第1篇:绿色化学及其发展概述

　　1绿色化学的概念

　　绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学.绿色化学即是用化学的技术和方法去避免或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用，同时也要在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物.绿色化学是当今国际化学学科的研究前沿，是具有明确社会需求和科学目标的新兴交叉学科.从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它合理利用资源和能源，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求.

　　1.1绿色化学的12条原则

　　目前，国际化学界公认，s和提出的12条原则是衡量一个化学反应、一条合成路线、一个生产过程、一种物质是不是绿色的标准，其内容如下：

　　1.    最好是防止废物的产生而不是产生后再处理

　　2.    合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入最终产物中；

　　3.    只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性最小；

　　4.    设计的化学产品应在保持原有功效的同时，尽量使其无毒或毒性最小；

　　5.    应尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等)，若一定要用，应使用无毒物质；

　　6.    能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受；

　　7.    只要技术和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；

　　8.    应尽量避免不必要的衍生过程(如基团的保护与去保护，物理与化学过程的临时性修改等)；

　　9.    尽量使用选择性高的催化剂，而不是靠提高反应物的配料比；

　　己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产物；

　　11.    分析方法也需要进一步研究开发，能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成；

　　12.    —个化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减小实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等.

　　1.2绿色化学的科学思想和基本原理

　　绿色化学的的基本出发点就是要遵循工业生态学原理，考虑产品生命周期全过程从生产的原料一直到产品的生产、使用、副产品的回收利用、废弃物的处置等各环节不产生或尽量少产生环境污染.1T绿色化学的核心内容

　　绿色化学的核心内容之一是“原子经济性”，即充分利用反应物中的各个原子.例如，高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中，从而达到零排放.

　　绿色化学的核心内容之二是其内涵应体现在5个“R”上：Reduction(减少用量，指原料)；Reuse(重复使用，指催化剂、溶剂等）R?yding(可回收，指溶剂等)；Regeneration(能再生，即变废为宝)；Rejec-tion(排斥有毒物，指不使用有毒物）.

　　2发达国家及我国绿色化学发展概况2T美国

　　1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令.该行动鼓励工业界和化学界的化学工作者去研究新的技术和方法，以避免产生和使用有害物质.1991年，“绿色化学”由美国化学会(ACS)提出并成为美国环境保护局（EPA)的中心口号.1995年，美国总统克林顿设立了一个新奖项“总统绿色化学挑战奖”.从1996年开始，每年对在绿色化学方面做出重要贡献的化学家和企业颁奖.奖励内容包括：①变更合成路线奖；②改变反应条件奖；③设计更安全化学品奖；④小企业奖；⑤学术奖.1998年美国成立绿色化学研究所，专门从事化学工业绿色化学研究.1999年世界上第一本(〈2.2日本

　　日本也制定了新阳光计划，该计划提出了“简单化学”(SimpleChemistry)的概念，即米用最大程度节约能源、资源和减少排放的简化生产工艺过程来实现未来的化学工业过程.指出，绿色化学就是化学与可持续发展相结合.

　　2.3英国

　　在英国，一项绿色化学奖于2000年开始颁发.该奖分为3类：一是被称作“s”（环境奖)的年度学术奖；另二项年度奖用于奖励在技术、产品或服务方面做出成绩的英国公司.1999年英国创办《GieenChemistry〉〉国际杂志?

　　2.4中国

　　我国政府制定了一系列的环境保护法规.1995年中国科学院化学部对国内外绿色化学的现状进行了大量调研，并结合国内情况，提出了发展绿色化学与技术、消灭和减少环境污染源的7条建议.1997年，《环境友好石油化工催化化学与化学反应工程》正式启动，项目涉及我国石油化工的一些重要过程，其中就有开展采用无毒无害原料、催化剂和“原子经济”反应等新技术的探索研究.1998年，我国主持召开了第一届国际绿色化学高级研讨会.此外，一些院校也纷纷成立了绿色化学研究机构，如中国科学技术大学、四川大学等.

　　3绿色化学研究进展

　　3.1新型催化剂的开发和研制

　　对烃类的烷基化反应，比较成功的方法是采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术，这种催化剂选择性很高，乙苯收率超过99.6%，而且催化剂寿命长.

　　3.2采用无毒无害原料

　　光气和氢氟酸仍然是现代化工中常用的剧毒原料，目前已开发成功了代替它们的无毒无害原料.例如，在代替光气原料方面，目前工业上已成功开发出：①胺类和二氧化碳生产异氰酸酯技术；②在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接羰化有机胺生

　　产异氰酸酯技术；③用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯技术.

