CC BY
2ЖАСЫЛ ХИМИЯНЫЦ ПРИНЦИПТЕР1 МЕН ЦОЛДАНУ САЛАЛАРЫ
СYЙIРБАЙ САНДУГАШ ЖОРАБЕКЦЫЗЫ
^оркыт ата атындагы ^ызылорда университетi ^ызылорда, ^азакстан
Аннотация: Бул жумыс жасыл химияныц 12 принцитнщ цолданылуына шолу жасайды. Жасыл химия-зиянды материалдарды пайдалану мен енд1руд1 азайтатын химиялыц втмдер мен процедураларды жасау термит. Жасыл химияныц цоршаган ортаны цоргау мацсаттарына б1рнеше нег1зг1 багыттар арцылы цол жетюзуге болады. Олардыц кейб1реулер1 биокатализге, баламалы репродуктивт1 шик1затты (биомасса) цолдануга, балама реакциялыц ерттдгге (мысалы, иондыц суйыцтыцтар, суперкритикалыц суйыцтыцтар, су), балама реакция жагдайларына (микротолцынды белсенд1ру), сондай-ац жаца фотокаталитикалыц реакцияларга жатады. Сонымен цатар, жер беттдег1 табиги ресурстарды зиянды материалдарды пайдаланбай сацтау "жасыл химияныц"басты мацсаты болып табылады. Тутыну мен внд1р1с Yлгiлерiн взгерту арцылы "жасыл химияныц "мацызды мацсаттарыныц бiрi болып саналатын цоршаган ортаныц ластануы мен зиянды цалдыцтарды азайту бойынша шаралар цабылдануда. Сонымен цатар, адам денсаулыгы Yшiн де, цоршаган орта Yшiн де цаутЫз альтернативтi технологиялардыц дамуы адам денсаулыгына жэне цоршаган ортага зиян келтiрудiц алдын алу Yшiн соншалыцты ауыр екендт аныцталды, мысалы, цауiптi химиялыц заттардыц ауага шыгарылуын азайту, вкпетц зацымдануын азайту. Сонымен цатар, цаутЫз химиялыц заттарды жасау зиянды химиялыц заттарды биологиялыц ферменттермен алмастырган кезде вндiрiстiк процестерде таза жэне арзан втмдер алу арцылы кейбiр химиялыц эдiстердi жетiлдiрудiц жацсы мYмкiндiгi болды. Мунда келтiрiлген барлыц себептерге байланысты бул шолуда жасыл химияныц цоршаган ортага химиялыц процестердщ эсерт цалай твмендететшн жэне олардыц пайдасына цалай цол жетшзуге болатындыгын кврсететт жасыл химияныц 12 цагидасы кврсетшген. Сондай-ац 12 К,агиданыц кемшiлiктерi талцыланады.
Клт свз: жасыл химия принциптерi, биологиялыц ыдырау, катализ цалдыцтары, цаутЫз химиялыц заттар
Жасыл химия тужырымдамасы химиялык eшмдердi синтездеуден, eндiруден жэне колданудан каушт материалдарды азайтуга немесе жоюга, демек, адам денсаулыгы мен коршаган ортага каушт материалдарды азайтуга немесе азайтуга багытталган он ею принципке непзделген. жойылды. Жасыл химияныц бул тужырымдамасы алгаш рет 1990 жылдардыц басында тужырымдалган. Жасыл химия институты 1997 жылы курылды [1] жэне 1999 жылы корольдш химия когамыныц жаксы калыптаскан жасыл химия журналыныц бiрiншi томы шыкты [2, 3]. Жасыл химияныц он ею кагидасы химиктерге турактылыктыц максатты максатына жетуге кемектесетш дизайн нускаулары болып табылады. Жасыл химия жагымсыз салдарды азайту Yшiн химиялык синтездi жэне молекулалык дизайнды мукият жоспарлаумен сипатталады. Тшсп дизайн аркылы келюсездер гана емес, синергияга кол жетюзуге болады [3]. Олар толыгымен химиялык заттар мен коршаган ортага терю эсер етпейтш химиялык процестердi колданады. Ол бастапкыда адам денсаулыгы мен коршаган орта Yшiн каушаз болатын молекулаларды, реакция материалдарын жэне процестердi жасауга немесе кайта жасауга непзделген. Жасыл химияныц процестерi бейорганикалык, органикалык, биохимия, полимер, коршаган орта жэне токсикология сиякты химияныц барлык дерлш белштерш камтиды. Жасыл багдарламаныц катализ, биокатализ жэне каушаздш баламаларын пайдалану сиякты бiрнеше басым тенденциялары аркылы: жацартылатын шиюзат (биомасса), реакциялык ерiтiндi (су, иондык суйыктыктар жэне аса критикалык суйыктыктар сиякты), реакция шарттары (микротолкынды сэулелену) жэне жаца
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
синтетикалык жолдар (фотокаталитикалык реакция), коршаган ортаны коргау жэне экономикалык тиiмдiлiк максаттарына кол жетюзуге болады. Бул макалада жасыл химия химиялык процестер мен технологиялардыц коршаган ортага эсерiн тeмендететiн тенденциялардыц мысалдары кeрсетiлген (1-сурет) [4]. ХХ гасырдыц екiншi жартысында гылым мен техниканыц кYшеюi мацызды экономикалык дамуга жэне eмiр CYPУ децгешнщ есуше экелдi. Алайда, мундай экономикалык даму коршаган ортаныц айтарлыктай нашарлауына экелд^ бул климаттыц негурлым айкын eзгеруiмен, озон сацылауларыныц дамуымен жэне биосфераныц барлык бeлiктерiндегi бузылмайтын органикалык ластаушы заттардыц eсуiмен кeрiнедi.
