汽壓的物質(zhì)代替液體或氣體，用可以攜帶鹵素的試劑代替鹵素。還應(yīng)充分考慮由選用的物質(zhì)的毒性、易燃性、易爆性所帶來的危害。另外，可利用及時處理技術(shù)對有害物質(zhì)進(jìn)行快速處理。通過這種技術(shù)，化工公司可消除長期大量貯存有害物質(zhì)的需要，從而大大降低了事故的隱患。3.1.4.8防止意外事故的平安工藝3.2可持續(xù)性分析途徑與方法1972年6月5日，聯(lián)合國召開了"人類環(huán)境會議"，提出了"人類環(huán)境"的概念，并通過了人類環(huán)境宣言成立了環(huán)境規(guī)劃署。1987年4月27日，世界環(huán)境與開展委員會發(fā)表了一份題為?我們共同的未來?的報告，提出了“可持續(xù)開展〞的戰(zhàn)略思想，確定了"可持續(xù)開展〔SustainableDevelopment〕"的概念。由于可持續(xù)開展依照的原那么是環(huán)境友好原那么，認(rèn)為環(huán)境與開展是不可分割的，是相互依存、密切相關(guān)的。所以，可持續(xù)開展的戰(zhàn)略思想與分析方法是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色化的重要途徑之一。3.2.1可持續(xù)性的定義可持續(xù)性既滿足當(dāng)代人的需要，又不對后代人滿足其需要能力構(gòu)成危害的開展。首先，自然科學(xué)在可持續(xù)開展中是非常重要的。短期影響：長期影響：其一：技術(shù)圈(Technologicalsphere)需要從生物圈(Biosphere)中提取材料與能源，如果他對這些資源的消耗超過生成速度，那么可成為影響滿足后代人需要的可能；包括直接的危害、毒性等；其二：為技術(shù)圈向生物圈排放廢物，這意味著其可能破壞生態(tài)系統(tǒng)而影響生物圈的資源生產(chǎn)能力。可持續(xù)開展只有在不同科學(xué)方面的邊界條件均得到滿足才能實(shí)現(xiàn)。自然科學(xué)方面的邊界條件

制造產(chǎn)品的資源不會被耗盡技術(shù)圈產(chǎn)生的排放物不危機(jī)生態(tài)系統(tǒng)

因?yàn)楦叩男室馕吨Y源的節(jié)約與廢物產(chǎn)生的減少。所以，效率可被看作是技術(shù)圈的可持續(xù)性的第三個邊界條件。

每個技術(shù)過程的不可逆性與能量質(zhì)量的降低均能同?的減少有關(guān)。由于所有能量與材料均具有?，所以，它被用來量化可持續(xù)性。“?〞概念：亦稱為有效能，是用來表示能量的質(zhì)量的熱力學(xué)概念，其大小可反映一定數(shù)量的能量相對于一個平衡的環(huán)境狀態(tài)所具有的作功能力。?太陽能生物圈技術(shù)圈熱低質(zhì)量物質(zhì)（水、CO2）高質(zhì)量物質(zhì)（農(nóng)作物、樹木）生物圈同技術(shù)圈的可持續(xù)相互作用參見圖3-1。這是一個以太陽能為動力的材料封閉循環(huán)過程。生物圈產(chǎn)生的高質(zhì)量產(chǎn)品〔如農(nóng)作物、樹木〕被技術(shù)圈消耗以提供人類需要的物品，其產(chǎn)生的低質(zhì)量物質(zhì)〔水、CO2〕又被排放回生物圈。在整個過程中只有太陽能是動力，所有材料均是可循環(huán)的，因此是一個可持續(xù)的過程。圖3-1以太陽能為動力的封閉材料循環(huán)3.2.2量化可持續(xù)性的參數(shù)太陽能目前的狀態(tài)熱輻射不可更新資源（耗竭）排放物（積累）人類目前的活動狀態(tài)示于圖3-2中。人類從環(huán)境中提取高?含量的不可更新資源，而向環(huán)境中排放廢物。由于輸入與輸出不匹配，材料的循環(huán)是不封閉的。另外，在使用材料時沒有完全利用這些材料。圖3-2以太陽能為動力的非封閉材料循環(huán)因此，可從三個方面來描述一個產(chǎn)品或過程的可持續(xù)性：可更新資源的使用情況、廢物的排放情況及過程的效率。這三個方面分別反響一個產(chǎn)品或過程對不可更新資源的消耗情況，對環(huán)境的污染情況及對能源的有效利用情況，可以全面地反響一個產(chǎn)品或過程的可持續(xù)性。一個過程的可持續(xù)性可用以下5個參數(shù)來定量描述：⑴可更新性參數(shù)⑵環(huán)境效率參數(shù)⑶生產(chǎn)效率參數(shù)⑷總體效率參數(shù)⑸總體可持續(xù)性參數(shù)一個過程需要使用一種或幾種資源來生產(chǎn)最終產(chǎn)品。假設(shè)其使用的為不可更新資源，那么面臨著原料枯竭的危險，同時也對環(huán)境具有負(fù)面影響。因此，一個可持續(xù)的過程應(yīng)全部使用可更新資源。可更新資源的定義為那些生成速度等于或高于其消耗速度的資源。不可更新資源是指那些生成速度低于消耗速度的資源。一種資源的可更新性因子可用式〔3-1〕計算：

