作者:甘晓 李丹 来源:中国科学报 发布时间:2016/9/12 9:11:22
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绿色化学:为环境保护源头供给

 

钯-路易斯酸双功能催化剂协同催化苯酚选择性加氢制备环己酮

 

仿生伯胺催化剂示意图

 

纤维素膜清洁生产新工艺生产的纤维素膜。

■本报记者 甘晓 通讯员 李丹

随着经济发展新常态的深入,我国从东到西渐次进入由高速粗放式发展到中高速、中高端的转型期,经济社会发展对环境保护的需求日益增加。

为保证环境保护中的“源头”供给,中科院化学所充分发挥多学科交叉优势,大力发展绿色化学研究方向,为国家环境保护事业贡献了高科技的力量。

国际纯粹与应用化学联合会绿色化学分会前主席、中科院院士、化学所韩布兴研究员认为,绿色化学是化学学科发展的必然趋势,是实现化学工业可持续发展的必然途径。“这要求人们重新考虑传统的化学化工问题。”他告诉《中国科学报》记者。

坚实的学科基础

绿色化学是一门新兴学科,尽管中科院化学所建所之初并没有专门布局绿色化学,但六十年来,在研究人员的努力下,化学所已经形成了完备的支撑绿色化学发展的学科基础。

1956年建所之初,化学所便开展了化学热力学与热化学研究,早期主要从事量热学和热化学方面的研究。上世纪80年代后,研究范围不断拓宽至生物热化学、电化学热力学、高温高压相平衡热力学、非平衡态热力学等方面。

在研究人员们看来,这为如今围绕绿色溶剂体系开展研究奠定了坚实的学科基础。

而以可见光催化降解有机污染物的研究则建立在光化学学科基础上。自20世纪70年代末起,当时的感光化学所光化学实验室就在有机光化学、生物光化学、光电化学等方面开创了国内先河。1999年,感光化学研究所的光化学实验室经过整合调整后,成为化学所的院重点实验室。

2006年,根据时代发展的新要求,化学所将能源与绿色化学定位为研究所的重点发展方向之一。化学所副所长范青华表示:“如果没有研究所长久以来的学科积淀,绿色化学便不能发展到今天。”

站在学科的交叉点上

无机化学、有机化学、环境、生物、物理……绿色化学的发展不仅要依赖化学学科的不同分支,也深入涉及其他多个相关学科。在化学所,绿色化学领域许多令人振奋的研究成果出自学科交叉点上。

例如,在绿色化学与有机化学交叉领域,罗三中课题组受自然界生物催化的启发,开发了被誉为“罗-程催化剂”的仿生伯胺催化剂体系。

韩布兴课题组则在绿色溶剂研究上,实现了多种清洁高效化学反应,发展了一系列利用绿色溶剂体系的特种合成材料的新方法。在此基础上,2009年,研究人员发现了路易斯酸和钯可协同催化苯酚加氢生成环己酮反应,解决了传统反应路线效率低、选择性差这一挑战性难题。

此外,葛茂发课题组设计制备了一系列治理环境污染的绿色材料。例如,针对大气挥发性有机物(VOCs)催化降解,实现了室温条件下甲醛的快速消除。

正是与相关学科的互相渗透和交叉,让化学所绿色化学学科不断开创新的局面。

把科研成果“写”在祖国大地上

有了学科发展为基础,化学所绿色化学研究者一直致力于让科研成果在环境保护中发挥真正的作用。

光催化水净化项目便是一项既有科技含量,又有实用价值的示范工程。基于对有毒难降解有机污染物光催化降解、光催化反应的扎实研究,赵进才院士团队研制了光催化水净化反应的小试设备。据赵进才介绍,随后,研究人员主动与企业合作建立了光催化水净化工程技术研究中心,直接连接了企业实际废水管道,设计处理量达到100吨/日。“目前,已经完成设备的加工及山东、内蒙古等地示范工程的建设。”研究人员对该项目的进展感到颇为欣喜。

纤维素加工新技术则是另一项典范。张军研究员团队针对纤维素加工利用中存在工艺复杂、环境污染严重等问题,设计合成了一系列溶解纤维素的绿色溶剂。研究人员还开发了一系列纤维素加工和功能化的高效、清洁生产新工艺和新技术,并在国内纤维素行业龙头企业获得实施。

“目前,我们与国内最大的纤维素膜生产企业合作的‘纤维素膜清洁生产新工艺’已经通过技术鉴定,完成了工业化试验,进入产业化实施阶段。”张军表示。

研究人员相信,绿色化学的深入研究不仅能促进化学学科以新的思路向前发展,在解决经济、资源、环境三者矛盾的过程中,也将扮演越来越重要的角色。

《中国科学报》 (2016-09-12 第6版 院所)
 
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