Жацадан калыптаскан жагдай табиги ресурстарды пайдалану, экономикалык eсу жэне коршаган ортаны коргау арасындагы тепе-тецдшт камтамасыз ететiн шешiмдi iздеудi талап еттi. Рефлексия аркылы соцгы екi онжылдыкта коршаган ортаны коргау талаптары туралы хабардарлык артты, сондыктан жасыл жэне eмiршец деп аталатын технологияларга кeп адщл бeлiндi. Жаца зацдар мен ережелер экожYЙенi зиянды химиялык заттардан коргауга багытталган, ал "жасыл химия" процестерi аркылы химиялык кауымдастык адам денсаулыгы мен коршаган орта Yшiн кауiпсiз жаца косылыстар мен процестердi дамытуга багытталган. Жасыл немесе туракты химия-зиянды материалдарды пайдалану мен eндiрудi азайтатын немесе жокка шыгаратын химиялык eнiмдер мен процестердi eндiруге катысты термин. Экологиялык тэсiлдерi бар химияныц жаца саласы ретiнде ол химиялык процестерде зиянды заттарды пайдалануды азайтуды немесе жоюды, сондай-ак зиянды жэне улы eнiмдерден бас тартуды камтиды. "Жасыл" деп аталу Yшiн эр реакцияда Yш "жасыл" компонент болуы керек: реагент/катализатор, ер^юш жэне энергияны тутыну. Сонымен катар," жасыл химия " калдыктарды жоюдыц ец жаксы тYрiне жэне колданганнан кейiн химиялык eнiмдердiц ыдырау процесiн жобалауга мYДделi, барлыгы ластанудыц алдын алу жэне туракты прогресс шараларына сэйкес [4, 5]. Сонымен катар, "жасыл химия" тужырымдамасы соншалыкты Yлкен эсер еттi, eйткенi ол окшауланган зерттеу зертханасынан асып тYседi жэне eнеркэсiпке, коршаган ортага, бшмге жэне когамга эсер етедi. Жасыл химия саласы химиктердщ келесi урпак eнiмдерi мен процестерiн адам денсаулыгына да, коршаган ортага да пайдалы жэне пайдалы болатындай етiп калай синтездей алатынын кeрсеттi. Сонымен катар, соцгы ею онжылдыкта "жасыл химия", окыту бастамасы, мемлекеттiк каржыландыру жэне "жасыл химия" гылыми орталыктарын (CGRC) куру саласындагы гылыми ынта-ж1гер артты. ^аз1рп уакытта бiрнеше университеттер "жасыл" химия жэне "жасыл инженерия" курстарын усынады
[4].
Жасыл химияныц он ею кагидасын 1998 жылы Пол Анастас пен Джон Уорнер енпздь Олар жаца химиялык eнiмдер мен процестердi жобалау Yшiн жетекшi непз болып табылады, колданылатын шикiзаттан тшмдшкке дейiн процестiц eмiрлiк циклiнiц барлык аспектшерше колданылады.
