阅读资料　环境化学和绿色化学

（一）大气污染与环境化学

环境问题是当前世界面临的重大问题之一。酸雨、全球气候变暖与臭氧层的破坏是当前困扰世界的三个全球性大气污染问题。环境化学主要研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法。

干燥清洁空气的组成在地球表面的各处几乎是一致的，可以看成大气中自然不变的组成，或称为大气的本底值，见表2-2。有了这个组成就可以容易地判定大气中的外来污染物。

近半个多世纪以来，随着工业和交通运输的迅速发展，人类向大气中大量排放烟尘、有害气体、金属氧化物等，使某些物质的浓度超过它们的本底值，并对人及动植物等产生有害的效应，这就是大气污染。人为排放的大气污染物中，量多且危害较大的主要有颗粒物质、硫氧化物、氮氧化物、CO和烃类化合物（或简写为HC）和氟利昂等。

限制污染的具体技术的选择要根据污染物的种类、污染物生成的过程以及所要求的洁净程度而定。比如，可以通过烟气脱硫、燃料预先脱硫和燃烧过程中脱硫等方式实现对硫的控制。再如，控制汽车尾气有害物排放的方法，可以用机内净化（改进发动机使污染物产生量减少），也可以用机外净化（在发动机外对排出的废气进行净化治理）。机内净化是解决问题的根本途径，是重点研究的方向。机外净化的主要方法，从化学上看就是催化净化法，其关键是寻找耐高温的高效催化剂，最理想的方法是利用三效催化尾气转化器，同时完成CO、HC的氧化和还原反应。主要反应可表示为：

当前Pt、Pd、Ru催化剂（CeO2为助催化剂，耐高温陶瓷为载体）可使尾气中有害物质转化率超过90％。

臭氧是大气中的一种自然微量成分（见表2-1），臭氧层存在于平流层中，主要分布在距地面15～35km范围内，浓度峰值在25km处附近，最高浓度为10mL。若把O3集中起来并矫正到标准状态，其气层厚度也不足0.45cm。就是这个臭氧层能吸收99％以上来自太阳的紫外线，保护了人类和生物免遭紫外辐射的伤害。

不幸的是，现在人类排入大气的某些物质与臭氧发生作用，导致了臭氧的损耗，引起了臭氧层空洞。这些物质主要有CFC、哈龙等。氟利昂CFC中主要是CFC-11和CFC-12，化学式分别是CFCl3和CF2Cl2；哈龙中主要有哈龙-1301、1211、2402。

美国罗兰（Rowland）于1974年首先提出氟利昂等物质破坏大气平流层中臭氧层的理论。由于氟利昂很稳定，在低层大气中可长期存在（寿命约为几十年甚至上百年），还未来得及分解即穿过对流层进入平流层（包括哈龙等），在短波紫外线的作用下分解成Cl、Br、HO等活泼自由基，可作为催化剂引起链反应，促使臭氧分解。导致臭氧层破坏的氯催化反应过程可表示为：

其中O2也是光解（）的产物。反应中催化活性物种Cl本身不变。反应中一个氯原子能破坏10万个分子，而溴原子破坏臭氧层的能力比氯原子还要强。

氯原子主要来自氟利昂的光分解，溴原子来自哈龙的光分解（在平流层较强紫外线作用下），例如：

大气中臭氧层的损耗，主要是由消耗臭氧的物质引起，因此必须对这些物质的生产及消费量加以限制。

（二）清洁生产和绿色化学

若能从废弃物的末端处理改变为生产全过程的控制，这是符合可持续发展方向的一个战略性转变。清洁生产、绿色化学等就是这样的先进科学技术。

清洁生产通常是指在产品生产过程和预期消费中，既合理利用自然资源，把对人类和环境的危害减至最小，又能充分满足人类需要，使社会经济效益最大化的一种生产模式。清洁生产的环境经济效益远远超过工业污染末端控制。

绿色化学是一种以保护环境为目标来设计、生产化学产品的一门新兴学科，是一门从源头上阻止污染的化学。它用化学的技术和方法减少或消灭那些对人类健康、安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的产生和使用。绿色化学为传统化学工业带来革命性的变化，化学家不仅要研究化学产品生产的可行性，还要设计符合绿色化学要求、不产生或减少污染的化学过程。这给化学发展和化学家带来了重大机遇和挑战，1996年美国设立了“总统绿色化学挑战奖”。

近年来，开发新的“原子经济性”反应已成为绿色化学研究的热点之一。理想的原子经济性反应是原料分子中的原子100％地转变为产物，不产生副产物或废物，实现废物的零排放。例如，重要的有机合成中间体环氧乙烷的生产，从经典的氯醇（二次制备）法改为银催化乙烯直接氧化（一步）法，原子利用率从25％提高到100％，理论上没有废物产生。

（1）经典氯醇法

原子利用率=44/173×100％=25％

（2）现代直接氧化法

原子利用率=100％

目前环境工程领域中的清洁生产是改变以往的三废末端处理为对生产全过程控制、提高原子利用率、实行少排废甚至零排放的符合可持续发展战略的先进科学技术，环境的治理和保护同样重要，从小事做起，保护我们的环境，就是保护我们生存的空间。