　　3.3采用无毒、无害溶剂

　　以超临界二氧化碳作溶剂，既有常规液态溶剂的溶解度，又具有气体的粘度，因而具有很高的传质速度.超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价格低廉.

　　另外，采用无溶剂的固相反应也是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向，如用微波来促进固、固相有机反应.

　　3.4以可再生性的生物质资源为原料

　　生物质主要由淀粉、纤维素等组成.生物质是可再生的资源，而且取之不尽，永不枯竭.其可以在淀粉酶、纤维素酶作用下转化为葡萄糖，再经过酶反应制得己二酸、邻苯二酚等.

　　3.5开发新的原子经济反应

　　目前，在有机原料的生产中，有的已采用原子经济反应，如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氢氰酸合成己二腈等.还有一些基本有机原料的生产所采用的反应，已由过去的二步反应，改成一步原子经济反应，如环氧乙烷的生产.

　　当前，开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一.在国外，EniChem公司米用钛桂分子筛催化剂，将环己酮、氨、过氧化氢直接合成环己酮肟，并已实现工业化.

　　3.6产品绿色化

　　绿色化学的另一个重要方面是设计、生产和使用环境友好产品，这种产品在其加工、应用及功能消失之后均不会对人类健康和生态环境产生危害.如，Rohm&Haas公司（美国）开发的Sea—NineTM海洋生物防垢剂、Albright&Vilaon公司（美国）发明的THPS杀菌剂、DowAgmScienoeLLC公司（美国)发明的新型天然杀虫剂Spinosad这些产品在环境中都不积累、不挥发.此外，防止“白色污染”的生物降解性塑料已在使用，破坏大气臭氧层的氯氟烃已逐渐被其代用品所取代.

第2篇:绿色化学原则在发展

　　从源头上减少或消除化学污染是绿色化学的理想，而绿色化学原则是对绿色化学内涵最好的i全释。自Anastas等在1998年提出12条绿色化学原则以来，Anastas本人和Winterton又从技术、经济和商业等角度出发，分别提出了另外12条绿色化学补充原则。但这些原则缺乏清晰地反映与环境影响高度相关的概念，绿色工程的概念和绿色工程原则由此应运而生。Tang等随后将Anastas等提出的绿色化学原则和绿色工程原则简化为“IMPROVEMENTSPRODUCTIVELY”中字母表示的24条原则，以便于记忆、交流和推广。然而，上述原则主要是直觉和常识的结晶，难以清晰地反映绿色化学的目标和相关研究领域的内在联系。预计从绿色的认定，原子经济性和有效质量收率等的兼顾，生命周期评价数据的采集，催化剂的性质及其反应、分离和循环使用的-体化以及绿色程度评价指标和评价方法的优化与平衡等几方面发展和凝炼绿色化学原则将是长期的研究课题。

　　关键词绿色化学绿色工程原则可持续发展

　　绿色化学也称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，是指运用化学原理，在化学品及其制备过程的设计、开发和应用过程中减少或消除对人类健康和环境有害的物质的使用和产生111。和先污染、后治理的环境保护传统做法相比，绿色化学的最大特点在于抛弃了发展经济以牺牲环境为代价的发展模式，试图从化学品制备过程的各个环节预防污染，通过人类与自然界的和谐共处，最终实现人类社会可持续发展的目标。凡是以降低化学品制备过程各个环节有毒、有害物质为目标的努力及其相关的化学化工活动均属于绿色化学的范畴1231。绿色化学作为一门当今国际化学科学研究的新兴交叉、前沿学科，最初思想可以追溯到美国环保局于1989年提出的“污染预防”概念，因其社会需求和科学目标明确，一经提出就立即获得各国政府和知识界，乃至普通公众的广泛支持和响应。目前，“绿色化学化工国家发展战略”已经深入到化学和社会可持续发展的各个层面，这从学术界与公众的关系上讲，几乎还没有先例141。

　　绿色化学原则是绿色化学学科发展的基础，但国内学术界在提到绿色化学原则时往往仅提到绿色化学的先驱者Anastas等早在1998年就提出的12条绿色化学原则，而对其最新发展情况鲜有提及。本文在扼要回顾绿色化学原则发展历程的基础上，重点阐述了围绕绿色化学目标提炼其原则的必要性和这些绿色化学原则之间的相互关系，最后还就如

