2.10: Основні принципи зеленої хімії

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19068

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

З попереднього обговорення повинно бути очевидно, що існують певні основні принципи зеленої хімії. Деякі публікації визнають «дванадцять принципів зеленої хімії». ² У цьому розділі розглядаються основні з них.

Як добре знає кожен, хто коли-небудь проливав вміст харчового контейнера на підлогу, краще не робити безладу, ніж прибирати його після виготовлення. Що стосується зеленої хімії, це основне правило означає, що запобігання відходів набагато краще, ніж очищення відходів. Недотримання цього простого правила призвело до більшості проблемних небезпечних відходів, які сьогодні викликають проблеми у всьому світі.

Одним з найбільш ефективних способів запобігання утворенню відходів є забезпечення того, щоб, наскільки це можливо, всі матеріали, що беруть участь у виготовленні продукту, повинні бути включені в кінцевий продукт. Тому практика зеленої хімії значною мірою стосується включення всієї сировини в продукт, якщо це взагалі можливо. Ми, швидше за все, не віддамо перевагу рецепту їжі, який генерував багато неїстівного побічного продукту. Ця ж ідея стосується і хімічних процесів. У цьому відношенні концепція атомної економіки, розглянута в розділі 2.6, є ключовим компонентом зеленої хімії.

Слід уникати використання або генерації речовин, які становлять небезпеку для людини та навколишнього середовища. До таких речовин відносяться токсичні хімічні речовини, які можуть бути небезпечними для працівників. Вони включають речовини, які, ймовірно, стануть забруднювачами повітря або води і завдають шкоди навколишньому середовищу або організмам у навколишньому середовищі. Тут особливо міцний зв'язок між зеленою хімією та хімією навколишнього середовища.

Хімічні засоби повинні бути максимально ефективними за призначенням, але з мінімальною токсичністю. Практика зеленої хімії робить значний прогрес у розробці хімічних речовин і нових підходів до використання хімічних речовин, таких, що ефективність зберігається і навіть посилюється в той час як токсичність знижується.

Хімічний синтез, а також багато виробничих операцій використовують допоміжні речовини, які не входять до складу кінцевого продукту. У хімічному синтезі така речовина складається з розчинників, в яких проводяться хімічні реакції. Інший приклад полягає в розділенні агентів, які дозволяють відокремити продукт від інших матеріалів. Оскільки ці види матеріалів можуть виявитися відходами або (у випадку деяких токсичних розчинників) представляти небезпеку для здоров'я, використання допоміжних речовин слід мінімізувати і бажано повністю уникати.

Енергоспоживання створює економічні та екологічні витрати практично у всіх процесах синтезу та виробництва. У більш широкому сенсі видобуток енергії, такої як викопне паливо, відкачане з землі або викопане з землі, має значний потенціал завдати шкоди навколишньому середовищу. Тому енергетичні потреби повинні бути зведені до мінімуму. Один із способів, яким це можна зробити, - це використання процесів, що відбуваються поблизу умов навколишнього середовища, а не при підвищеній температурі або тиску. Одним з успішних підходів до цього стало використання біологічних процесів, які через умови, в яких ростуть організми, повинні відбуватися при помірних температурах і при відсутності токсичних речовин. Такі процеси розглядаються далі в розділах 13 і 14.

Сировина, видобута з землі, виснажується тим, що існує кінцевий запас, який не можна поповнити після їх використання. Отже, де це можливо, замість виснажуваної сировини слід використовувати відновлювану сировину. Як обговорювалося далі в розділі 14, сировина з біомаси є дуже сприятливою в тих додатках, для яких вони працюють. Для виснаження сировини слід практикувати переробку в максимально можливій мірі.

При синтезі органічної сполуки (див. Главу 6) часто необхідно модифікувати або захищати групи на органічній молекулі в процесі синтезу. Це часто призводить до утворення побічних продуктів, які не включені в кінцевий продукт, наприклад, коли захисна група зв'язується з певним місцем на молекулі, а потім видаляється, коли захист групи більше не потрібен. Оскільки ці процеси генерують побічні продукти, які можуть вимагати утилізації, слід уникати використання захисних груп при синтезі хімічних речовин, наскільки це можливо.

Реагенти повинні бути максимально вибірковими за своєю специфічною функцією. У хімічній мові це іноді виражається як перевага селективних каталітичних реагентів перед неселективними стехіометричними реагентами.

Продукти, які повинні бути розпорошені в навколишнє середовище, повинні бути призначені для швидкого руйнування на нешкідливі продукти. Одним з найстаріших, але все ж одним з кращих прикладів цього є модифікація поверхнево-активної речовини в побутових миючих засобах через 15 або 20 років після того, як вони були введені для широкого споживання з метою отримання продукту, який піддається біологічному розкладанню. Спочатку використовувана погано біологічно розкладається поверхнево-активна речовина спричинила серйозні проблеми піноутворення на очисних спорудах та забруднення водопостачання. Проблема вирішила синтез біорозкладного замінника.

Ретельний контроль хімічних процесів в режимі реального часу має важливе значення для ефективної, безпечної роботи з мінімальним виробництвом відходів. Ця мета стала набагато більш досяжною завдяки сучасним комп'ютеризованим елементам управління. Однак для цього потрібні точні знання концентрацій матеріалів в системі, що вимірюються на постійній основі. Тому успішна практика зеленої хімії вимагає в режимі реального часу методів моніторингу в процесі в поєднанні з управлінням процесом.

Аварії, такі як розливи, вибухи та пожежі, є основною небезпекою в хімічній промисловості. Ці інциденти не тільки потенційно небезпечні самі по собі, вони, як правило, поширюють токсичні речовини в навколишнє середовище та збільшують вплив цих речовин на людей та інших організмів. З цієї причини найкраще уникати використання або утворення речовин, які, ймовірно, будуть бурхливо реагувати, горіти, нарощувати надмірний тиск або іншим чином викликати непередбачені інциденти у виробництві процес.

Принципи, викладені вище, більшою мірою розроблені в решті частини книги. Їх слід мати на увазі при покритті пізніших розділів.