绿色化学原理与绿色产品设计及其发展趋势史文华 2140420102 指导老师：杭教授[摘要]论述了绿色化学理念和基本原理以及主要介绍绿色产品设计的概念, 重点探讨了绿色化学理念在化学化工过程中的实施，即不断开发新的化学催化过程, 提高反应的原子经济性, 选用新的合成原料；采用不对称催化剂、分子筛固体酸碱催化剂和生物催化剂等高选择性、高活性的催化剂；采用水、超临界流体、离子液体、氟碳相等无毒无害溶剂和固态反应；重视生物质的利用和化学产品的绿色化等。

绿色产品设计主要研究从产品需求、设计、制造到销售、使用、废弃与回收再生的广义产品生命周期设计，并行地考虑产品生命周期中每一个阶段产品对人和环境的影响。

木文主要介绍绿色产品设计的概念、关键技术及其发展趋势。

[关键词]绿色化学；绿色化学理念；绿色产品设计；前言绿色化学理念其内涵是一种思想认识观念。

绿色化学理念同样是人们在社会发展、生产建设、科学研究、生态保护等实践中产生和形成的一种全新的思想认识、发展观念、实践精神及超前意识。

绿色化学理念具有导向性、协调和评鉴功能，它引导着人类生产活动的方向，影响着人类的生存与生产环境，也决定着人类社会的可持续发展决定着人类生产活动的效益和人们的生活质鼠绿色化学理念是一个实践的过程作为一种理念，它既是社会的产物，又对社会实践具有指导和能动作用。

绿色化学理念具有与时俱进的品格，它必然在社会发展中不断充实新的内容，以满足人类社会不断发展的要求人类在生产力不断发展，物质文明不断丰富的今天，而临着人口的急剧增加、资源的缺短、环境的恶化和生态危机等一系列世界性的难题，如何合理开发和利用资源，怎样保护好环境和维持生态的平衡，如何从源头和根本上解决好环境和资源问题，在这种情况下，绿色化学理念便应运而生。

绿色化学，又称环境友好化学或清洁化学。

绿色化学的日标要求任何一个化学活动包括使用的化学原料、化学和化工过程以及最终的产品，对人类的健康和环境都是友好的。

绿色化学的研究成果，对解决环境问题，对化学科学和化工生产的持续发展都有着十分重要的意义。

绿色化学作为可持续发展的战略之一，随着技术的进步，将为企业界注入新的活力并创造出巨人的经济效益和社会效益。

随着公众环保意识的提高，对那些在生产、使用和废弃过程中直接或间接地引起环境污染的产品将会产生抵触。

这些新的发展趋势使产品的生产厂家在产品成本和市场竞争力上面临巨大的压力，它迫使生产厂家重新思考一个基本的问题：应该生产什么样的产品，如何设计这些产品。

由此可见，这种压力首先对产品设计产生冲击，面临新的挑战必须有新的设计方法学与其相适应，产品的设计不能只考虑功能、美学以及市场等方面的需求，它还必须考虑环境的因素。

1 绿色化学的基本原理绿色化学的基本原理包括以下几个方面：(1)防比污染的产生优于治理已产生的污染；(2)原子经济性反应；(3)尽量选用无毒或毒性小的化学合成路线；(4)化学产品的设计，在保证其应具有的高效功能的同时也要尽量减小其毒性；(5)尽可能避免使用溶剂、分离试剂等辅助物质，如果不可避免，也要选用无毒无害的；(6)应考虑能源消耗对环境和经济的影响，设法降低能耗，最好在常温常压下操作；(7)原料应尽量用可再生的，而不是耗竭性的；(8)尽量避免不必要的衍生化步骤，如限制性基团、保护去保护作用和物理化学过程的瞬时改良剂等；(9)尽量选用高选择性催化剂；(10)化学品在完成其使用功能后，不应水存于环境之中，而应能降解为无害物质；(11)进一步发展改进分析方法，以便在有害物质生成前进行及时预测并能在线跟踪及控制；(12)在化学过程中，所选用的物质形式，应尽可能降低发生化学事故的可能性。