　　期对国内绿色化学及其相关技术和绿色化学教育的蓬勃发展有所裨益。

　　1绿色化学原则的提出

　　Anastas等111从源头上减少或消除化学污染的角度出发，通过12条原则对绿色化学概念的内涵进行了阐述，它们分别是：

　　(1)    污染预防优于末端治理污染；

　　(2)    合成方法应具原子经济性（atomeconomy)即尽量使反应过程的原子都进入最终产品中；

　　(3)    在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质；

　　(4)    设计具有高使用效益、低环境毒性的化学品；

　　(5)    尽量不用溶剂、分离试剂等辅助物质，不得己使用时也应是无毒、无害的；

　　(6)    生产过程应该在温和的温度和压力下进行，而且能耗应最低；

　　(7)    在技术可行和经济合理的前提下，尽量使用可再生原料；

　　(8)    尽量避免或减少不必要的衍生步骤(例如，使用屏蔽基团、保护/复原、物理/化学过程的临时性变更等)；

　　(9)    使用高选择性的催化剂优于化学计量试剂；

　　(10)    化学产品在使用完后应能降解成无害的物质并且能进入自然生态循环；

　　(1)发展适时分析技术以监控有害物质的形成；

　　(12)选择参加化学过程的物质，尽量减少发生意外事故的风险。

　　人类社会可持续发展的最重要目标是减少人类使用和产生物质过程中的负面影响，而化学领域中对其最具有推动作用的学科就是绿色化学561。从上述原则可以看出，和限制污染风险的规定和法案截然不同，绿色化学要求化学工作者在保护人类健康和环境的同时，以提升原料、能量使用性能和价值的方式对化学品的制备及其使用前后的过程进行分子水平的设计，污染预防的设计对象贯穿原料和能量使用过程的整个生命周期。尽管上述原则是常识性的，但这些原则的提出满足了现代社会可持续发展的要求，也指明了未来化学的发展方向，很快就被国际化学界公认为判断化学品及其制备过程是否绿色或比较若干个互相竞争过程环境友好性的指导方

　　何进1步凝炼绿色化学原则提出了自己的看法，以针和判断标准。国内外众多有关绿色化学教育的材料也将这些原则作为核心教学内容，由美国、英国和德国的化学会合作编写的中学高年级绿色化学教材/ntraductisnSoGeenChewis/Ty随后将这些绿色化学原则修订、浓缩为以下6条：使用无毒的可更新的原料；采用安全溶剂；设计原子经济性反应；减少能量消耗；产品对环境友好或容易降解等。这些高度简化的绿色化学原则迅速被中学生广为接受和传播，对普及公众的绿色化学意识起到了积极的促进作用181。

　　考虑到Anastas等提出的绿色化学12条原则有些冗长，不利于学术传播、交流和记忆，并且容易在讨论中丧失某些价值，Tang等19在保留这些原则精髓的基础上，设计了一个简明的词“PRODUCTIVELY”（表1)其中，每一个字母用几个词就可以准确地表述出Anastas等提出的绿色化学原则中每一条的含义，分别为：“P”废物预防；“R”可再生原料；“O”，减少衍生步骤；“D”，可降解化学品；“U”，使用安全合成方法；“C”，催化试剂；“T”，环境温度和压力；“I”，在线检测；“V”，尽可能不使用助剂；“E”，E-因子，原料进入产物最大化；“L”，安全化学品；“Y”，安全生产工艺。由表1可见，和Anastas等提出的12条绿色化学原则相比，浓缩后“PRODUCTIVELY”表示绿色化学原则的顺序略有变化，但读者更容易抓住相关概念，因而有利于记忆和学术交流。

　　表1浓缩后的12条绿色化学原则“PRODUCTIVELY”19Table1A(ondensedversionofthegreenchemistryprinciples191

