4.2.1.3開發(fā)原子經(jīng)濟性

化學(xué)制藥工藝開發(fā)原子經(jīng)濟反應(yīng)

美國Stanford大學(xué)的B.M.Trost教授在1991年首次提出了反應(yīng)的“原子經(jīng)濟性”(AtomEconomy)的概念，他認(rèn)為高效的合成應(yīng)最大限度地利用原料分子的每一個原子,使之結(jié)合到目標(biāo)分子中(如完全的加成反應(yīng):A+B＝C),達到零排放。即原料中的原子得到100%的利用沒有任何副產(chǎn)物。原子經(jīng)濟性可以用原子利用率衡量:

原子利用率＝預(yù)期產(chǎn)物的分子量*100%反應(yīng)物質(zhì)的原子量總和

原子利用率越高，反應(yīng)產(chǎn)生的廢棄物越少，對環(huán)境造成的污染也越少。

開發(fā)原子經(jīng)濟反應(yīng)

在一般的有機合成反應(yīng)中：A+B=C+D 主產(chǎn)物副產(chǎn)物

反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物D往往是廢物，因此可成為環(huán)境的污染源。綠色有機合成應(yīng)該是原子經(jīng)濟性的，即原料的原子100%轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，不產(chǎn)生廢棄物。理想的原子經(jīng)濟性的合成反應(yīng)應(yīng)該是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物,不需要附加,或僅僅需要無損耗的促進劑,即催化劑。

對于大量基本有機原料的生產(chǎn)來說,選擇原子經(jīng)濟反應(yīng)十分重要。目前,在基本有機原料的生產(chǎn)中,有的已采用原子經(jīng)濟反應(yīng),如丙烯氫甲?；贫∪?、甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。開發(fā)原子經(jīng)濟反應(yīng)

另外,有的基本有機原料的生產(chǎn)所采用的反應(yīng),已由二步反應(yīng),改成采用一步的原子經(jīng)濟反應(yīng),如環(huán)氧乙烷的生產(chǎn),原來是通過氯醇法二步制備的,發(fā)現(xiàn)銀催化劑后,改為乙烯直接氧化成環(huán)氧乙烷的原子經(jīng)濟反應(yīng)。用傳統(tǒng)的氯醇法合成環(huán)氧乙烷,其原子利用率只有25%,而采用乙烯催化環(huán)氧化方法僅需一步反應(yīng)，原子利用率達100％，產(chǎn)率99％。傳統(tǒng)方法乙烯氧化催化法開發(fā)原子經(jīng)濟反應(yīng)

在許多場合，要用單一反應(yīng)來實現(xiàn)原子經(jīng)濟性十分困難，甚至不可能，但我們可以充分利用相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的集成，即把一個反應(yīng)排出的廢物作為另一個反應(yīng)的原料，從而通過封閉循環(huán)實現(xiàn)化工生產(chǎn)的零排放。對于現(xiàn)有的一些合成反應(yīng),對其生產(chǎn)工藝可以進行改造,實現(xiàn)綠色化。

磷酸磷銨生產(chǎn)是化肥工業(yè)中的一個重要組成部分，但其生產(chǎn)過程中生成大量的廢渣，每生產(chǎn)1t磷酸要排出5t磷石膏?？萍既藛T將排除的“三廢”作為生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)品加以綜合利用,實現(xiàn)了生產(chǎn)過程零排放的理想目標(biāo)。開發(fā)原子經(jīng)濟反應(yīng)1利用磷礦萃取工藝中產(chǎn)生的廢氣(HF)生產(chǎn)有用的化工原料Na2SiF6,其原理為: 4HF+SiO2=SiF4+2H2O 3SiF4+3H2O=2H2SiF6+SiO2·H2O↓ H2SiF6+2Na2SO4=Na2SiF6↓+H2SO42利用磷礦萃取工藝中產(chǎn)生的廢渣生產(chǎn)氮、磷、鉀三元復(fù)合肥料。氯化鉀銨母液再與磷銨料漿混合即制得含氮、磷、鉀三大營養(yǎng)元素的三元復(fù)合肥。

3濕法磷酸生產(chǎn)中的含磷酸性廢水(主要含H2SO4)重新導(dǎo)入磷礦萃取