原子经济化
时间:2016-01-28 19:29 来源: 作者:胡长胜 点击:次 所属专题: 绿色化学
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在响应人类可持续发展战略上,化学家们提出了一个十分响亮的口号——原子经济化。特别是在21世纪提出这一概念,对于发展化学化工科学具有特别重要的意义。
原子经济化概念是美国化学家特劳斯特(B.M.Trost)于1991年提出的,其主要内容是化学反应应该最大限度地利用原料分子中的每一个原子,使它们都结合到目标分子(目标中的产物)中去,从而达到零排放(即没有副反应,不生成副产物,更不能产生废弃物)。
原子经济化的目的就是物尽其用,更具体来说,便是一个节约自然资源和防止环境污染的问题。
其实,我国化工专家侯德榜早在抗日战争时期就在制碱工业中考虑过原子经济化的问题。
抗日战争爆发后,创办永利碱厂的民族资本家范旭东不向日军投降,将永利碱厂从南京迁往四川大后方。在四川自贡的五通桥创办了新的碱厂。范旭东之所以选择在自贡建碱厂,是因为自贡生产井盐,它是索尔维制碱法的主要原料之一。
中国内地毕竟是一个缺盐的地区,自贡生产的井盐要供应大后方的各种需要,因此资源很缺,盐价奇贵。侯德榜就是在这种特殊情况下研究和改进索尔维制碱法的。
索尔维制碱法利用食盐、氨水和二氧化碳做原料,反应后生成碳酸氢钠,加热后得到产品纯碱(碳酸钠),原料中的钠、氮、碳、氧等元素得到利用,氯则被转化为氯化钙,它的用处不大,大量氯化钙成为难处理的废弃物,因此食盐利用率不高是索尔维制碱法的一大缺点。
侯德榜设计和采用了制碱新工艺,其主要产品仍是碳酸钠,但他对提取碳酸钠之后剩下的母液进行冷冻,母液中又析出氯化铵,它是一种化学肥料。侯德榜的新工艺使食盐的利用率达到96%,后来,这种新工艺被称为侯氏制碱法。
上面的例子说明了在20世纪中叶,中国早就有了一位提倡和实施原子经济化的先驱。
实际上原子经济化好比我们做一件衣服,既要完全合身,还要不出一点废料,真是说起来容易,做起来难。
事实上,搞化学研究和化工生产的专家在研究一个新的化学反应和设计一种新的工艺流程时,自然和必然地会想到原子经济化的问题,他们也想尽量利用原料中的每一个原子,将它们完全转变为目标分子。可是,化工生产又要考虑到生产效率问题,也就是说,要考虑产率高、反应速率快、反应容易进行、原料易得价格便宜等诸多因素。这样一来,原子经济化的反应往往达不到这些要求,而原子非经济化的反应却能达到这些要求,缺点只是浪费一点原料,并带来一点废弃物,或者给环境造成污染。于是,如果单纯从经济效益和发展经济方面考虑,就会把原子经济化原则放在脑后。
现在,人类已经明白了不要跟地球对着干,节约自然资源和不造成环境污染是首要的选择。因此,化学家和化工工程师也应把原子经济化当成首要的选择。
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