Зеленая химия

Зеленая химия, также известная как устойчивая химия, — это отрасль химии, которая сосредотачивается на разработке продуктов и процессов, которые уменьшают использование и производство опасных веществ. Ее цель — создать более экологически чистые и эффективные химические процессы. Этот подход подчеркивает снижение отходов, использование более безопасных химических веществ и предотвращение загрязнений на источнике, а не очистку отходов после их производства.

Принципы зеленой химии

Зеленая химия регулируется 12 принципами, разработанными Полом Анастасом и Джоном Уорнером в 1998 году. Эти принципы служат основой для химиков в разработке более безопасных продуктов и процессов. Вот они:

1. Предупреждение: Лучше предотвратить образование отходов, чем обрабатывать или очищать их после того, как они образованы.
2. Атомная экономия: Следует разрабатывать синтетические методы, чтобы максимизировать включение всех материалов, используемых в процессе, в конечный продукт.
3. Менее опасный химический синтез: Проектирование должно использовать и производить материалы с низкой или отсутствующей токсичностью для человека и окружающей среды.
4. Дизайн более безопасных химикатов: Химические продукты должны быть разработаны для выполнения своей функции, будучи при этом максимально нетоксичными.
5. Безопасные растворители и вспомогательные вещества: По возможности использование вспомогательных веществ должно быть отменено, а когда используются, они должны быть безвредными.
6. Дизайн для энергоэффективности: Требования к энергии должны быть минимизированы, и процессы должны происходить при комнатной температуре и давлении, где это возможно.
7. Использование возобновляемых сырьевых материалов: Где это технически и экономически выполнимо, сырье должно быть возобновляемым, а не исчерпаемым.
8. Минимизация дериватизации: Необходимость дополнительных реакций должна быть минимизирована или избегаться по возможности, поскольку они обычно требуют дополнительных реагентов и могут создавать отходы.
9. Катализ: Каталитические реагенты (максимально селективные) предпочтительнее стехиометрических реагентов.
10. Дизайн для деградации: Химические продукты должны быть разработаны так, чтобы при завершении их функции они разлагались на безвредные деградируемые продукты.
11. Анализ в реальном времени для предотвращения загрязнений: Аналитические методы должны быть дополнительно развиты для мониторинга и управления в процессе в режиме реального времени до образования опасных веществ.
12. Изначально более безопасные химические вещества для предотвращения аварий: Вещества и их формы должны быть выбраны таким образом, чтобы минимизировать вероятность химических аварий, включая взрывы, пожары и выбросы в окружающую среду.

Применение в промышленной химии

Зеленая химия используется в различных отраслях, включая фармацевтику, агрохимию, краски и покрытия, пластики и многое другое. Ниже приведены некоторые примеры того, как принципы зеленой химии применяются в промышленности:

1. Органический синтез

В фармацевтической промышленности синтез сложных молекул часто включает множество этапов и опасных химикатов. Применяя принципы зеленой химии, такие как атомная экономия и менее опасный синтез, компании могут сокращать отходы и повышать безопасность.

Традиционный синтез: A + B -> AB Отходы = C Зеленый синтез: A + B -> AB (минимум побочных продуктов)

2. Выбор растворителя

Многие химические процессы традиционно используют опасные органические растворители. В зеленой химии могут быть использованы более безопасные растворители, такие как вода или сверхкритический _CO2, чтобы уменьшить токсичность.

3. Катализ

Катализаторы — это вещества, которые могут увеличивать скорость реакции, не расходуясь при этом. Зеленая химия акцентирует внимание на использовании катализаторов вместо стехиометрических реагентов, что помогает экономить ресурсы и снижать образование отходов. Например, использование ферментов как биокатализаторов в промышленных процессах повышает специфичность и работает при мягких условиях.

4. Возобновляемое сырье

Использование возобновляемых сырьевых материалов становится все более популярным, поскольку индустрии отходят от невозобновляемых нефтяных ресурсов. Один из примеров — производство полимолочной кислоты (PLA) из кукурузного крахмала, который является биоразлагаемой альтернативой пластику.

Традиционный пластик: Нефть -> Пластик Зеленый пластик (PLA): Крахмал (кукуруза) -> Молочная кислота -> PLA (биоразлагаемый)

5. Энергоэффективность

Химические реакции часто потребляют много энергии. Зеленая химия поощряет проведение реакций при комнатных температурах и давлениях для экономии энергии. Одним из примеров этого является использование микроволнового синтеза, который может снизить энергопотребление и сократить время реакции.

Изучение вопроса

Чтобы понять реальное влияние зеленой химии, давайте рассмотрим некоторые примеры из практики:

1. Сверхкритический _CO2 в кофейной промышленности

Традиционно кофеин извлекается из кофейных зерен с использованием таких растворителей, как метиленхлорид. Однако использование сверхкритического _CO2 позволяет извлекать кофеин гораздо более безопасным и экологически чистым способом.

Традиционный метод: Кофейные зерна + Метиленхлорид (растворитель) -> Безкофеиновый кофе Зеленый метод: Кофейные зерна + Сверхкритический CO 2 -> Безкофеиновый кофе

_CO2

2. Полимеры на биологической основе

Компания NatureWorks LLC стала пионером в производстве полимеров на биологической основе, полимолочной кислоты (PLA), из возобновляемых ресурсов, таких как кукуруза. Этот подход помогает снизить углеродный след пластиков.

Проблемы и будущее направление

Хотя зеленая химия обладает огромным потенциалом, она также сталкивается с несколькими проблемами:

• Стоимость: Зеленые методы иногда могут быть дороже традиционных, что может быть барьером для их внедрения.
• Технические барьеры: Разработка зеленых процессов, соответствующих эффективности и характеристикам традиционных методов, может быть технически сложной.
• Принятие на рынке: Осознание потребителями и индустриями преимуществ зеленой химии критично для ее широкого внедрения.

Заключение

Зеленая химия представляет собой переход к более устойчивым и экологически дружественным химическим производственным процессам. Акцентируя внимание на предупреждении, эффективности и использовании более безопасных веществ, зеленая химия предлагает основу для разработки химических продуктов, способствующих более устойчивому миру. По мере развития технологий и роста осознания ожидается расширение применения принципов зеленой химии, стимулируя инновации в химической индустрии.

Комментарии