^алдыктардыц пайда болуын болдырмау
^алдыктардыц алдын алу жасыл химия принциптершщ бiрiншiсi болып саналады. ^алдыктарды фактiден кейiн алып тастаганнан гeрi олардыц пайда болуын болдырмау пайдалы. Накты мэнi жок кез-келген материалды eндiру немесе пайдаланылмаган энергияны жогалту ысырап деп танылуы мYмкiн. Жогарыда айтылгандай, калдыктар уыттылыгына, сипатына, мeлшерiне немесе шыгарылу эдiсiне байланысты эртYрлi формада болуы жэне коршаган ортага эртYрлi эсер етуi мYмкiн. Мысалы, 1992 жылы казiргi уакытта E факторы немесе коршаган ортага эсер ету факторы ретшде кещнен танылган тужырымдаманы Роджер Шелдон енгiздi [3]. Бул ^рсетюш eнiмнiц килограммына шаккандагы калдыктардыц мeлшерiн аныктауга кeмектеседi. Бул eндiрiс процесiнiц коршаган ортага жарамдылыгын багалау куралы.
Бул кагиданы енпзудщ негiздемесi Америка ^урама Штаттарында жыл сайын шамамен 12 миллиард тонна калдык немесе адам денсаулыгы мен коршаган ортага каушт 300 миллион тоннага жуык калдыктар (кауiптi калдыктар деп аталады) eндiрiлетiндiгiмен расталады.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Химия 6HepK3ci6i жалпы каушт калдыктардыц 70% -. жэне метанол мен ксилолдар басым болатын органикалык улы калдыктардыц ец кеп мeлшерiн (шамамен 150 000 тонна) eндiредi. ^алдыктарды кэдеге жарату " А^Ш-тыц жалпы ешмшщ шамамен 2,2% -. тутынады жэне шыгындар есуде, адамдар мен коршаган ортага зиянды органикалык калдыктар непзшен синтездщ 6елгiлi 6iр кезецдершде тYзiледi. Бул лас реакциялар улы реагенттер мен ерiткiштердi колдану аркылы 6елгiлi жэне реакцияныц катал жагдайлары eнiмдерде кептеген улы заттарды шыгарады. Бул эртYрлi салаларда колданылатын органикалык синтездщ ец кеп таралган негiзгi реакциялары (галогендеу, тотыгу, алкилдеу, нитрлеу жэне сульфирлеу) [4]. Химия енеркэаб^ сондай-ак баска химиялык eндiрyшiлер узак уакыт бойы алдын-алудан аулак болганымен, "жасыл химияга" назар калдыктардыц пайда болуын токтатуга багытталган. Алайда, калдыктардыц пайда болуын абсолюта болдырмау ю жYзiнде мYмкiн емес, eйткенi 6iрде-6iр шикiзатты толык пайдалану мYмкiн емес. Керiсiнше, бiр кокыска тасталган кокыс циклдiк агындагы материалдык кундылыктардыц тYпкiлiктi жогалуын керсетедг eндiрiс-тутынy. Демек, айналмалы агынга материалдык тауарлардыц кез-келген кайтарымы таза экономикалык пайданы 6iлдiредi жэне алдымен калдыктардыц пайда болуына жол бермеу туралы ойлану керек.
^аушаз ерiткiштер
Ер^юштер мен 6eлгiш агенттер сиякты заттарды пайдалану мYмкiндiгiнше кажет емес жэне пайдалану кезшде зиянсыз болуы керек. Мысалы, хроматографиялык 6eлiнy коршаган ортаныц ластануыныц проблемалык се6ептерi болып табылатын ерiткiштердiц кеп мeлшерiн пайдаланды. ДэстYрлi органикалык ерiткiштердiц кeпшiлiгi улы, жангыш жэне коррозияга ушырайды. Оларды кайта ецдеу айтарлыктай шыгындармен энергияны Yнемдейтiн дистилляциямен байланысты [4]. Осы себеш! экологиялык таза ерiткiштердi эзiрлеy кажет. Safer solvents синтез процесш мYмкiндiгiнше кыскартуды жэне мYмкiндiгiнше кeмекшi химиялык заттарды пайдаланудан аулак болуды усынады, ал егер олар пайдаланылса, зиянсыз болуы керек. "Жасыл химия" кагидаттарына сэйкес колайлы органикалык ерiткiш алмастыргыштарды тацдау технологиялык процестiц каyiпсiздiгiне, жумысшылардыц каyiпсiздiгiне, экологиялык каyiпсiздiкке жэне процестщ турактылыгына негiзделген. Ерiткiш физикалык жэне химиялык туракты, кубылмалылыгы темен, пайдалану оцай жэне кайта ецдеуге оцай болуы керек [4].
Катализ. Каталитикалык реагенттер стехиометриялык реагенттерден жогары. Эздерщз 6iлетiндей, кептеген жагдайларда калдыктардыц пайда болуы реагенттердщ стехиометриялык мeлшерiн дэстYрлi колданумен байланысты [3, 4].
