綠色化學:為環境保護源頭供給—新聞—科學網

2020-11-22 科學網

 

鈀-路易斯酸雙功能催化劑協同催化苯酚選擇性加氫製備環己酮

 

仿生伯胺催化劑示意圖

 

纖維素膜清潔生產新工藝生產的纖維素膜。

■本報記者 甘曉 通訊員 李丹

隨著經濟發展新常態的深入，我國從東到西漸次進入由高速粗放式發展到中高速、中高端的轉型期，經濟社會發展對環境保護的需求日益增加。

為保證環境保護中的「源頭」供給，中科院化學所充分發揮多學科交叉優勢，大力發展綠色化學研究方向，為國家環境保護事業貢獻了高科技的力量。

國際純粹與應用化學聯合會綠色化學分會前主席、中科院院士、化學所韓布興研究員認為，綠色化學是化學學科發展的必然趨勢，是實現化學工業可持續發展的必然途徑。「這要求人們重新考慮傳統的化學化工問題。」他告訴《中國科學報》記者。

堅實的學科基礎

綠色化學是一門新興學科，儘管中科院化學所建所之初並沒有專門布局綠色化學，但六十年來，在研究人員的努力下，化學所已經形成了完備的支撐綠色化學發展的學科基礎。

1956年建所之初，化學所便開展了化學熱力學與熱化學研究，早期主要從事量熱學和熱化學方面的研究。上世紀80年代後，研究範圍不斷拓寬至生物熱化學、電化學熱力學、高溫高壓相平衡熱力學、非平衡態熱力學等方面。

在研究人員們看來，這為如今圍繞綠色溶劑體系開展研究奠定了堅實的學科基礎。

而以可見光催化降解有機汙染物的研究則建立在光化學學科基礎上。自20世紀70年代末起，當時的感光化學所光化學實驗室就在有機光化學、生物光化學、光電化學等方面開創了國內先河。1999年，感光化學研究所的光化學實驗室經過整合調整後，成為化學所的院重點實驗室。

2006年，根據時代發展的新要求，化學所將能源與綠色化學定位為研究所的重點發展方向之一。化學所副所長範青華表示：「如果沒有研究所長久以來的學科積澱，綠色化學便不能發展到今天。」

站在學科的交叉點上

無機化學、有機化學、環境、生物、物理……綠色化學的發展不僅要依賴化學學科的不同分支，也深入涉及其他多個相關學科。在化學所，綠色化學領域許多令人振奮的研究成果出自學科交叉點上。

例如，在綠色化學與有機化學交叉領域，羅三中課題組受自然界生物催化的啟發，開發了被譽為「羅-程催化劑」的仿生伯胺催化劑體系。

韓布興課題組則在綠色溶劑研究上，實現了多種清潔高效化學反應，發展了一系列利用綠色溶劑體系的特種合成材料的新方法。在此基礎上，2009年，研究人員發現了路易斯酸和鈀可協同催化苯酚加氫生成環己酮反應，解決了傳統反應路線效率低、選擇性差這一挑戰性難題。

此外，葛茂發課題組設計製備了一系列治理環境汙染的綠色材料。例如，針對大氣揮發性有機物（VOCs）催化降解，實現了室溫條件下甲醛的快速消除。

正是與相關學科的互相滲透和交叉，讓化學所綠色化學學科不斷開創新的局面。

把科研成果「寫」在祖國大地上

有了學科發展為基礎，化學所綠色化學研究者一直致力於讓科研成果在環境保護中發揮真正的作用。

光催化水淨化項目便是一項既有科技含量，又有實用價值的示範工程。基於對有毒難降解有機汙染物光催化降解、光催化反應的紮實研究，趙進才院士團隊研製了光催化水淨化反應的小試設備。據趙進才介紹，隨後，研究人員主動與企業合作建立了光催化水淨化工程技術研究中心，直接連接了企業實際廢水管道，設計處理量達到100噸/日。「目前，已經完成設備的加工及山東、內蒙古等地示範工程的建設。」研究人員對該項目的進展感到頗為欣喜。

纖維素加工新技術則是另一項典範。張軍研究員團隊針對纖維素加工利用中存在工藝複雜、環境汙染嚴重等問題，設計合成了一系列溶解纖維素的綠色溶劑。研究人員還開發了一系列纖維素加工和功能化的高效、清潔生產新工藝和新技術，並在國內纖維素行業龍頭企業獲得實施。

「目前，我們與國內最大的纖維素膜生產企業合作的『纖維素膜清潔生產新工藝』已經通過技術鑑定，完成了工業化試驗，進入產業化實施階段。」張軍表示。

研究人員相信，綠色化學的深入研究不僅能促進化學學科以新的思路向前發展，在解決經濟、資源、環境三者矛盾的過程中，也將扮演越來越重要的角色。

《中國科學報》 (2016-09-12 第6版 院所)

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