这12条原则是世界化学界所公认的绿色化学的基本原理。

绿色化学是当今化学科学研究的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等科学的最高理论和技术，是具有明确的社会需要和科学日标的新兴交义学科。

从科学的观点来看，它要求化学家从一个崭新的角度去审视传统的化学研究和化工过程，是化学学科基础内容的实践；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它合理利用资源和能源、降低生产成本。

绿色化学的核心内容是“原子经济性反应，”和“高选择性，高效反应”。

“原子经济性”的观点认为高效的有机合成反应应最人限度地利用原料分子的每一个原子，使它结合在日标分子中，不产生副产物或废物，实现废弃物的“零排放”，原子经济}N}可以用原子利用率来衡量：原子利用率(%)=(预期产物的分子量/反应物的原子量总和)X 100%也可以用Sheldon提出的E-因子(即生产每千克产品所产生的废弃物的量)的方法来衡量化工过程的排废量。

2绿色产品设计理论国内外研究状况2.1国外研究状况自丹麦学者L. Aping首先提出而向产品生命周期设计(LCD. Life CycleDe-sign的思想以来}，人们逐步认识到产品生命周期设计实现的关键是使用后产品的处理。

虽然回收工作在不断加强，但仍有大量产品零部件被废弃，造成环境污染，同时也是造成有用资源的浪费。

随着工业产品需求的不断增加，人们己经逐渐考虑到产品从设计、制造、使用、回收对环境的影响，绿色产品设计(Green Product Design)思想日益受到重视。

而对废旧产品造成日益严重的环境污染，欧美、日木等国己制订了有关回收的法律法规，引起了企业界的高度重视，即生产企业必须对自己产品负责回收或支付废旧产品的回收费用。

美国环境保护委员会(EPA )、德国政府和日木汽车制造协会(JAMA)对汽车行业分别制订了相应的促进资源重用的法规，同时美国福特、德国大众和日木丰田等世界著名的汽车公司相继成立了汽车回收技术开发部，进行不断的探索。

其中福特汽车公司1991年9月在COLONG。

成立了拆卸厂，研究经费的一部分作为分析产品的结构、重量、材料和拆卸时间，主要是为了选择经济、可行的回收处理的绿色产品设计方法。

此外，通过研究产品的回收和拆卸策略，开发了具有处理60万台电冰箱的回收系统以及相应的拆卸流水线，有效地减少环境污染，也减轻了工人的劳动强度。

基于绿色产品设计思想，使产品设计师能考虑到产品生命周期的全过程，明显降低废旧产品的处置成本。

美、日、德等国己经在汽车、家电行业应用绿色产品设计思想，并取得了良好的经济效益。

2.2国内研究状况在我国，绿色产品设计理论的研究处于起步阶段。

我国于1993年8月25日。

正式确定环境保护标志图案，1995年制订了中国21世纪议程一中国21世纪人口、环境与发展白皮书，从而在法规上己初步实施对固体废弃物的排放量进行限制。

国内一些大学己在绿色产品设计理论上，对中国小汽车、家用冰箱冰柜产品提出了适合我国国情的绿色产品设计和回收策略，同时在产品结构可拆卸性、可经济回收的评估理论力一而作了更深的研究工作。

美国Ford汽车公司的一项研究课题就是调查小汽车在中国的回收状况，然后对汽车结构进行可回收性设计。

上海环境研究科学院机械研究室也正在对上海市家用大件的回收处置工少一作可行性论证。

3绿色产品的设计原理3.1绿色产品设计过程绿色产品设计的基本定义是从产品的概念设计阶段到详细设计阶段的过程中，应用并行工程的思想，考虑产品全生命周期的所有阶段，包括用户需求、设计、生产、销售、使用以及回收、处理。