^оршаган ортаны коргау максатында Катализ принцип биологиялык ыдырайтын катализаторларды пайдалануды ынталандырады, бул энергияны аз тутынуды бiлдiредi, хлорорганикалык косылыстарды пайдаланбауга жэне агынды сулар мен энергияны аз тутынуды азайтуга мYмкiндiк 6ередi.
Сонымен катар, биокатализ "жасыл химияныц" мысалы болып табылады, ейткеш бул табиги немесе модификацияланган ферменттерге негiзделген биомиметикалык тэсш. Бул эдетте тазартылган ферменттердiц тшелей колданылуын да, жасанды тYрде жасалган тiрi организмдер жYзеге асыратын тYрлендiрyлердi де кeрсетедi. Сонымен катар, реакция жагдайлары ете жумсак, eйткенi конверсияга атмосфералык кысым мен коршаган орта температурасында суда кол жеткiзyге болады. Сол сиякты, ферменттердщ стереохимиясы, химиялык селективтшп жогары екендiгi дэлелдендi.
Сонымен катар, биокатализаторлар биологиялык емес катализаторлармен салыстырганда реакция жылдамдыгын, темен кунын, каталитикалык ерекшелшн жэне т.б. ескере отырып, Yлкен артыкшылыкка ие, 6iрак жылу сезiмталдыFы жеткiлiксiз жэне турактылыгы нашар [3].
Биологиялык ыдырау. Химиялык ешмдер коршаган ортага ешкандай каyiп тeндiрмей, зиянсыз ыдырау eнiмдерiне ыдырайтындай етш жасалуы керек. Ыдырайтын химиялык заттар мен eнiмдердi жасаудыц максаты, олар ез кызмет аякталганнан кейiн коршаган ортага
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
зиянсыз ешмдерге айналуы керек. Максат-зиянды заттардыц пайда болуын болдырмау жэне кайта ецдеудi пайдалану аркылы кол жеткiзiлетiн калдыктарды ендiрiске мYмкiндiгiнше кайтару [3].
Тезiмдiлiк мэселесi бурыннан белгiлi жэне енеркэсштгк дамудыц бастапкы кезецдершде айкын болды [5]. Мысалы, 1950 жылдары тетрапропилен-алкилбензол сульфонаты (TPPS) кiр жугыш заттар Yшiн беттiк белсендi зат ретшде пайдаланылды, онда ол аякталмаган ыдырау нэтижесiнде сумен жабдыктау жYЙесiнде жиналды. Жагдайдыц сыни болганы соншалык, краннан шыккан су кебiктенуге бейiм болды. Дереу шешiм метил тармакталган тсзбегш биологиялык тезiмдiлiктi темендететiн сызыктык кемiртегi тiзбегiмен ауыстыру аркылы табылды.
Биологиялык ыдырайтын материалдар мен химиялык заттарды эзiрлеу оцай шаруа емес, буган коршаган ортаныц ластануыныц туракты мэселелерi дэлел бола алады. Ондаган жылдар бойы деректер жиналганнан кейiн Yрдiстер байкалды. Тармакталган тгзбектер, галогенделген фрагменттер, терттiк кемiртектер, Yшiншi реттiк аминдер жэне кейбiр гетероциклдер сиякты кейбiр химиялык курылымдар жогары тезiмдiлiкке ие болуы мYмкiн жэне олардан аулак болу керек. Екiншi жагынан, барлык жерде кездесетш ферменттер танитын эфирлер немесе амидтер сиякты функционалды топтардыц интеграциясы коршаган ортаныц ыдырайтын ешмдерш жасауга кемектеседi [6].
Талдау. Экологиялык аналитикалык химияны калдыктардыц азаюына экелетш жэне коршаган орта мен адам денсаулыгы Yшiн кауiпсiз аналитикалык процедураларды колдану ретiнде аныктауга болады [3]. Бул аньщтама химиялык трансформацияныц жедел мониторингшщ белiктерiн де, дэстYрлi талдаумен бiрге жYретiн экологиялык кемшiлiктердi де камтиды.
Жасыл Аналитикалык химияныц максаты-химиялык заттарды калдыксыз елшеу. Аналитикалык химиямен байланысты экологиялык мэселелер, эдетте, аналитикалык процестщ езiне байланысты. Аналитикалык курылгыларды ендiруде колданылатын енiмдердi ескеру кажет. Цоршаган ортаны коргау инженерлерi де, жаца датчиктердi жасайтын экологиялык химиктер де уыттылык жэне олар жумыс ютейтш материалга катысты кез келген ыктимал экологиялык мэселелер туралы бiлуi керек. Мысалы, сынап электродтары электрохимияда жш колданылады. Тиiмдi шешiм оларды нанотYтiкшелер немесе нано талшыктар сиякты кемiртегi негiзiндегi электродтармен алмастыру екендш дэлелдендi [3].
