Échale un vistazo según convenga.
Hoy en día, la química se está desarrollando muy rápidamente. En el siglo XX se descubrieron y sintetizaron más de 22,85 millones de compuestos, 41 veces más que todos los compuestos descubiertos anteriormente combinados. Sin embargo, "los químicos son demasiado modestos" y los brillantes logros de la química en el siglo XX no han sido reconocidos por la sociedad.
1 Retos de la química
1.1 La imagen de la química está siendo sepultada por el gran éxito de sus materias interdisciplinares.
La química es una ciencia fundamental. La química está estrechamente relacionada con las ocho ciencias nacientes, como la vida y los materiales, y ha producido muchos temas interdisciplinarios importantes. Sin embargo, la imagen de la química como disciplina central se ha visto eclipsada por sus grandes logros interdisciplinarios. La química es una ciencia central importante, pero no se toma en serio y la sociedad la considera la ciencia de la dama de honor.
1.2 La química se está viendo afectada por diversos problemas de contaminación ambiental.
Si bien el desarrollo de la química continúa promoviendo el progreso humano, también hace posible objetivamente la contaminación ambiental. Sin embargo, el factor decisivo sigue siendo el factor humano. Al final, este problema debe resolverse mediante la comprensión humana. Algunos fenómenos medioambientales famosos están relacionados principalmente con la química, como el agujero de la capa de ozono, la contaminación blanca, la lluvia ácida, la eutrofización del agua, etc. Por otra parte, es obviamente injusto atribuir todos los problemas ambientales a causas químicas, como la deforestación, las tormentas de arena y la quema de carbón. Por supuesto, esto está relacionado con el hecho de que la química no ha establecido su propia marca. En los primeros procesos químicos, el tratamiento de los gases y residuos residuales no se consideraba en absoluto, por lo que muchos procesos químicos causaban contaminación ambiental. Hoy en día, algunas personas consideran la química y la industria química como una fuente de contaminación. La gente comienza a odiar la química y luego le tiene un miedo inexplicable. Como resultado, todos los alimentos que contienen "aditivos artificiales" se han vuelto impopulares y algunos fabricantes de cosméticos han enfatizado repetidamente que dichos productos no contienen ninguna "sustancia química". De hecho, todos estos son prejuicios contra la química, pero son los químicos quienes monitorean, analizan y gestionan el medio ambiente.
2 La química verde es una elección inevitable para afrontar los desafíos
La ciencia no sólo debe comprender el mundo y transformarlo, sino también protegerlo. Lo mismo ocurre con la química. Para hacer frente a los desafíos que enfrenta la química, es urgente defender la química verde.
2.1 Concepto de Química Verde
La química verde, también conocida como química respetuosa con el medio ambiente, química respetuosa con el medio ambiente o química limpia, se refiere a reacciones y procesos químicos basados en el principio de "economía atómica". ", es decir, en química Durante la reacción, cada átomo de materia prima que participa en la reacción se utiliza por completo para obtener nuevas sustancias, y se utilizan medios científicos para prevenir la contaminación al principio. Por lo tanto, el proceso y la terminal son cero emisiones y cero Contaminación. Es una forma de prevenir la contaminación desde la fuente de la química. La química verde es diferente de la protección del medio ambiente. La química verde no controla pasivamente la contaminación ambiental, sino que previene proactivamente la contaminación química, cortando así fundamentalmente la fuente de contaminación. Por lo tanto, la química verde es un nivel superior de química respetuosa con el medio ambiente.
2.2 El surgimiento y antecedentes de la química verde
Hoy en día, el concepto de desarrollo sostenible ha sido generalmente reconocido por el mundo. Hace hincapié en el desarrollo coordinado de la población, la economía, la sociedad, el medio ambiente y los recursos, lo que significa no sólo desarrollar la economía, sino también proteger los recursos naturales y el medio ambiente para que las generaciones futuras puedan desarrollarse de forma sostenible. La química verde es una teoría del desarrollo sostenible basada en el desarrollo armonioso del hombre y la naturaleza. En 1984, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos propuso la "minimización de residuos", que era la idea original de la química verde. En 1989, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos propuso el concepto de "prevención de la contaminación". En 1990, el gobierno federal de Estados Unidos aprobó la Ley de Acción para el Control y la Prevención de la Contaminación, estableciendo la prevención y el control de la contaminación como una política nacional. El término "química verde" apareció por primera vez en las disposiciones de esta ley. En 1992, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos publicó la Estrategia de Prevención de la Contaminación. Desde 65438 hasta 0995, el gobierno de los EE. UU. estableció el "Premio al Desafío de Química Verde del Presidente". Del 65438 al 0999, la Royal Society of Chemistry fundó la primera revista internacional de química verde, lo que marcó el surgimiento oficial de la química verde. China también se mantiene a la vanguardia del desarrollo químico mundial. En 1995, el Departamento de Química de la Academia de Ciencias de China identificó temas de consultoría en tecnología y química verde para los académicos.