Rprod該資源的生成速度Rcons該資源的消耗速度對于可更新資源

〔1〕過程的可更新性參數(shù)

對于一個可持續(xù)的過程，可更新參數(shù)：

對于一個實(shí)際過程，可更新參數(shù)：注：在計算α?xí)r，不僅必須考慮一個過程中所有的資源，而且還應(yīng)考慮生成這些資源時所需最初資源的可更新性。式（3-2）可更新性參數(shù)一個過程中消耗的可更新?占所有消耗的分?jǐn)?shù)。

一個生產(chǎn)過程所消耗的所有?可用下式計算：

式中R1為生產(chǎn)過程中排放物處理消耗的?；R2為生產(chǎn)過程所需的?；R3為產(chǎn)品使用后轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)所需要消耗的?。過程的環(huán)境效率參數(shù)計算：式（3-3）式（3-4）〔2〕過程的環(huán)境效率參數(shù)

可持續(xù)生物圈/技術(shù)圈系統(tǒng)中資源與廢物的交換：生物圈太陽熱資源無害物質(zhì)生產(chǎn)過程排放物排放物處理產(chǎn)品使用技術(shù)圈產(chǎn)品處理產(chǎn)品使用后熱有用產(chǎn)品圖3-4可持續(xù)生物圈/技術(shù)圈系統(tǒng)中資源與廢物的交換一個過程生產(chǎn)效率在描述其可持續(xù)性時非常重要。效率越高，那么利用一定的輸入?可生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，具有更大的可持續(xù)性。一個過程的生產(chǎn)效率參數(shù)可用下式計算：（3-5）0≤η2≤1，并且E+P+IP=R2〔如圖3-4〕E表示生產(chǎn)過程中無用?的流速，P為有用產(chǎn)物的?流速；IP為過程的不可逆性的?；經(jīng)推導(dǎo)可得到Rcons同P成正比，而同〔η1×η2〕成反比，即（3-6）〔3〕過程的生產(chǎn)效率參數(shù)或（3-7）這里η=η1×η2，稱為技術(shù)圈的總體效率參數(shù)。綜上所述，一個可持續(xù)的過程應(yīng)完全使用可更新資源〔α=1〕，將所有的原料均轉(zhuǎn)化至所需的產(chǎn)品并不破壞生物域〔η=1〕。因此可定義如下一個過程的總體可持續(xù)性參數(shù)：（3-8）①計算該過程中所有原料、中間體和產(chǎn)物的?。②計算生產(chǎn)過程中排放物處理所消耗的?〔R1〕。③計算產(chǎn)品使用后處理所消耗的?〔R3〕。④計算描述可持續(xù)性的參數(shù)α、η、η1、η2、S。⑤分析與評估3.2.3可持續(xù)性分析方法與應(yīng)用實(shí)例對一個產(chǎn)品或過程進(jìn)行可持續(xù)性分析與評估的步驟如下：在計算中應(yīng)全面考慮各種不同類型的資源，特別是對于可更新資源，應(yīng)考察其在生物圈中生成時所消耗資源的可更新性。下面以乙醇生產(chǎn)為例來比較不同生成方法的可持續(xù)性。乙醇是一個廣泛使用的化學(xué)品，其可作為溶劑或化學(xué)反響試劑在工業(yè)上使用，也可作為能源用作發(fā)動機(jī)燃料。另外，利用農(nóng)作物生產(chǎn)的乙醇可用作制造各種酒類。乙醇可通過礦物資源或農(nóng)作物發(fā)酵在工業(yè)上生產(chǎn)，也可通過光電池和電解生成H2，然后同CO2反響合成。這里對這三種過程分別估算其可持續(xù)性參數(shù)，從而比較它們在可持續(xù)性方面的優(yōu)劣。〔1〕由礦物資源生產(chǎn)乙醇的過程由礦物資源〔不可更新資源〕生產(chǎn)乙醇的過程示于圖3-5中，該過程所需的輸入?