　　letter    thecondensed12principlesofgreenchemistry

　　P    preventwastes

　　R    renewablematerials

　　O    omitderivatizationsteps

　　D    degradablechemicalproducts

　　L    usesafesyntheticmethods

　　C    catalyticreagents

　　T    temperaturepressureambient

　　I    in-processmonitoring

　　V    veryfewauxiliaysubstances

　　E    E-factormaximizefeedinproduct

　　L    bwtoxicilyofchemicalproducts

　　Y    yesit’ssafe

　　2绿色化学原则的发展

　　随着人们对绿色化学研究和认识的不断深入，Anastas等110顺应绿色化学不断向前发展的新形势，围绕无毒无害原料、催化剂和溶剂的使用以及原子

　　其最早提出的12条绿色化学原则进行了适当的完善，提出了绿色化学的12条补充原则，分别是：

　　()尽可能利用能量而避免使用物质实现转换；

　　(2)    通过使用可见光有效地实现水的分解；

　　(3)    采用的溶剂体系可有效地进行热量和质量传递的同时，还可催化反应并有助于产物分离；

　　(4)    开发既具有原子经济性，又对人类健康和环境友好的合成方法“工具箱”；

　　(5)    不使用添加剂，设计无毒无害、可降解的塑料与高分子产品；

　　(6)    设计可回收并能反复使用的物质；

　　(7)    开展“预防毒物学”研究，使得有关对生物与环境方面的影响机理的认识可不断地结合到化学产品的设计中；

　　(8)    设计不需要消耗大量能源的有效光电单元；

　　(9)    开发非燃烧、非消耗大量物质的能源；

　　(10)    开发大量CO2和其他温室效应气体的使用或固定化的増值过程；

　　(11)    实现不使用保护基团的方法进行含有敏感基团的化学反应；

　　(12)    开发可长久使用、无需涂布和清洁的表面和物质。

　　这些原则涉及了光解水、新能源开发和温室效应等经济和社会发展过程中亟待解决的热点问题，是对其最早提出绿色化学12条原则的深化和发展。但一些化学家从技术、经济和其他化学家通常并不强调的某些因素出发，认为Anastas等补充前后的绿色化学原则仍然不够完整，不能准确衡量化学品及其制备和使用前后的过程对人体健康和环境的负面影响程度。例如，化学家评价绿色化程度常用E-因子(E-factor，每得到单位质量的产品所产生的废物的质量，kg产品^g废物）和生命周期评价（lifecycleanalysis，运用系统的观点，根据产品的技术、经济、环境性能等评价目标，对产品生命周期的各个阶段进行跟踪和定量分析与定性评价，从而获得产品相关信息的总体情况，为产品性能的改进提供完整、准确的信息)等概念，但相关必要的数据只能通过其工业放大、运行和应用效果来判断1111。

　　有鉴于此，利物浦大学Leveihume催化中心的Winterton121从技术、经济和商业等角度出发，提出了绿色化学的另外12条原则，它们是：

　　(1)    副产物的识别和量化；

　　(2)    目的产物的转化率、选择性和产率；

　　经济性反应生产安全化学品的绿色化学理想，又对    ⑴产品生产过程的物料衡算；

　　(4)溶剂和催化剂在空气和排出物中损失量的测定；

　　(5)    反应体系的基础热力学数据；

　　(6)    热量和质量传递限制因素的预测；

　　(7)    工业化前景咨询；

　　(8)    工业化放大过程对化学选择性的影响；

　　(9)    发展和应用过程可持续性程度评价的手段；

　　(10)    量化并减少各种助剂和能量的消耗；

　　(1)安全操作和减少废物的一致性；

　　(12)实验室及工业放大过程中废物排放的监测、记录和减少。

　　从这些原则反映的内容可以看出，它们不仅忽略了与单元操作数量最小化和时空产率最大化密切相关的关键绿色概念，应用这些原则本身也不能保证绿色化学技术的开发，但可以引导绿色化学家和实验研究人员进行早期研究计划的制订并开展研究工作，使他们将注意力放在最富有成效的研究领域，包括对过程化学家、化学工程师和技术人员有特殊用途的基础数据的收集和整理。这些人与工业界关系密切，他们通常希望对废物最小化的潜力进行评估，进而对化学品生产过程的绿色程度进行评价。考虑到绿色化学及其技术在保护环境的同时，只有给企业带来一定的经济利益，才能从根本上提升并塑造自身的良好形象，Winterton提出的12条绿色化学原则就显得十分及时和重要了。

　　3从绿色化学原则到绿色工程原则

　　上述绿色化学原则，尤其是Anastas等最早提出的绿色化学12条原则虽然被广为接受，并被用作评价化学品及其指标过程是否绿色的标准，但这些原则并没有清晰地包括许多与环境影响高度相关的概念。例如，化学品及其制备和使用过程的固有特性、生命周期评价的必要性、放热反应中热量的回收利用等。基于上述原因，并着眼于如何通过科学和技术创新提高可持续发展能力，绿色工程（GreenEngineering)的概念应运而生。

　　Singh等113认为绿色工程的主要目标是在设计和制造决策时消除废物或废料的产生，要不然就尽可能地将其减少到最低限度。后来，Allen等114将绿色工程定义为在过程和产品的设计、商业化和使用时，不仅要从源头上使污染以及对人类健康和环境的风险最小化，还要切实可行并且经济。在美国佛罗里达州的桑德斯廷会议上，绿色工程又被定义为将已有的工程学科和娜化为促进可持续发展，