2.3 El contenido central de la química verde
La economía atómica es el contenido central de la química verde.
Este concepto fue propuesto por primera vez por Trost, un famoso químico orgánico de la Universidad de Stanford en Estados Unidos, en 1991 (por el cual ganó el premio académico "President's Green Chemistry Challenge Award" de 1998), es decir, ¿qué porcentaje de los átomos en la Las moléculas de materia prima se convierten en productos. La reacción económica atómica ideal es convertir 100 átomos de las moléculas de la materia prima en productos sin producir subproductos ni desechos, logrando una "emisión cero" de desechos. Usó la utilización de átomos para medir la economía atómica de una reacción y creía que la síntesis orgánica eficiente debería maximizar el uso de cada átomo de las moléculas de materia prima y combinarlas con las moléculas objetivo. La reacción átomo-económica de la química verde tiene dos ventajas obvias: una es maximizar la utilización de materias primas y la otra es minimizar la emisión de desechos. La expresión de la tasa de utilización atómica es:
Tasa de utilización atómica = (suma de la cantidad esperada de la fórmula del producto/cantidad de la fórmula del material de reacción) × 100
Por ejemplo, peróxido de hidrógeno no contaminante. El oxidante se puede preparar mediante el método de la etilantraquinona, es decir, el hidrógeno y el oxígeno se sintetizan directamente bajo la catálisis de 2-etilantraquinona y Pd, y la 2-etilantraquinona se puede reciclar. La tasa de utilización atómica de esta reacción es 100, lo que refleja la economía atómica, reduce la generación y emisión de desechos y es un ejemplo típico de emisión cero.
2.4 12 Principios de la Química Verde y Principios de las 5R
Para describir brevemente los puntos principales de la química verde, P.T Anastas y J.C. Waner propusieron una vez 12 Principios de la Química Verde, que tendrán un impacto positivo en nuestra futura investigación en química verde. Tiene un cierto papel rector.
1. Prevención - Es mucho mejor prevenir la generación de residuos que tratarlos y depurarlos tras generación.
II. Hablando de economía atómica: dicho plan de síntesis debe diseñarse de manera que los materiales utilizados en el proceso de reacción puedan ingresar al producto final en la mayor medida posible.
Tres. Se producen reacciones sintéticas menos peligrosas: en cualquier caso, utilice métodos viables para seleccionar o producir sólo sustancias que sean menos tóxicas para los seres humanos o el medio ambiente.
IV.Diseñar para que los productos químicos generados sean seguros - Diseñar los productos de las reacciones químicas no sólo para que tengan las propiedades requeridas, sino también para que tengan una toxicidad mínima.
ⅴ Los disolventes y excipientes son más seguros; trate de no utilizar excipientes inofensivos (como disolventes o precipitantes) como último recurso.
VI. En el diseño, el uso de la energía debe centrarse en la eficiencia, reduciendo al máximo la energía necesaria para los procesos químicos, teniendo en cuenta al mismo tiempo los beneficios medioambientales y económicos. El proceso de síntesis se lleva a cabo a temperatura y presión atmosféricas siempre que sea posible.
ⅶ. Utilizar materias primas reciclables - Siempre que sea técnica y económicamente viable, las materias primas deben reciclarse en lugar de estropearse.
ⅷ Minimizar las reacciones de derivatización - Debemos evitar o reducir al máximo las reacciones de derivatización redundantes (cambiando temporalmente el proceso físico y químico para proteger grupos o eliminar protección), porque estos pasos requieren la adición de algunos reactivos, también produce residuos.
ⅸ. Catálisis: el catalizador (lo más selectivo posible) es más importante que la cantidad estequiométrica de reactivos.
ⅹ. Degradación del diseño: los productos producidos según el diseño pueden descomponerse en productos de degradación inofensivos después de completar sus funciones efectivas y no continuarán existiendo en el medio ambiente.
VII.El proceso de prevención de la contaminación se puede analizar en tiempo real; se deben desarrollar continuamente métodos de análisis para monitorear los análisis y los procesos en tiempo real, especialmente el control de sustancias peligrosas.
