可持续化学实践

可持续化学实践在当今世界中非常重要，以确保我们使用的化学过程和产品不会对环境造成危害，并可为后代所用。这一主题是环境化学的一个重要组成部分，主要关注环境问题的化学方面。在本课中，我们将探讨可持续化学实践是什么、它们为什么重要以及如何在各个行业中应用。

什么是可持续化学？

可持续化学，通常也称为绿色化学，是化学的一门学科，旨在设计减少或消除有害物质使用和生产的化学产品和过程。目标是创造出不仅高效和经济，而且环保的过程。它包括化学物质生命周期的每一个阶段，从制造到处置。

为什么可持续化学很重要？

可持续化学实践的重要性体现在以下几个方面：

• 环境保护：可持续性减少了可能损害空气、水和土壤的污染物。
• 资源效率：通过更有效地使用资源，可持续实践有助于节约不可再生资源。
• 经济利益：可持续化学可以通过提高效率和减少废物来节省成本。
• 健康与安全：减少有害物质的使用有助于保护人类和动物健康。

绿色化学的十二项原则

绿色化学以十二项原则为指导，这些原则为该领域的创新和创造力提供了框架。

1. 预防：防止废物的产生比产生后进行处理或清除要更好。
2. 原子经济性：这一原则强调将过程中使用的所有材料都整合到最终产品中。原子经济性差的一个例子是在化学反应中使用大量试剂，而只有一小部分用于最终产品。
3. 低毒性化学合成：设计化学合成以使用和生产对人类健康和环境低毒或无毒的物质。
4. 设计更安全的化学品：化学产品必须设计为既能执行其预期功能，又尽可能无毒。
5. 更安全的溶剂和辅料：尽可能避免使用辅料（如溶剂、分离剂），在必须使用时应使其无害。
6. 节能设计：尽量减少能量需求，如有可能，在常温和常压下操作合成方法。
7. 使用可再生原料：原料在技术和经济可行时应是可再生的。
8. 减少衍生成分：尽量减少或避免化学合成中不必要的衍生成分（如保护/去保护）。
9. 催化作用：催化试剂（尽可能选择性强）优于计量试剂。
10. 可降解设计：化学产品应设计为使用后降解为无害物质，以免在环境中累积。
11. 实时分析以防止污染：开发允许在生成有害物质之前进行实时过程监控和控制的方法。
12. 本质安全化学以防止事故：设计化学品及其转化过程，以尽量减少发生化学事故（包括排放、爆炸和火灾）的可能性。

可持续化学的例子和应用

在许多现实世界中可持续化学实践的应用实例：

使用可再生原料

绿色化学的一项原则是使用可再生材料。例如，生物基塑料是由可再生资源如玉米淀粉或甘蔗制成的。这些塑料被设计为可生物降解，意味着它们可以在环境中自然分解。

案例研究：玉米生物塑料

让我们来看一个玉米生物塑料生产的例子：

C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD + → 2 CH 3 CHOHCOOH + 2 ATP + 2 NADH

这一过程是通过发酵将葡萄糖（来自玉米淀粉）转化为乳酸，然后可以转化为聚乳酸（PLA），一种可生物降解的塑料。

安全溶剂

传统上，一些用于化学过程的溶剂可能对环境和人类健康有害。可持续化学专注于寻找更安全的替代品。例如，用水、超临界_CO2或离子液体代替有毒有机溶剂，可以大大减少环境影响。

可持续化学的教育倡议

将可持续化学纳入教育对于建设更美好的未来至关重要。现在，学校和大学都提供专门聚焦于这一领域的课程和项目。这些项目教导学生如何通过应用绿色化学的原则来开发可持续解决方案。

例如，化学学生可能会被要求开发一种使用无毒材料的实验室实验或寻找减少学校实验室废物的方法。

挑战和未来前景

尽管可持续化学实践具有显著的利益，但也面临挑战：

• 成本：最初，由于研发成本，可持续化学实践可能更昂贵。然而，它们可以带来长期节省。
• 技术局限：对某些化学过程，目前尚无可用的可持续替代品，这需要进一步的创新和研究。
• 法规问题：可能需要解决法规障碍，以广泛实施新的可持续化学解决方案。

可持续化学的未来前景广阔。技术进步和对环境问题日益增加的认识正在推动新方法和材料的发展。政府和行业正在加大研究和开发的投资，以克服现有障碍。随着这些进步的继续，可持续化学可能会成为所有化学过程的一个组成部分。

结论

可持续化学实践对于确保化学的安全、高效和负责任的环境方法至关重要。通过遵循绿色化学的原则，我们可以减少化学过程对地球的负面影响，并朝着可持续的未来迈出重要的一步。教育、创新和政策支持将是推动这些实践在世界各地行业中的关键因素。

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