　　在保护人类健康和提升生物圈保护的同时将其作为工程解决办法中的一种标准，集技术和经济上切实可行并且能够促进人类福祉的产品、过程和系统于一体1151。和传统工程学科相比，绿色工程在产品生产和使用过程的各个环节均考虑资源和环境问题。随后，Anastas等在绿色化学和绿色工程概念的基础上，又提出了12条绿色工程原则1161：

　　(1)    设计者要致力于保证所有输入和输出的原料和能量尽可能地内在无害；

　　(2)    废物预防优于其产生后再处理或清除；

　　(3)    分离和纯化操作应考虑在原料和能量消耗最小化的设计框架内；

　　(4)    设计产品、过程和系统时应使质量、能量、空间和时间的效率最大化；

　　(5浐品、过程和系统的牵引产出优于能量和原料的投入；

　　(6)    制定再循环、回用或效益安排设计时，必须把嵌入熵和复杂性看作是一种投资；

　　(7)    把产品的耐久性而不是永久性当作是一个设计目标；

　　(8)    应把不必要的性能或生产能力的设计当作是一种设计缺陷；

　　(9)    产品组分有多种时应尽量减少原料的多样性，以利于产品的分离和保值；

　　(10)    产品、过程和系统的设计必须包括可利用能量和原料流的相互关联和集成；

　　(11)    产品、过程和系统的设计要考虑产品商业用途终结后的表现；

　　(12)    可再生原料和能量的输入优于一次性原料和能量。

　　这些绿色工程原则面向工程实际，是实现绿色设计和可持续发展目标的一整套方法论，为科学家和工程师参与对人体健康和环境有利的原料、产品、过程和系统的设计提供了一套参照框架。基于绿色工程原则的设计可以让人们在不超出环境、经济和社会因素底线的同时，为企业带来巨大的经济效益和社会效益。必须指出，和绿色化学原则相类似，12条绿色工程原则应用的前提是在分子、产品、过程和系统的设计中对这些原则进行系统集成，进而作为一个整体而不是孤立地应用。

　　绿色化学原则和绿色工程原则关系密切，尤其在保证输入和输出原料、能量的尽可能的内在安全等方面，其本质是其能够在生命周期的每一步改善对环境的影响，这些步骤通常包括原料的提取和获得，原料的转化、处理、制造，产品的包装运输和分配；消费者使用产品和使用完毕后的管理等。在某种意义上，绿色化学原则是绿色工程原则所必需的一部分，通过二者的共同应用将有效地推动人类社会的可持续发展117。在设计的最早阶段综合考虑绿色化学原则和绿色工程原则将是一种使效率最大化、废物最小化和増加利润的有效战略。

　　2003年65名科学家在美国佛罗里达召开的会议上又认定了工程界应该遵守的9条绿色工程规则，它们是1181：

　　(1)    整体考虑工艺过程和产品，使用系统分析与集成的方法来评估对环境的影响；

　　(2)    保障并改善自然生态系统，同时也要保护人类健康和生活安宁；

　　(3)    在工程活动中要考虑整个生态循环；

　　(4)    尽可能保障所有的物质和能量安全并良性地输入和输出；

　　(5)    尽可能减少对自然资源的消耗；

　　(6)    努力减少废弃物的产生；

　　(7)    在对当地地理和人文认知的基础上，开发和实施工程解决方案；

　　(8)    通过革新、创造和技术发明实现可持续发展，在传统和主流工艺之上，创造性地提出工程解决方案；

　　(9)    让股东和社会共同积极地参与工程解决方案的开发。

　　上述工程师工作框架下的绿色工程规则从传统绿色工程的化学化工领域拓展到整个工程领域，体现了人类社会和自然界的和谐共处和可持续发展。

　　和将Anastas等最早提出的12条绿色化学原则浓缩为“PRODUCTIVELY”表示相类似，为了便于绿色工程原则的记忆和交流，Tan；等1191又将Anastas等提出的12条绿色工程原则用便于记忆和理解的“IMPROVEMENTS”表示(表2)，分别为：I”，内在无害和安全；M”，原料种类最少化；“P”，预防优于治理；R”使用可再生原料和可再生能量；0”，输出导向设计；V”，非常简单；“E”，质量、能量、空间和时间的高效使用；M”，满足需要；“E”，通过设计使分离变得容易；“N”，当地的质量和能量交换网络；“T”，生命周期设计检验；S”，产品在生命周期内可持续发展。