、中間體?和輸出?示于表3-1。為了使該過程不影響環(huán)境，必須對過程中產(chǎn)生的廢物及產(chǎn)品使用后生成的廢物進(jìn)行處理。在本過程中，輸入的不可更新燃料被轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，如果不對CO2進(jìn)行處理，那么可引起大氣中CO2濃度的增加，從而導(dǎo)致溫室效應(yīng)。理想的可持續(xù)性處理方法為，將其轉(zhuǎn)化成原始的燃料并儲存于原來的地下位置。但該想法在技術(shù)上是無法實(shí)現(xiàn)的。一個較好的降低影像的方法為，將其儲存于地下枯竭的油井與天然氣井里，這樣CO2引起的氣候影響可被消除。因此，必須將CO2從煙道氣中別離出來并注入地下。圖3-5由礦物資源生產(chǎn)乙醇的過程石油煉制轉(zhuǎn)換乙烯天然氣動力水其他礦物資源乙醇表3-1礦物資源生成乙醇所需輸入?、中間體?、輸?出該過程中CO2的產(chǎn)生有三個來源，乙烯生產(chǎn)過程、動力產(chǎn)生過程〔由天然氣發(fā)電〕和產(chǎn)品乙醇消耗后轉(zhuǎn)化的CO2。經(jīng)計算可得R1=9.5MJ/kgEtoh〔乙烯生產(chǎn)過程+電力產(chǎn)生過程中產(chǎn)生的CO2的處理所消耗的?〕。該過程的各種描述可持續(xù)性的參數(shù)示于表3-2。〔2〕由農(nóng)作物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的過程由農(nóng)作物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇過程簡圖示于圖3-6，該過程所需的輸入、中間和輸出?示于表3-3。農(nóng)業(yè)與發(fā)酵過程中需要使用礦物資源與化石燃料以生產(chǎn)化肥、農(nóng)藥與所需的動力。因此該過程的可更新參數(shù)a≠1。農(nóng)業(yè)發(fā)酵小麥陽光種子H2O+CO2麥稈水化肥農(nóng)藥乙醇濾餅谷蛋白動力蒸汽圖3-6由農(nóng)作物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的過程表3-3農(nóng)業(yè)/發(fā)酵生產(chǎn)乙醇過程的輸入?、中間體?和輸出?經(jīng)計算可得該過程的R2=13043GJ/(ha.a)。由于該產(chǎn)物最終產(chǎn)生的CO2可在農(nóng)作物生長過程中被全部吸收，沒有凈CO2生成，因此R3=0。但在農(nóng)業(yè)過程與發(fā)酵過程中需要使用不可更新資源，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要使用的化肥、農(nóng)藥及機(jī)械功消耗的燃料，發(fā)酵過程中需要使用天然氣提供動力和產(chǎn)生蒸汽等均導(dǎo)致CO2的排放。所有這些CO2均需被處理，其消耗的?為R1=6.94GJ/(ha.a)。該過程的各種描述可持續(xù)性的參數(shù)示于表3-2。〔3〕由H2和CO2合成乙醇的過程用光太陽能電池和電解產(chǎn)生H2，然后同CO2合成乙醇的過程示于圖3-7，該過程所需的輸入、中間和輸出?示于表3-4。與農(nóng)作物發(fā)酵過程相似，該過程的R3=0。可由該過程所需的所有不可更新資源產(chǎn)生的CO2的處理?算出，R1=114GJ/(ha.a)光電池電解合成CO2分離動力熱煙道氣CO2熱動力太陽光動力資源電水H2O2水乙醇甲醇CH4CO圖3-7利用太陽能產(chǎn)H2，然后與CO2合成乙醇的過程表3-4H2/CO2

