摘要：化学工程工艺中的绿色化工技术是近年来受到广泛关注的研究领域之一，其主要目的是在减少对环境影响的同时，提高生产效率和资源利用率。本文主要对绿色化工技术的概念、发展历程进行阐述，介绍化学工程工艺中常用的几种绿色化工技术，并以多相金属氧化物催化剂这种绿色化工技术为例，探究其在化学工程工艺中的应用实践。

　　关键词：化学工程；绿色化工技术；发展；应用

　　0引言

　　随着社会经济的快速发展和人口的不断增长，环境问题已成为全球关注的焦点。化学工程工艺作为一项重要的产业，对环境的影响愈加凸显，逐渐受到社会各界的广泛关注。传统的化工生产方式通常会产生大量的废水、废气和废固体，严重污染了环境。因此，绿色化工技术的出现成为了化学工程工艺领域的一个重要趋势。绿色化工技术是在降低环境污染的同时，提高生产效率和资源利用率的一种新型技术。

　　1绿色化工技术的概念

　　绿色化工技术是指在化学工程领域中，通过使用具备环保性、低毒性、高效性、可再生和可回收等特点的化学物质和工艺方法，来减少对环境和人类健康的影响，实现资源的高效利用和可持续化生产的技术[1]。绿色化工技术是在可持续发展理念的引领下，为了适应当今社会对节能减排、环保和可持续发展的需求而发展起来的，其目标是实现高效、经济、安全、环保的生产过程，减少化学废物和污染物的排放，同时节约能源和原材料的消耗。这种技术关注生产过程环保性的同时，还关注产品的环保性和可持续性，应用范围非常广泛，不仅包括传统的化学工业，还包括能源、环境、生物医药等多个领域。此外，绿色化工技术的实现需要从多个方面入手，例如改变化学物质的结构、寻找新型绿色溶剂、开发新型绿色催化剂、优化工艺流程等，实现化学工程生产过程的绿色化，从而达到可持续化生产和环境保护的目标[2]。

　　2绿色化工技术发展历程

　　2.1初期阶段（1960—1980年）

　　1962年，美国环保署成立，引领了环保法规的制定和执行，推动了环保和绿色化工技术的发展。1980年以来，绿色化学概念的提出，强调化学品的设计和制造应该考虑到环境和人体健康的影响。绿色化学的主要目标是通过改变化学品的设计和制造过程，减少或消除对环境和人类健康产生负面影响的化学物质，其发展推动了环保和绿色化工技术的发展，促进了化学工业向更加环保和可持续的方向转型[3]。

　　2.2中期阶段（1990—2000年）

　　1990年以来，绿色化学和绿色化工技术开始进入快速发展期，出现了一系列的绿色化学和绿色化工技术，如绿色催化剂、可降解塑料、生物降解剂等，这些新技术的出现使得化学工业的生产更加环保和可持续，为环境保护作出了积极贡献。21世纪以来，绿色化学和绿色化工技术得到了广泛的应用，同时出现了一些新的绿色化工技术，如绿色溶剂、超临界流体提取等。

　　2.3现阶段（2010年至今）

　　2010年以来，绿色化学和绿色化工技术进一步发展，出现了一些新的绿色化学和绿色化工技术，如离子液体、绿色催化剂和新型环保型溶剂等。同时，全球各国也开始加强环保法规的制定和执行，进一步推动了绿色化工技术的发展和应用[4]。目前，绿色化工技术已经成为化学工业发展的重要方向，也是实现可持续发展的关键技术之一。

　　3化学工程工艺中常用的绿色化工技术

　　3.1绿色溶剂技术

　　3.1.1超临界二氧化碳

　　超临界二氧化碳是一种无色、无味、无毒的气体，具有较高的溶解度和低的临界温度，在高温高压下，它可以转化为液态或超临界液态，具有类似于液态溶剂的特点。超临界二氧化碳在化学反应中能够取代传统的有机溶剂，从而降低对环境的影响。例如，超临界二氧化碳可以用于制备纳米颗粒。传统的纳米颗粒制备方法需要使用有机溶剂，这些有机溶剂可能对人体产生影响，同时还会产生大量的有机废弃物，而使用超临界二氧化碳可以避免这些问题，不仅无毒、无害，而且可以回收和再利用[5]。

　　3.1.2离子液体

　　离子液体是一种新型的环境友好型溶剂，其种类繁多，目前已经发现了上千种不同的离子液体，在化学工程工艺中常用的有烷基化咪唑离子液体、烷基化吡啶离子液体、芳香族化吡啶离子液体、烷基化吡咯离子液体、芳香族化噻唑离子液体等，这些离子液体具有不同的物化性质和应用场景，可根据具体的需要进行选择。离子液体具有极强的溶解性，可以溶解许多不易溶解的化合物，提高反应速率和产物收率，而且其挥发性极低，在反应过程中不易挥发，可以减少对环境的污染。此外，离子液体具有较高的热稳定性，可以在高温下进行反应，扩大反应的范围和条件，能够取代传统有机溶剂，减少对环境的影响，提高反应的效率和可持续性[6]。离子液体的应用已经得到广泛的关注和研究，将是未来化学工程的重要发展方向之一。