　　将表2和表1中分别简化后的绿色工程原则和绿色化学原则合并，就可以用“IMPR3VEMENTS

　　传播绿色化学和绿色工程的基本思想，也更容易直观地反映其对环境和经济的影响，最后受益者将是绿色化学和可持续发展本身。

　　表2浓缩后的12条绿色工程原贝丨J“IMPROVEMENTS”Ll9jTable2Acondensedvecsionofthegreenengiiieeiiigprinciples^19

　　4对绿色化学原则发展的几点思考

　　前面提到的绿色化学原则及其随后衍生的绿色工程原则着眼于产品、过程和系统的各个环节对人体健康和环境的影响，从源头上减少或防止污染物的形成，因而，较好地反映了产品及其制备过程的绿色化问题，从理论上提出了降低、甚至避免化学过程负面作用的方法和举措，预示着化学及其相关学科新的发展阶段的到来。然而，上述原则主要是直觉和常识的结晶，并没有清晰地反映出绿色化学的概念目标和相关研究领域的内在联系，这说明绿色化学作为一门新兴学科，己提出的绿色化学原则尚难以满足可持续发展对化学的要求，其内容仍处在发展和凝炼阶段，今后还有许多问题需要审慎地考虑并对待。

　　4.1对绿色的认定要三思而后行

　　如何判断化学品及其制备和使用过程是否绿色是绿色化学永恒的话题，也是绿色化学原则关注的焦点和发展的内在动力。但绿色化学在快速发展和被社会各界逐渐接受的过程中，也暴露出了一个非常棘手的问题，即我们过去认为是绿色的一些因素经常存在着非绿色的案例。以因绿色化学兴起而成名的新型替代溶剂一离子液体为例，因其蒸气压接近于零、对水和空气稳定、易于回收利用而被称为“绿色溶剂”，国内外对其合成、物化特性和应用进行了大量研究120211。然而，离子液体极低的蒸气压也

　　應謂ELY”表示，不仅有利于在演細艮告中限制了它在某些简单气化过程中的应用。例如，润湿离子液体化学品的干燥以及涉及离子液体反应容器使用后的清洁等；此外，最常用的离子液体之一—[C4mim][PF6]在许多有害溶剂中均能溶解，但不溶于水或乙醇等相对环境友好的溶剂，因而，使用这类离子液体也会导致挥发性有机物的问题122。研究还表明，目前常用的烷基咪唑类离子液体的可生物降解性比较差；离子液体的毒性随阳离子侧链长度的増加而増大，有些甚至和传统溶剂的毒性差不多，各种阴离子的毒性大小还没有定论。因此，如何设计易降解、毒性低的离子液体并建立其环境评价体系迫在眉睫。离子液体存在的上述问题如果不能得到及时解决，将很难在重要的工业应用中找到合适的位置，其迄今为止仍持续的研究热潮也将很难持续2324。

　　再如，看似非常安全并且环境友好的溶剂水也并非总是绿色的，在水参与、有机小分子催化的反应中，最终被这些有机小分子污染的水流不仅难以处理，而且处理成本很高125；用水取代有机溶剂时，同样需要考虑产品脱水时的能量消耗，对新旧过程的环境效益进行综合评价后，才能说哪个过程更加绿色1231。同样，新开发生物溶剂的可持续发展能力也需要有力证据的证实并不断地对其性能进行改进1X1。预计未来绿色化学溶剂体系的设计和使用不仅要考虑到热量和质量能否有效传递，还要兼顾其是否具备催化反应和内在的辅助分离产品的能力等特性。

　　上述绿色认定的偏差与绿色化学发展历史不长导致研究者认识局限性所致，无法避免，随着人们对绿色化学研究的深入及其科学范畴的日渐明朗，将会逐步得到解决。但现实中也有少数研究者缺乏整体眼光，一旦其在化学品及其制备过程中某一方面有所改进，便迅速冠以绿色反应和绿色化学的标签，更有甚者或为了吸引同行的眼球和维持个人影响，或为了获得资金资助，自诩某些过程为绿色化学过程。实际上，许多所谓的绿色化学过程并没有那么环境友好。例如，某些采用可再生原料的过程如果效率低、风险高或难以处理的话，也不能说是绿色的。总之，对绿色化学实现途径的认识有一个理性思考、完善和提高的过程，对是否绿色的认定一定要三思而后行，仅仅对化学品及其制备过程的某一方面或某一步做出改进并不一定就能产生一个绿色程度更高的过程。值得欣慰的是，学术界和政府己经开始认识到上述问题的严肃性，有时宣称某一反应