生產(chǎn)乙醇過程的輸入?、中間體?和輸出?該過程的各種描述可持續(xù)性的參數(shù)示于表3-2。〔4〕各種乙醇生產(chǎn)過程可持續(xù)性的評估與比較從表3-2可以看出，由礦物資源生產(chǎn)乙醇過程的可更新性參數(shù)幾乎為0，因而其不可能成為完全可持續(xù)的過程。該過程效率雖然較高〔η2=0.491〕，但由于其具有較低的環(huán)境效率參數(shù)〔η1=0.774〕該過程的總體效率為η=0.365，而總體的可持續(xù)性參數(shù)為0.183，是三種方法中可持續(xù)性最低的過程。農(nóng)業(yè)/發(fā)酵方法具有很高的可更新性參數(shù)〔α=0.998〕和環(huán)境效率參數(shù)〔η1=0.9995〕，但其生產(chǎn)效率很低〔η2=0.00694〕。其總體效率參數(shù)和可持續(xù)性參數(shù)分別為0.00694和0.502。利用太陽能產(chǎn)生H2，然后同CO2合成乙醇的H2/CO2合成過程同樣具有較高的可更新性參數(shù)〔α=0.911〕和環(huán)境效益參數(shù)〔η1=0.980〕。其過程效率高于農(nóng)業(yè)/發(fā)酵過程，但總體可持續(xù)性略差于農(nóng)業(yè)/發(fā)酵方法。因此，通過上述比較，農(nóng)業(yè)/發(fā)酵生產(chǎn)乙醇法具有最好的可持續(xù)性。亦可認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“綠色化〞更好的途徑。3.3清潔化途徑與方法清潔生產(chǎn)采用清潔的能源、少廢或無廢的清潔生產(chǎn)過程來生產(chǎn)對環(huán)境無害的清潔產(chǎn)品，它與綠色概念完全吻合，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色化的重要途徑之一。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署和環(huán)境規(guī)劃中心對清潔生產(chǎn)下的定義是：清潔生產(chǎn)這一術(shù)語是用來表征從原料生產(chǎn)工藝至生產(chǎn)消費(fèi)全過程的廣義的污染防治的生產(chǎn)途徑。中國21世紀(jì)議程對清潔生產(chǎn)的定義為：清潔生產(chǎn)是指既滿足人類需求又合理使用自然資源和能源并保證不危害人類和環(huán)境。教材要實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的途徑，主要是要在生產(chǎn)過程中節(jié)約，并做到減少廢物和副產(chǎn)品；改革原料到產(chǎn)品的制作過程，消除不利影響；對效勞方面，要將環(huán)境因素納入設(shè)計和所提供的效勞中去。3.3清潔化途徑與方法清潔生產(chǎn)的本質(zhì)主要表達(dá)在原料、物料、能源最少化，消除廢物，將其資源完善化，管理最合理化。即節(jié)能、降耗、減污、高產(chǎn)，同時實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一的21世紀(jì)的新的生產(chǎn)工藝。清潔生產(chǎn)的內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn)：清潔的能源，包括新能源的開發(fā)，現(xiàn)有能源的利用等，目前最重要的是節(jié)省不可再生能源的用量；清潔的原料，要求原料無毒無害，反響率高；清潔的生產(chǎn)過程，對中間產(chǎn)品要求無毒無害，盡量先燒中間產(chǎn)品的生成，多使用少產(chǎn)生肥料或無廢物生成的工藝，使用高性能的設(shè)備，減少生產(chǎn)過程中的危險因素；清潔的產(chǎn)品，設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)物不僅要具有所有需要的性能，還要對環(huán)境和生物無毒無害。就綠色化工技術(shù)而言，人們提出了5R理論來描述綠色化工技術(shù)在資源使用上的根本特征：

〔1〕減量〔Reduction

〕從省資源少污染角度提出的。減少用量、在保護(hù)產(chǎn)量的情況下提高轉(zhuǎn)化率、減少損失率。減少“三廢〞排放量。主要是減少廢氣、廢水及廢棄物〔副產(chǎn)物〕排放量，必須排放標(biāo)準(zhǔn)以下。

〔2〕重復(fù)使用〔Reuse〕

降低本錢和減廢的需要。如化學(xué)工業(yè)過程中的催化劑、載體等，從一開始就應(yīng)考慮有重復(fù)使用的設(shè)計。

〔3〕回收〔Recycling〕

回收主要包括回收未反響的原料、副產(chǎn)物、助溶劑、催化劑、穩(wěn)定劑等非反響試劑。〔4〕再生〔Regeneration〕

變廢為寶，節(jié)省資源、能源，減少污染的有效途徑。它要求化工產(chǎn)品生產(chǎn)在工藝設(shè)計中應(yīng)考慮到有關(guān)原材料的再生利用。