Especialmente desde la seguridad de las reacciones químicas para prevenir accidentes: en los procesos químicos, la selección de reactivos (incluidas sus formas específicas) debe centrarse en reducir los peligros químicos, incluidas las emisiones, las explosiones y la posibilidad de accidentes. se minimiza.
Para expresar más claramente los requisitos de la química verde para la utilización de recursos, se ha propuesto la teoría de las 5R:
1. Reducción: la reducción se produce desde la perspectiva de ahorrar recursos y reducir. Contaminación. Ángulo propuesto. Una de las formas efectivas de reducir la dosis y cómo reducirla mientras se protege el rendimiento es aumentar la tasa de conversión y reducir la tasa de pérdida. ② Reducir la emisión de los “tres residuos”. El objetivo principal es reducir las emisiones de gases de escape, aguas residuales y desechos (subproductos), que deben ser inferiores a los estándares de emisión.
Dos. Reutilizar - Reutilizar Reutilizar Es la necesidad de reducir costes y residuos. Por ejemplo, los catalizadores y portadores de la industria química deben diseñarse para su reutilización desde el principio.
Tres. La recuperación-reciclaje incluye principalmente: recuperación de materias primas sin reaccionar, subproductos, cosolventes, catalizadores, estabilizadores y otros reactivos no reactivos.
VI.Regeneración - La regeneración es una forma eficaz de convertir los residuos en tesoro, ahorrar recursos y energía y reducir la contaminación. Requiere considerar el reciclaje de materias primas en el diseño del proceso de producción de productos químicos.
ⅴ. Rechazo - El rechazo es la forma más fundamental de eliminar la contaminación. Se refiere a la negativa a utilizar determinadas materias primas irreemplazables, no reciclables, no renovables y no reutilizables con evidentes efectos secundarios tóxicos y contaminación.
3 Perspectivas de desarrollo de la química verde
3.1 La ecologización de las materias primas de reacción significa que las materias primas de reacción cumplen con el principio de las 5R.
3.2 Reacciones atómicas-económicas En la producción de materias primas orgánicas básicas, han aparecido algunos ejemplos de reacciones atómicas-económicas, como la hidroformilación de propileno para producir butiraldehído, la carbonilación de metanol para producir ácido acético, butadieno y hidrógeno Síntesis de adiponitrilo a partir de ácido ciánico.
3.3 El método de síntesis eficiente no implica separación. La síntesis eficiente en varios pasos es sin duda una parte importante de la tecnología limpia.
3.4.Mejorar la selectividad de la síntesis dirigida por reacción como la síntesis asimétrica.
3.5. Catalizadores respetuosos con el medio ambiente Por ejemplo, en la reacción de craqueo del n-hexano, el ácido sólido SiO_2-AlCl_3 tiene mejor selectividad y menos corrosividad que el AlCl_3 ordinario.
3.6. Los métodos físicos promueven reacciones químicas como la iniciación por microondas y la promoción de la reacción de Diels Alder, el reordenamiento de Claisen, la condensación y muchas otras reacciones orgánicas importantes.
3.7. Reacciones químicas orgánicas enzimáticas Las reacciones químicas orgánicas enzimáticas tienen las características de alta eficiencia, selectividad, condiciones de reacción suaves y respeto al medio ambiente.
3.8 La contaminación química de los disolventes no sólo proviene de las materias primas y productos, sino que también está relacionada con los disolventes utilizados en los medios de reacción, separaciones y formulaciones. El estudio de alternativas a los disolventes volátiles tóxicos es una importante dirección de investigación en química verde. Los ejemplos incluyen fluidos supercríticos, síntesis orgánica acuosa y disolventes de sales fundidas a temperatura ambiente.
3.9 Diseño y simulación de química verde asistido por ordenador En el campo de la química y la ingeniería química, los ordenadores se han utilizado ampliamente en muchos aspectos, como el análisis de actividad estructural, el análisis estructural, la predicción de la reactividad, el diagnóstico y el control de fallos. , etc. No hay duda de que las computadoras han facilitado un desarrollo más rápido de la química verde para encontrar rutas de reacción óptimas, optimizar procesos químicos y diseñar productos.
3.10 Plásticos biodegradables, pesticidas ecológicos, combustibles ecológicos, pinturas ecológicas, sustitutos de clorofluorocarbonos y otros productos ecológicos.
La química verde ha inyectado nueva vitalidad al desarrollo de la química, y la química tendrá un gran potencial en el siglo XXI.