　　己经开始要求基金申请者给出宣称绿色过程的正当理由1271。

　　4.原子经济性和有效质量收率等的兼顾

　　一般认为，反映化学反应中反应物原子利用率的原子经济性是绿色程度评价的基本指标，该概念最早于1991年由美国斯坦福大学教授Tost提出128，他针对传统化学工艺，尤其是有机合成反应比较重视化学反应的高选择性和高产率，而较多地忽略了副产物或废物生成的做法，提出应该用反应原料中的原子转变成目的产物原子的比率这一新的标准来评估化学反应的效率。理想的化学反应应该是原子经济性反应，反应原料中的原子100%进入到产物中，实现废物的零排放。原子经济性的概念提出后，化学工作者在开发绿色化学反应新过程和推进现有化学工业绿色化改造的过程中，原子经济性都受到了特别重视。

　　发生化学反应时，首先要提供能量使反应原料的化学键断裂，通常情况下输入的能量和形成目的产物中化学键的能量不平衡，会形成额外的化学键，通常以副产物的形式出现，废物因此不可避免地产生161。因此，建立在立体化学选择性/专一性基础上的高原子经济性并不多见，副反应、副产物将仍然伴随着目的产物的生成而产生，溶剂、添加剂、催化剂和活性剂等辅料在很大程度上仍将是化学工作者实现化学制备过程的有效手段。

　　综上，从绿色化学及其技术商业化的角度考虑，仅强调反应过程的原子经济性远远不够，将有效质量收率（effectivemassyield)、反应质量效率（reactionmassefficiency)和收率等评价指标结合起来考虑将更加全面、合理，也容易被化学家、企业管理者，乃至其他社会各界所接受129。以有效质量收率为例，其定义是目的产物的质量占其制备过程中所使用的所有非环境友好原料质量和的百分比，可以定量地反映从非环境友好原料得到目的产物质量的情况，因而提供了原子经济性无法反映的必要信息。

　　4.生命周期评价数据的采集

　　生命周期评价作为一种灵活、有效的跨学科分析工具，主要由以下4部分组成1301：评价范围和边界的定义；通过质量和能量平衡对能量消耗和材料流动进行详细的定量分析；对外部环境和人体健康的影响分析；通过绿色化学原则等进行环境影响的改进分析。生命周期评价原则上适用于任何一种工业或部门的产品及其生产过程。化学领域中有毒、

　　是绿色反应在学术界内部也会弓丨起辦论，英国有割勿质对环境和人体健康的负面影响实际上是其物理和化学性质的反映，而依据绿色化学原则可以从源头上对物质的物理和化学性质进行设计，从而使它们不表现出有毒或有害的性质，这也是绿色化学及其技术能够在化学品及其制备和使用的生命周期范围内实现污染预防目标的原因。

　　不过，生命周期评价虽然可以在较大范围内对化学品及其制备和使用过程中产生的环境和经济影响进行很有说服力的系统而又全面的评价，但也存在着容易引发争议和数据难以收集的难题171。究其原因，主要是实验室从事绿色化学研究的科研人员通常并不知道进行生命周期评价需要哪些基础数据，而工业界推行绿色化学技术涉及的许多数据又属商业机密。为破解这一难题，美国化学会下属的非盈利性组织绿色化学研究所在这方面进行了有益的尝试301。该组织目前正与Scranton大学和工业界合作，试图在既对生命周期评价有用，但又不増加企业对机密技术数据公开担忧的前提下，对化学品及其制备过程中引出的数据进行定量检查。预计能够改进生命周期评价工具并发展有利于其应用的综合评价指标将成为推动绿色化学发展的焦点。

　　4.4催化剂性质与反应、分离和循环使用的一体化

　　绿色化学原则将催化作为实现绿色化学目标的重要支柱之一，使用合适的催化剂不仅可以降低能耗，还可以増加反应物的原子经济性和目的产物的选择性，使分离的难度大大降低1311。尤其在精细化学品、专用化学品和药用化学品及其相关材料的制备领域，绿色催化在提高原子效率和简化生产工艺方面可能起到关键作用。例如，2001年的诺贝尔奖获得者Sharpless等有关不对称催化合成的研究遵循了绿色化学原则，尤其对制药工业中单对映体化合物的研究至关重要1321。在均相催化领域，均相催化剂在设计和使用过程中不仅要考虑其催化活性，还要考虑其物理和化学性质是否有利于实现其催化反应、分离和循环使用的一体化，因而催化剂的合成过程要尽可能定位于可持续的化学合成，结合新型催化材料开发的相关研究将是未来研究的热点133341。

