Зелёная химия в технологиях мембранных биореакторов (МБР)

Зелёная химия в технологиях мембранных биореакторов (МБР)
Отрицательное отношение людей к химическому производству оправдывается несколькими пунктами, которые каждый наблюдал не раз в своей жизни. Это закопченные трубопроводы химических заводов, ядовитые выхлопные газы, пищевые добавки низкого качества, планомерные выбросы в водоёмы химического мусора и последующее загрязнение, техногенные катастрофы и пр. Если суммировать эти факторы, то человек сам себя уничтожает и делает это осознанно и планомерно. Данный вид производства имеет как положительную, так и отрицательную сторону – нагрузку на внешнюю среду и низкую безопасность природы, животных и человека. На основании статистических данных создана глобальная стратегическая цель. Она заключается в трансформации химической отрасли в более благоприятную. Данным методом сформирован новый алгоритм мышления под названием зеленая химия.
12 принципов зеленой химии:
Перед переработкой остатков, предотвратите потери.
Отбор методик синтезирования обязан производиться с учетом полной переработки материала.
Качественный отбор способов синтеза должен производиться с учетом некоторых факторов вещества и воздействие оных на флору и фауну.
Производительность должна полностью сохранить темп работы и продуктивность, но уровень токсичности обязан уменьшиться.
В технологическом процессе используются реагенты, растворители и разделяющие агенты. В данном случае, желательно их использование ограничить и сделать безвредным или удалить, если существует такая возможность.
Необходимо учесть расходы энергии и то, как она отразиться на цене товара. Синтезирование должно производиться при температуре внешней среды и давлении.
Выгода заключается в возобновлении исходного и расходуемого материалов.
Исключить или минимизировать промежуточные продукты.
Каталитические процессы в приоритете (желательно селективные).
Конечный результат химического продукта заключается в разложении на безопасные и не оставляет остаточный след во внешней среде.
Отслеживать создание опасных товаров в 21 веке при помощи аналитических методик.
Процесс отбора веществ и их форм в производстве проводиться так, чтобы уровень небезопасности равнялся нулю.
Свыше описаны 12 принципов зеленой химии. Для того чтобы понять как мы можем применить данную теорию к практике, рассмотрим следующий рисунок.
Рисунок 1 – Схема работы мембранного модуля
Как видно на рисунке, концентрированные отходы составляют (25% от объема). Данные отходы несут определенную опасность, чтобы минимизировать их, можно прибегнуть к методам зеленой химии.
Первый метод зеленой химии основывается на предотвращении образований химических загрязнений, чем попытки избавится от последствий. Реализовать такой процесс создания продукта, чтобы выделение побочных было минимальным, и представляли собой безвредные вещества, либо не образовывались вовсе. В XXI веке органическая химия использует водород в роли восстановителя. Нет необходимости утилизации, т.к. он трансформируется в воду. Как окислитель используется оксид азота. Он трансформируется в азот.
Второй метод заключается в эффективности превращений. Изначально при синтезе веществ планируется минимальное количество образований неиспользованных отходов. Это достигается путём скрупулезных расчетов, в них учитывается полный список исходных материалов, которые войдут в продукт и их безвредное использование.
Третий метод основывается на энергии затрачиваемой на процесс производства. Основная цель минимизировать энергетические затраты. Весь процесс должен проводиться при определенных температурных условиях и давлении. Чтобы преодолеть энергетический барьер по технологическим правилам предусмотрено поддерживать высокую температуру. Он разделяет реагенты от продуктов. Производится отбор катализаторов, он снизит уровень барьера и позволит осуществить реакцию в доступных условиях и температурных условиях.
Четвертый принцип зеленой химии - заключительное правило тесно взаимосвязано с безопасностью производства. Реагенты и катализаторы тщательно отбираются, благодаря этому опасность минимизируется. К перечню несчастных случаев относятся: утечки, взрывы, пожары. Учёные химического сообщества 21 века не только задаются вопросом, как получить химический продукт, но и безопасной утилизацией после срока эксплуатации. Качественные продукты зеленой химии подвергаются постепенному разложению под воздействием ряда факторов, и не задерживаются во внешней среде. Факторами, влияющими на процесс распада, выступают: вода, свет и микроорганизмы. Отметим полезность биоразлагаемых продуктов поликарбонатов.
На данный момент существует три метода реализации зеленого проекта, которые можно с уверенностью назвать перспективными:
Постоянный поиск новых путей синтезирования.
Разработка способов синтезирования на базе возобновляемого реагента. Данный процесс не требует нефти и природного газа.
Будет произведена полная замена растворителей во всем процессе.
Полное исключение растворителей - довольно удобный способ производства в экологии. Практически это выглядит немного по-другому. Вода полезна, но большинство неорганических веществ не растворяются в ней.
Для того чтобы «зеленый подход» стал основой мировоззрения большинства химиков мира, должна быть проделана огромная работа. Нужна специальная «просветительская» деятельность:
- создание программ для химиков-практиков;
- убедительные семинары для химиков-исследователей;
- циклы лекций для школьников и их учителей;
- программы для студентов химиков и будущих специалистов технических направлений (бакалавров и магистров);
- особые программы для будущих педагогов-химиков (бакалавров и магистров).
Проблема осложняется недостаточной разработанностью учебнометодических материалов для студентов и преподавателей. Положительные результаты могут быть достигнуты только при совместной работе методистов, преподавателей, административных работников учебных заведений различных ступеней образования.
Е. С. Локтева, В. В. Лунин. Прогресс науки и роль «зеленой химии» в современном мире — http://www.greenchemistry.ru/education/files/lection.pdfФадеев Г.Н. Зеленая химия — новый этап экологической химии. Режим доступа. URL: do.gendocs.ru/docs/index-223256.html (дата обращения 28.03.2012).
Лунин В.В., Тундо П. ред. Зеленая химия в России. Сб. ст. Москва, Изд-во Моск. ун-та, 2004, 230 с.
Инновационные образовательные программы в области химии. Научнообразовательный центр. «Химия в интересах устойчивого развития – зеленая химия» / В.В. Лунин, Е.С. Локтева, Е.В. Голубина. – М.: Изд-во МГУ, 2007. – 117 с.
P.T.Anastas, J.C.Warner, Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press, New York, 1998, p.30 3.
Вестник Российской академии наук, Зеленая химия и Российская промышленнойсть, Н.П. Тарасова, А.С. Макарова, С.Ю. Вавилов, С.Н. Варламова, М.Ю.