Апаттыц алдын алу. Химиялык процесте колданылатын заттар химиялык апаттардыц, соныц iшiнде шыгарындылардыц, жарылыстар мен ерттердiц ыктималдыгын азайту Yшiн тацдалуы керек. Мысалы, органикалык ерiткiштердi (улы немесе жарылгыш емес жэне коршаган ортага зиянсыз) ауыстыратын аса критикалык CO2 пайдаланудыц артуы. ^аушаздш тэуекелдiц колайлы децгейiне кол жетюзу аркылы белгiлi кауiптердi бакылау ретшде аныкталады жэне жеке корганыс куралдарын ец аз пайдаланудыц кейбiр децгейлершде кол жеткiзiледi.
1990 жылгы химиялык апаттардыц алдын алу жэне таза ауа туралы зацга енпзшген тузетулерге сэйкес, жазатайым окигаларды болдырмау кауiптердi аныктаудан басталады [3]. ^ауштердш барлык турлер^ мейлi ол улылык болсын, жарылгыштык немесе тутангыштык сиякты физикалык кауiптер жэне жаhандык кауiптер махаббат каналындагы окига жэне Бхопал сиякты апаттардыц алдын алу Yшiн химиялык заттар мен процестердi жобалау кезшде карастырылуы керек. Бул апат гылыми кауымдастык Yшiн алгашкы ескерту болуы керек, ейткеш кептеген химиялык заттар элi де ауыр кауiптер тугызу Yшiн колданылады, оларды мYмкiндiгiнше жазатайым окигалардыц алдын алу Yшiн каушаз баламалармен алмастыру керек.
^орытынды. Жасыл химияныц максаты жогарыда айтылгандай, химиялык енiмдердi ендiруден жэне колданудан зиянды материалдарды азайтуга багытталган он екi принципке непзделген. Жасыл химия процесш жобалау кезшде процестш барлык он ею принципiнiц талаптарын бiр уакытта табу мYмкiн емес екенi белгiлi. Соган карамастан, ол синтездiц белгiлi
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
кадамдары кезшде мYмкiндiгiнше кеп принциптердi колдануга тырысады. Жасыл химияныц коршаган ортаны коргаудагы жэне экономикалык табыстагы максатына кептеген багыттар аркылы кол жеткiзyге болады. Мысалы, химиялык ешмдер ез функцияларыныц соцында коршаган ортада сакталмайтындай етiп дайындалады жэне оныц орнына зиянсыз деградация ешмдерше ыдырайтын болады. Сондай-ак, жасыл химияныц максаттары мыналар: жасыл химияныц непзп максаты болып табылатын жердеп табиги ресурстарды зиянды немесе саркылмайтын жолдармен когамныц кажеттiлiктерiн канагаттандыру. Бул жагдайда назар толыгымен калпына кел^руге немесе кайта пайдалануга болатын eндiрiс eнiмдерiне аударылады. Эндiрiс пен тутыну Yлгiлерiн езгерту аркылы жасыл химияныц мацызды максаттарыныц 6iрi ретiнде ластану мен калдыктарды азайту Yшiн кадамдар жасалуда. Денсаулыкка жэне коршаган ортага будан эрi зиян келтiрмеy Yшiн баламалы технологияларды дамыту ете мацызды. ^оршаган ортаны коргау жасыл химия процесш енпзу аркылы мYмкiн болатынын корытындылауга болады.
1. Фадеев Г.Н. Зеленая химия — новый этап экологической химии. Режим до- ступа. URL: do.gendocs.ru/docs/index-223256.html (дата обращения 28.03.2012).
2. Лунин В.В., Тундо П. ред. Зеленая химия в России. Сб. ст. Москва, Изд-во Моск. ун-та, 2004, 230 с.
3. Anastas P.T., Warner J.C. Green Cemistry: Theory and Practice. Oxford University Press, New York, 1998, 30 р.
4. Голубина Е.В., Локтева Е.С. Зеленая химия в вопросах и ответах. URL: http ://www. greenchemi stry. ru.
5. Фадеев Г.Н., Фадеева С.А. Знакомьтесь: «зеленая химия». Химия: учебно- методический журнал для учителей химии и естествознания, 2011, № 13 (827), с. 16 — 19.
6. Локтева Е.С., Лунин В.В. Прогресс и роль «зеленой химии» в современном мире. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1377209.
ПАИДАЛАНЫЛГАН ЭДЕБИЕТТЕР Т1З1М1:
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