　　3.2催化剂

　　3.2.1生物质催化剂

　　生物质催化剂是一种从生物质中提取的催化剂，如纤维素、木质素、淀粉等，具有以下特点：低毒性：生物质催化剂通常是由天然有机物质提取而来，相比传统的金属催化剂，它们具有更低的毒性和环境风险，可以减少对环境和人类健康的影响；低成本：生物质催化剂的原料来源广泛且成本低廉，可以通过农业、林业等领域的副产品或废弃物来获取，节约了生产成本；高效率：生物质催化剂具有很高的催化效率和选择性，可以在温和的反应条件下实现高效催化，提高反应速率和产物收率；改善可持续性：生物质催化剂的使用可以促进生物质利用和资源循环利用，有助于改善化学工程工艺的可持续性和环境友好性；应用广泛：生物质催化剂可以应用于各种化学反应中，如氧化、加氢、酯化、缩合等，可以取代传统的金属催化剂，具有广泛的应用前景。

　　3.2.2金属氧化物催化剂

　　金属氧化物催化剂是一种环境友好型催化剂，相比传统的有毒有害催化剂，金属氧化物催化剂具有低毒性、高效率、低成本、高稳定性和环境友好等特点。它们可以在温和的反应条件下实现高效催化，降低反应温度和反应物的用量，减少废物的产生，符合环境保护的要求。此外，金属氧化物催化剂不含有毒有害成分，不会污染环境和危害人体健康，是一种可持续发展的催化剂[7]。

　　3.3生物技术

　　生物技术实际上是生物学、工程学与化学的结合，可以在化工行业以及其他行业应用。在化学工程工艺中，生物技术的应用关键在于生物酶，这是一种由活细胞产生的有机物，具有一定的催化能力，与传统的化学催化剂相比，催化效率更高，这与其高度特异性有关，只催化特定的反应物，可以避免无效反应和副反应的发生。而且生物酶的催化反应通常在温和的条件下进行，如常温、常压下，不仅可以节省能源，还可以有效减少化学反应中产生的废弃物和污染物。此外，该技术应用条件比较温和，减少了化学反应中产生的有毒气体和废弃物的风险，提高了生产过程的安全性和稳定性。

　　4化学工程工艺中绿色化工技术的应用实践

　　为了探究化学工程工艺中绿色化工技术的应用，在此以多相金属氧化物催化剂的应用为例，分析其在工业废水处理中的应用。多相金属氧化物催化剂是一种高效、稳定的催化剂，可以在常温下催化氧化反应，具有广泛的应用前景。在工业废水处理中，多相金属氧化物催化剂的应用可以实现废水高效处理，减少环境污染，达到绿色化工的目的。具体来说，多相金属氧化物催化剂在工业废水处理中的应用主要体现在以下几个方面：水中有机物降解：多相金属氧化物催化剂可以催化有机物的氧化降解反应，将废水中的有机物转化为无害的物质，从而减少环境污染；重金属离子去除：多相金属氧化物催化剂可以催化重金属离子的氧化还原反应，将废水中的重金属离子转化为难溶于水的沉淀物，从而实现重金属离子的去除；氨氮去除：多相金属氧化物催化剂可以催化氨氮的氧化还原反应，将废水中的氨氮转化为难溶于水的氮气或氮氧化物，从而实现氨氮的去除；氧化还原反应：多相金属氧化物催化剂可以催化废水中其他有害物质的氧化还原反应，从而实现废水的高效处理。

　　4.1实验材料与方法

　　4.1.1实验材料

　　本实验试剂和仪器如表1、表2所示。

　　4.1.2催化剂制备

　　本文在研究过程中，通过对前者研究成果的分析，在此制备出铜纳米颗粒外包裹一层多孔SiO2壳层（Cu SiO2）的催化剂。

　　1）制备铜纳米颗粒。可以采用化学还原法、溶剂热法、微乳液法等方法。其中，化学还原法是最常用的制备方法，将铜盐溶解在水中，再加入还原剂（如乙醇、甘油等），在适当的条件下反应，得到铜纳米颗粒。

　　2）制备SiO2壳层。可以采用溶胶-凝胶法、共沉淀法等方法。其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备方法，将硅源（如TEOS）和催化剂（如NH4OH）在乙醇中混合，形成凝胶，再在适当的条件下干燥和焙烧，得到SiO2壳层。

　　3）包裹铜纳米颗粒。将铜纳米颗粒分散在乙醇中，再加入SiO2溶胶，搅拌反应，使SiO2溶胶包裹在铜纳米颗粒表面，形成Cu SiO2催化剂。

　　4）制备多孔Cu SiO2壳层。将Cu SiO2催化剂在适当的条件下进行氧化铝模板法或硬模板法处理，使Cu SiO2表面形成多孔结构，得到多孔Cu SiO2壳层催化剂。