绿色产品设计是并行工程思想的深化，从广义的产品生命周期的角度来看，对环境问题的考虑不能分阶段的独立考虑和解决，由于一旦产品的设计方案被选定后，其在整个产品生命周期内对环境的影响己基本上固定了，因此，必须在设计的同时并行地考虑制造、使用等其他阶段的相关因素，也就是说，必须而向产品生命周期以确定优选的设计方案。

3.2绿色产品设计原理面向产品生命周期的绿色产品设计策略作为一种指导原则已被广泛的认可，但如何把其基本思想贯彻到日常的产品设计开发过程中，以便形成一个切实可行的绿色产品设计过程的总体框架是绿色产品设计得以普遍接受应用的关键。

下而介绍初始倡导者之一，丹麦著名学者L. Aping提出的绿色产品设计过程的总体框架，他从四个层次规范绿色产品设计过程：a．产品的功能从产品的功能上考虑绿色产品设计主要是为了使产品的功能更加合理，其基本思想是详细地分析产品的功能以确定什么是最基木的功能特性，进而评价是否这些功能的实现消耗了比较少的材料和能源，对环境造成了比较小的负荷。

b．产品的结构从产品的结构上考虑绿色产品设计主要是为了使产品的结构更加合理。

在这个层次上，首先认可基木的产品概念，并在其框架下考虑如何改进产品对环境的影响。

在设计过程中既要分析产品的功能结构也要分析产品的材料结构。

c.产品的生命周期从产品的生命周期上考虑绿色产品设计主要是为了得到产品在整个产品生命周期内资源消耗、环境负荷和工作环境影响的总体描述。

d.．产品的零部件从产品的零部件上考虑绿色产品设计主要是为了描述产品的零部件在制造过程中的环境问题，即使对有问题的零部件考虑多种可行的制造工艺，同时考虑是否通过合理化产品的功能和结构可以去除这些零部件，达到消除环境污染的可行的处理技术和成本。

4绿色产品的评价体系与方法4.1 绿色产品的评价体系绿色产品的评价是多目标问题。

但目前主要是针对产品的某一方面提出的, 很少从技术、经济和环境全方位的角度进行绿色产品评价。

我们认为绿色产品的评价指标体系必须系统地反映绿色产品的技术先进性、绿色性和经济性，如图 1 所示。

4.1.1技术先进性指标由于绿色产品强调从整个寿命循环来分析问题, 因此, 其技术先进性应包括生产过程各项技术先进性(如可靠性、简单易行性、冗余度、柔性以及各技术之间的协调性等)、产品功能和使用性能的先进性(如产品应具有的功能及其主要部件应具有的分功能、总体及各部分的性能参数等) 、回收处理及再利用阶段技术的先进性(如拆卸的可靠性、拆卸的方便性、回收利用技术的可靠性等)。

有关技术先进性的评价研究已有很多相关报道, 这里不再赘述。

4.1.2绿色产品的绿色性指标绿色产品的绿色性是实现经济、环境和社会协调持续发展的基础。

因此, 绿色性是绿色产品评价中一个必不可少的因素。

产品的绿色性是指产品在其寿命周期中节省资源、节省能源、保护环境、保护劳动者健康的程度, 包括产品寿命周期各阶段和总体的能源属性指标、资源属性指标、环境属性指标、劳动保护指标等。

能源指标能源短缺已严重制约着国民经济的发展和人民生活水平的进一步提高, 因此提高产品的节能性或优化利用能源的性能, 对解决和延缓能源短缺问题十分重要。

绿色产品的能源指标包括: 产品寿命周期各阶段及总体所用能源类型( 清洁型、污染型等) 、能源消耗量、利用率、回收率、能源的获取形式, 如一次能源( 风能、太阳能、水能) 、二次能源( 电能、汽油、煤油) , 以及能源自身的绿色性等。