2004年总统绿色化学挑战奖
★变更溶剂和反应条件奖
获奖者:巴克曼实验室国际有限公司(Buckman Laboratories
International, Inc)
获奖原因:Optimyze*9誖——改善纸制品回收利用的新型酶技术
纸制品是填埋垃圾的主要成分,回收利用已成为环保的重要工作之一,
其可多次回收利用,目前美国约一半的纸张和纸板被回收并再利用。
但是,含有黏合剂、塑料、涂层的纸制品会产生黏性污染物,给回收带
来困难。这些黏性污染物会在回收纸制品上产生疵点和空洞,影响制
品外观,降低产品质量。此外,黏性污染物引起的停工浪费大量资源,
据估计，美国每年仅停工清理的损失就达约5亿美元。通常,清理使
用的化学溶剂(矿物油精等)来自于不可再生的石油资源,不仅难以回
收而且会带来环境、健康和安全问题。
巴克曼实验室的Optimyze*9誖技术是控制黏性污染物的全新方法,其
使用1种新型酶消除传统纸回收过程中的问题。黏性污染物的主要成
分为聚醋酸乙烯类物质。Optimyze*9誖含有1种酯酶,可催化聚醋酸
乙烯类物质水解,产生非黏性、可溶于水的聚乙烯醇。这种酶通过发
酵工艺大量生产,由于酶本质为蛋白质,可完全生物降解,因此毒性低,
更加安全。此外,该技术还可回收以前无法回收的纸制品。
Optimyze*9誖于2002年5月工业化,现已经有40多家造纸厂使用该
技术生产回收纸制品。使用该技术后,一个造纸厂每天可减少溶剂用
量757L,每年可减少化学品用量27万t,产量提高6%以上,每年收益
约为100万美元。
★更安全化学品设计奖
获奖者:Engelhard公司
获奖原因:Engelhard RightfitTM有机颜料
过去,红、橙、黄颜料市场主要为基于铅、铬(Ⅵ)、镉等重金属的颜
料。美国环保署(EPA)对重金属进行管制后,颜料配方设计师开始转向
高性能有机颜料。尽管高性能有机颜料满足了性能要求,但是也付出
了不少代价,如价格昂贵、生产使用大量有机溶剂、多磷酸,有些使用
3,3′-二氯对二氨基联苯或多氯苯。
Engelhard开发出多种含钙、锶或钡的环境友好型Rightfit*9誖偶
氮颜料,具有色空间良好、性能优异、性价比好、迁移率非常低、分
散性能好、尺寸稳定性得以改善、热稳定性提高、色牢度好、对环境
影响小等特点。毒性研究表明,这些颜料潜在毒性低,物理性质和化学
结构与很多广泛使用的食品着色剂相似。目前,大多数Rightfit*9誖
颜料已经获得美国食品及药物管理局(FDA)和加拿大卫生保护部(HPB)
的批准,可以用于食品间接接触环境。由于色牢度高,使用较少颜料即
可获得较高色值。Rightfit*9誖的颜色范围很宽,从紫色到黄绿色,
由于结构相似,颜料是互容的,可将2种或多种颜料混合以获得所需色
彩。
此外,Rightfit*9誖颜料以水为介质进行生产,省去传统高性能颜料
生产必须的多氯中间体。
★学术奖
获奖者:佐治亚理工大学的Charles A. Eckert和Charles L. Liotta
获奖原因:环境友好的可调变溶剂将反应和分离相结合
所有的化学过程都包括反应和分离2个步骤,通常使用相同的溶剂,但
只对反应进行优化。典型的分离过程约占生产成本的60%～80%,且大
多数对环境有较大的影响。传统方法将反应和分离分开设计,而
Eckert和Liotta使用一系列新型、环境友好的可调变溶剂将这2个
步骤结合。
超临界CO2、近临界水、CO2膨胀液体等环境友好的可调变溶剂具有
特殊的性质,如这些可调变溶剂的溶解性能优于气体;传输特性优于液
体;热力学条件(如温度、压力或两者同时)发生较小改变时,性质会发
生相当大的变化。此外,其对人体和环境无害,且产生最少量的废物。
Eckert和Liotta小组使用环境友好溶剂对反应和分离相结合、废物
产生最小化及性能改进等作了研究。主要工作如下:使用超临界CO2
调节反应平衡和速率、提高选择性以及消除废物;首次利用含有相转
移催化剂的超临界CO2清洁、经济地分离产物;用近临界水代替传统
有机溶剂进行了大量合成反应,如在酸、碱催化反应中,勿需补加酸或
碱,不需中和,也不用处理盐副产品;利用CO2膨胀有机液体回收多种
均相催化剂,如相转移催化剂、手性催化剂和酶等;使用环境友好的可
调变溶剂设计合成反应,通过循环利用使产生的废物量最小化,并用过
程经济学对工业化可行性进行了论证。
(洪 译)(未完待续）