　　具体而言，首先将4.0 g的硅烷（TEOS）溶解在50 mL无水乙醇中，加入0.08 g聚乙二醇（P123）并搅拌，然后加入适量的Cu（NO3）2溶液，并搅拌至均匀。接着加入适量的NH3·H2O溶液，搅拌反应2 h后，将沉淀物离心、洗涤、干燥，得到Cu SiO2催化剂。通过这种方法制备的多孔Cu SiO2壳层催化剂具有高的比表面积、良好的催化性能和稳定性，可以应用于有机合成反应、催化剂载体等领域。

　　4.1.3工业废水处理

　　根据废水的种类和特性，将化工污水加入反应釜中，加入适量的Cu SiO2催化剂，并控制反应条件，如反应温度、反应时间、搅拌速度等。根据催化剂活性测试结果，控制反应条件为：反应温度45℃,反应时间4 h，搅拌速度200 r/min。

　　4.1.4产物分离和处理

　　当使用Cu SiO2催化剂处理化工污水中的铜离子时，产生的反应产物通常为Cu2O（氧化亚铜）或CuO（氧化铜），同时还可能产生一些水和二氧化碳等气体。对于这些反应产物，可以采取以下步骤进行分离和处理：

　　1）沉淀法：将反应混合物通过离心或过滤等方法将固体产物（Cu2O或CuO）分离出来，然后进行洗涤、干燥等处理，得到纯净的固体产物。

　　2）蒸馏法：对于产生的气体产物（水和二氧化碳），可以通过蒸馏等方法将其分离出来，并进行处理。例如，可以将水收集起来用于其他用途，而将二氧化碳排放到空气中。

　　3）搅拌沉淀法：如果反应产物为悬浮液，则可以采用搅拌沉淀法。加入沉淀剂后，Cu2O或CuO会沉淀到底部，然后将上清液分离出来，进行洗涤、干燥等处理，得到纯净的废水和固体产物。

　　需要注意的是，在处理反应产物时应注意安全和环保问题。对于固体产物，应使用防护手套和防护眼镜等个人防护装备进行操作。对于废水和气体产物，应采取合适的废水处理和废气处理方法，以减少对环境的影响。

　　4.1.5重金属浓度测定

　　用原子吸收光谱法测定废水中重金属离子的浓度。

　　1）取适量的化工污水样品，约为100 mL。

　　2）加入适量的硝酸和过氧化氢，消解样品。消解的目的是将重金属离子转化为可测量的离子态，同时还能去除干扰物质。

　　3）进行原子吸收光谱测定。将消解后的样品放入原子吸收光谱仪中，通过吸收光谱分析仪器，测定样品中重金属离子的吸收值。根据标准曲线计算出样品中重金属离子的浓度。

　　需要注意的是，使用原子吸收光谱法测定重金属浓度时，应根据不同的重金属选择适当的分析波长。同时，在进行消解样品的过程中，应控制好消解剂的用量和反应时间，以免对测定结果产生干扰。此外，还应保证仪器的准确性和精度，及时校准和标准化仪器，以获得准确的测定结果。

　　4.2实验结果

　　使用Cu SiO2催化剂处理工业废水，可以显著降低废水中重金属离子的浓度，达到净化废水的目的。在本次实验中，废水中铜离子的质量浓度从初始的10 mg/L降低到了2 mg/L以下，大大满足了废水排放标准。同时，由于Cu SiO2催化剂具有较高的稳定性，可以反复使用，减少废水处理成本。此外，Cu SiO2催化剂还具有较高的催化活性和选择性，可以在废水处理中发挥更好的作用，而且还会减少会环境的污染，实现绿色化工。

　　5结语

　　绿色化工技术是当今化工领域中的重要发展方向之一，通过使用环保、可持续的技术和方法，实现化工过程中最大程度地减少对环境的污染和对资源的浪费，从而更好地保护人类和自然环境的健康和可持续发展。

　　参考文献

　　[1]安宝内.论绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用[J].当代化工研究，2023（5）：149-151.

　　[2]南文文.绿色化工技术在化学工程与工艺节能中的运用探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43（1）：169-171.

　　[3]董娜，张峰，刘龙涛.化学工程与工艺中绿色化工技术的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2022，42（18）：166-168.

　　[4]曲敬芳.绿色化学工程工艺的作用分析[J].冶金管理，2022（17）：18-20.

　　[5]冯宇宏.绿色化学工程与工艺对化学工业节能减排的促进作用[J].现代盐化工，2022，49（4）：65-67.

　　[6]武转玲.浅谈绿色化学工艺的开发与运用[J].山西化工，2022，42（3）：365-366.

　　[7]刁丽华，王军伟.化学工程中化工生产工艺的分析[J].化工管理，2022（15）：140-143.