〔5〕拒用〔Rejection

〕

杜絕污染的最根本方法，是指對一些無法替代，又無法回收、再生和重復(fù)使用的毒副作用、污染作用明顯的原料，拒絕在化學(xué)過程中使用。一項(xiàng)清潔生產(chǎn)應(yīng)具備技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益三要素：〔1〕必須技術(shù)上可行，企業(yè)結(jié)合技術(shù)革新而選擇先進(jìn)的環(huán)保設(shè)備與技術(shù)〔2〕要到達(dá)節(jié)能、降耗、減污的目標(biāo)，滿足環(huán)境保護(hù)法規(guī)的要求〔3〕要在經(jīng)濟(jì)上能夠獲利，充分表達(dá)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益的高度統(tǒng)一。3.3.1.1產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)3.3.1實(shí)施清潔生產(chǎn)的主要途徑(1)開發(fā)清潔生產(chǎn)的途徑：①產(chǎn)品的更新設(shè)計

產(chǎn)品在生產(chǎn)中、使用中及報廢后處置均對環(huán)境無害，鼓勵生產(chǎn)綠色產(chǎn)品。這是科學(xué)性、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。②調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

從產(chǎn)品的生命周期整體設(shè)計，優(yōu)化生產(chǎn)，這需要化工行業(yè)加大研究力度。

在產(chǎn)品設(shè)計和原料選擇時，應(yīng)以保護(hù)環(huán)境為目標(biāo)，不生產(chǎn)有毒有害的產(chǎn)品，不使用有毒有害的原料，以防止原料及產(chǎn)品對環(huán)境的危害。通過預(yù)先制定措施預(yù)防污染，做到源削減。③提高產(chǎn)品的使用壽命，減少報廢

產(chǎn)品的穩(wěn)定性研究，產(chǎn)品質(zhì)量提高以及結(jié)構(gòu)改造，都有利于產(chǎn)品有效期的延長。④合理的使用功能

對產(chǎn)品功能的研究，有利于原料利用度的提高。⑤簡化包裝，易降解、易處理

產(chǎn)品報廢后，應(yīng)易處理，可降解，并且對環(huán)境無害。(2)原材料選擇：

減少有毒有害物料的使用，減少生產(chǎn)過程中的危險因素，使用可回收利用的包裝材料，合理包裝產(chǎn)品，采用可降解和易處置的原材料，合理利用產(chǎn)品功能，延長產(chǎn)品使用壽命。3.3.1.2改革生產(chǎn)工藝，更新生產(chǎn)設(shè)備，開發(fā)全新流程改革工藝和設(shè)備，包括了以下幾種情況：①局部關(guān)鍵設(shè)備的更新，采用先進(jìn)高效的設(shè)備，提高產(chǎn)量，減少廢物的產(chǎn)生。②改進(jìn)設(shè)備布局，防止操作中工件〔半成品〕傳遞帶來污染物流失，減少運(yùn)轉(zhuǎn)過程造成的產(chǎn)品損失。③生產(chǎn)線采用全新流程，建立連續(xù)、閉路生產(chǎn)流程，減少物料損失、提高產(chǎn)量、提高物料轉(zhuǎn)化率，減少廢物的生成。④工藝操作參數(shù)優(yōu)化在原有工藝根底上，適當(dāng)改變操作條件，如濃度、溫度、壓力、時間、pH值、攪拌條件、必要的預(yù)處理等，可延長工藝溶液使用壽命，提高物料轉(zhuǎn)化率，減少物料的產(chǎn)生。⑤工藝更新采用新工藝，改變落后舊工藝，采用最新的科學(xué)技術(shù)成果，如機(jī)電一體化技術(shù)、高效催化技術(shù)、生化技術(shù)、膜別離技術(shù)等，從而提高物料利用率，從根本上杜絕廢物的產(chǎn)生。⑥配套自動控制裝置實(shí)現(xiàn)過程的優(yōu)化控制，防止人為產(chǎn)生的誤操作，減少污染物的產(chǎn)生。

實(shí)施清潔生產(chǎn)要求流失的物料必須加以回收，返回到流程中或經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗笞鳛樵匣赜茫脑贤度氲綇U物循環(huán)回收利用的生產(chǎn)閉合圈，使工業(yè)生產(chǎn)不對環(huán)境造成任何危害。

化工企業(yè)的廠內(nèi)物料循環(huán)有以下幾種形式：

①將回收流失物料作為原