题目

6.实现过程绿色化可采取的方法有哪些?

题目解答

答案

解析

本题考查实现过程绿色化可采取的方法相关知识。解题思路是从化学反应本身、催化剂使用、溶剂选择、技术应用以及工艺流程和设备等多个方面来综合考虑如何实现过程绿色化。

  1. 合理设计反应路线：
    • 原子经济性是衡量化学反应效率的重要指标。加成反应是指两个或多个分子相互作用，生成一个加成产物的反应，在加成反应中，反应物的原子几乎全部转化为产物，原子利用率高，例如乙烯与溴的加成反应$CH_{2}=CH_{2}+Br_{2}\rightarrow CH_{2}Br - CH_{2}Br$，所有原子都进入了目标产物。
    • 而消除反应是指从一个分子中脱去一个小分子（如水、卤化氢等）而生成不饱和化合物的反应，会有小分子副产物生成，原子利用率低，如乙醇在浓硫酸作用下发生消去反应生成乙烯$C_{2}H_{5}OH\xrightarrow[170^{\circ}C]{浓H_{2}SO_{4}}CH_{2}=CH_{2}\uparrow+H_{2}O$，有$H_{2}O$生成。所以尽量采用加成反应等高原子经济性反应，避免采用消除反应等原子经济性低的反应，可减少资源浪费和废弃物排放，实现过程绿色化。
  2. 采用高效绿色催化剂：
    • 催化剂可以改变化学反应的速率和选择性。高效绿色催化剂能够使反应朝着生成目标产物的方向进行，减少副反应的发生。例如在某些有机合成反应中，使用特定的催化剂可以提高目标产物的产率，降低副产物的生成量，从而减少后续分离和处理副产物的成本和对环境的影响。
  3. 采用绿色溶剂：
    • 传统的有机溶剂很多具有毒性、挥发性和易燃性等特点，在工艺过程中使用会对环境和人体健康造成危害。绿色溶剂如超临界流体（如超临界$CO_{2}$）、离子液体等，具有无毒、不易燃、可循环使用等优点。以超临界$CO_{2}$为例，它在超临界状态下具有类似液体的溶解能力，又具有气体的低黏度和高扩散系数等特性，可用于萃取、反应等过程，减少了有毒有害物质对环境的影响。
  4. 采用过程强化技术：
    • 过程强化技术是指通过改进设备和工艺，提高单位时间单位设备体积的物料处理能力。例如采用微反应器，微反应器具有比表面积大、传热传质效率高的特点，能够使反应在更短的时间内完成，提高生产效率，同时也可以减少设备的体积和能耗，实现过程绿色化。
  5. 采用集约化的工艺流程和微型化的设备：
    • 集约化的工艺流程可以优化生产流程，减少不必要的环节和能量消耗。微型化的设备体积小，所需的原材料和能量也相对较少。例如在化工生产中，采用微型化的反应设备可以降低设备的制造成本和运行成本，同时使能量消耗最小化，符合绿色化学的要求。