　　作为基因组学、蛋白质组学和途径工程最新进展的结果，生物催化正以绿色程度最高的基因组学技术之一出现。酶是一种具有卓越区域选择性和立体选择性的高效生物催化剂，在某些新型化学过程中有效使用酶将是绿色催化的另一个重要目标。仿生物质中酶催化反应机理的研究可能会产生新的高效催化体系。在绿色溶剂中具有取向溶解度的新型

　　明，在环境条件下以酶为催化剂在水中进行反应时，无论是有机溶剂的使用还是能量输入都可以最小化135。超临界流体、含氟溶剂和无溶剂条件下的生物催化反应以及超声合成、微波合成和原位光谱辅助新型绿色催化过程不断涌现，并取得了令人瞩目的结果。但这些技术能走多远将取决于其催化效率和这些体系关于人体健康和环境影响物化性质的综合平衡15。以超临界CO2为例，将CO2压缩成超临界CO2需要消耗不少的能量，能否同时以其为溶剂和原料生产高附加值的化学品进行平衡呢？

　　4.5绿色程度评价指标和评价方法的优化与平衡

　　在产品及其制备和使用过程中，从源头上减少或消除污染是绿色化学和绿色工程的目标，围绕实施这一目标的绿色化学和绿色工程原则至少各有12条之多，因此，涉及绿色化学和绿色工程的首要问题是如何有效地评价其基本原则中的设计参数并进一步评价其对环境和经济的影响。这些原则的广阔内涵是其能成为可持续发展有效评价手段的重要原因，但同时也给绿色程度评价指标的发展和应用带来了困难。一般认为，绿色程度的评价指标应该定义清晰、简明、客观、可量度，不仅能够推动绿色化学技术的发展和进步，还能够为化学家和企业管理者带来有价值的信息，促使他们做出理性的决策1729。目前，具有代表性的绿色程度评价指标主要有原子经济性、E-因子、生命周期分析、有效质量收率、反应质量效率和质量强度等，所有这些指标都难以兼顾绿色化学的所有12条原则。因此，在某种意义上，绿色程度评价面临的最大挑战将是：一方面，根据绿色化学原则的多样性，选择合适的评价目标和评价指标；另一方面，让评价指标在突出重点评价目标的同时兼顾到绿色化学原则的多样性，按照多目标寻求优化与平衡可能是有志于绿色化学研究的化学工作者的任务。

　　科学方法论的建立将有助于对化学品及其制备和使用过程的绿色程度进行评价。Curzons等1361在这方面做出了有益的尝试，他们通过可持续实践，发展了一套评价有机合成反应绿色程度的方法。结果显示，质量和能量可能是反映过程总体环境影响的主要指标，重要性高于毒性指标。短期内，严格管理溶剂的使用可以使过程的绿色程度得到最大限度的改进。Constable等137则发展了一套从废物、能耗和化学效率三方面简明评价间歇过程效率的工具箱，该工具箱由4部分组成，部分一提供化合物和合成

　　催化剂的设计也有很大的工业化吸弓丨力，有研究表路径的特性，部分二记录过程中涉及操作的类型和数量，部分三提供溶剂、废物数量等关键材料和极端条件等信息，部分四中的评述强调涉及催化试剂、不对称过程和其他的可能更加环境友好的化学，该工具箱将帮助化学家在设计新工艺和改进过程时监测降低环境影响的进展，从而提高他们的绿色化学意识。

　　绿色化学原则着眼于分子水平，从最基本层面上提升物料和能量的表现及其价值，为人类社会的可持续发展提供了构架。绿色化学及其相关技术之所以能够得到如此快速的发展，不仅是因为其倡导并实践的污染预防理念所带来的环境效益，也在于人们认识到从长远的观点看绿色化学品在其生命周期内也将具有显著的经济效益16。但目前学术界、产业界、政府和消费者还需要通力合作，倡导绿色消费，使绿色化学原则成为化学和日常生活的有机组成部分，并逐步发展成为明天化学创新的核心原则。早在2001年，美国总统布什就呼吁产业界和教育界的领导人坚持绿色化学原则，以实现环境和经济的和谐发展1381。只有让不断发展的内涵更加丰富的绿色化学原则成为化学工作者的行为准则，绿色化学才可能为资源节约型和环境友好型社会的构建作出更大的贡献，进而实现环境保护、经济繁荣和社会责任的协同发展，为人类社会的可持续发展创造条件。