CC BY
6УДК 691
Акмаммедова А.
Преподаватель, кафедра «Органической химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
Хаджыев С.
Студент, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
Кулиева А.
Студент, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
Куллаева С.
Студент, факультет «Химии» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
РАЗРАБОТКА НОВЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ, НАПРАВЛЕННЫХ НА МИНИМИЗАЦИЮ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ "ЗЕЛЕНОЙ ХИМИИ"
Аннотация: разработка новых синтетических методов направлена на минимизацию образования отходов, использование возобновляемого сырья и применение принципов «зелёной химии».
Ключевые слова: «зелёная химия», минимизация отходов, возобновляемое сырьё, новые синтетические методы.
Традиционная парадигма органического синтеза, в значительной степени зависящая от невозобновляемых ресурсов и производящая значительные потоки отходов, становится все более неустойчивой. По мере обострения экологических проблем потребность в более чистых и эффективных синтетических методах стала первостепенной. Именно здесь принципы зеленой химии становятся путеводной звездой, прокладывая путь к более устойчивому будущему.
Зеленая химия, философия, которую отстаивали Пол Анастас и Джон Уорнер в 1990-х годах, выступает за разработку химических процессов, которые минимизируют воздействие на окружающую среду на протяжении всего их жизненного цикла. Этот целостный подход включает в себя несколько ключевых принципов, каждый из которых стратегически направлен на сокращение отходов и содействие устойчивому развитию:
Профилактика: Предотвращение образования отходов является наиболее эффективной стратегией. Это означает разработку синтезов, требующих минимального количества исходных материалов и генерирующих минимальное количество побочных продуктов.
Атомная экономика: этот принцип максимизирует включение исходных материалов в конечный продукт, сводя к минимуму атомные отходы. Химики стремятся к реакциям, приближающимся к 100%-ной экономии атомов, при которой все атомы исходных материалов в конечном итоге превращаются в желаемый продукт.
Менее опасные синтезы. Использование менее опасных или нетоксичных реагентов и растворителей имеет решающее значение для защиты здоровья человека и окружающей среды. Это может включать использование более безопасных альтернатив, разработку каталитических
реакций, минимизирующих расход реагентов, или использование воды в качестве растворителя.
Проектирование с учетом разложения: синтез продуктов, которые легко разлагаются после использования, сводит к минимуму их долгосрочное воздействие на окружающую среду. Это особенно важно для материалов, предназначенных для краткосрочного применения.
Возобновляемое сырье. Замена невозобновляемых видов ископаемого топлива легкодоступными и возобновляемыми ресурсами биомассы, такими как материалы растительного происхождения, является важным шагом на пути к устойчивому развитию.
Катализ: Катализ играет центральную роль в зеленой химии. Катализаторы, вещества, которые ускоряют реакции, не расходуясь сами, обеспечивают эффективные преобразования, сводя к минимуму отходы и потребление энергии.
Выбор растворителя. Выбор экологически безопасных растворителей, предпочтительно воды или легко биоразлагаемых альтернатив, сводит к минимуму риски для окружающей среды и здоровья, связанные с утилизацией растворителей.
Энергоэффективность: Оптимизация условий реакции для минимального потребления энергии имеет решающее значение. Это может включать использование микроволнового облучения, сонохимии или разработку реакций, которые работают при температуре и давлении окружающей среды.
Принимая эти принципы, химики разрабатывают инновационные синтетические методы, которые сводят к минимуму образование отходов, используют возобновляемые ресурсы и уменьшают воздействие химического производства на окружающую среду. Вот некоторые ключевые области прогресса:
Катализ для устойчивого синтеза. Разработка эффективных и селективных катализаторов позволяет проводить более чистые и эффективные преобразования. Сюда входят гетерогенные катализаторы, катализаторы многократного использования и биокатализаторы, полученные из природных источников, таких как ферменты.
Биокатализ. Ферменты, собственные природные катализаторы, обладают беспрецедентной селективностью и действуют в мягких условиях. Достижения в области ферментной инженерии и направленной эволюции создают еще более универсальные биокатализаторы для более широкого спектра синтетических применений.
Химия потока: Реакторы непрерывного потока позволяют точно контролировать параметры реакции, минимизируя отходы и максимизируя эффективность. Эта технология особенно хорошо подходит для крупномасштабного производства по принципам зеленой химии.
Синтез с помощью микроволновой печи: микроволновое облучение обеспечивает быстрый и эффективный нагрев, что приводит к сокращению времени реакции, снижению потребления энергии и повышению выхода.
Сила возобновляемых источников энергии. Возобновляемые ресурсы, такие как материалы растительного происхождения, все чаще используются в качестве исходных материалов для синтеза. Это включает использование биоспиртов, терпенов и углеводов в качестве заменителей сырья на основе нефти.
Эти достижения — не просто теоретические концепции. Вот несколько реальных примеров зеленой химии в действии:
Биоразлагаемые полимеры. Разработка биопластиков, полученных из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал, предлагает устойчивую альтернативу традиционным пластикам на основе нефти.
Зеленые растворители. Использование ионных жидкостей, часто многоразовых, и сверхкритических жидкостей, таких как диоксид углерода, в качестве альтернатив растворителям, набирает обороты.
Экологичная фармацевтика: Фармацевтическая промышленность все активнее внедряет принципы зеленой химии для разработки лекарств с меньшим воздействием на окружающую среду, уделяя особое внимание более чистому синтезу и сокращению отходов.
Несмотря на эти достижения, проблемы остаются. Интеграция принципов зеленой химии в существующие промышленные процессы часто требует значительных изменений инфраструктуры. Кроме того, разработка по-настоящему атомоэффективного синтеза может быть сложной задачей, требующей глубокого понимания механизмов реакции и исследования новых путей реакций.
Успешное внедрение зеленой химии требует многостороннего подхода. Сотрудничество между химиками, инженерами и политиками имеет решающее значение. Химикам необходимо продолжать внедрять инновации, разрабатывать новые методы и оптимизировать существующие. Инженеры должны разрабатывать производственные процессы, совместимые с «зеленой» химией. Политики должны обеспечить стимулы для внедрения «зеленых» технологий и способствовать исследованиям и разработкам в этой области.
Кампании по просвещению и повышению осведомленности общественности также имеют важное значение для продвижения культуры устойчивого развития. Понимая влияние традиционного химического производства на окружающую среду, потребители могут сделать осознанный выбор в пользу продуктов, синтезированных с использованием принципов зеленой химии.
Зеленая химия предлагает преобразующую основу для построения более устойчивого будущего химической промышленности. К
минимизируя отходы, используя возобновляемые ресурсы и уделяя приоритетное внимание безопасности, зеленая химия прокладывает путь к более чистым производственным процессам и экологически безопасным продуктам. По мере продолжения исследований и разработок потенциал зеленой химии расширяется. Вот несколько интересных возможностей на будущее:
Биоперерабатывающие заводы: Развитие интегрированных биоперерабатывающих заводов, способных преобразовывать биомассу в широкий спектр ценных химикатов и топлива, имеет огромные перспективы. Это могло бы значительно снизить зависимость от ископаемого топлива и создать более замкнутую экономику, основанную на биотехнологиях.
Синтез т^Ш. Концепция синтеза т^Ш, при которой несколько стадий реакции объединяются в один процесс, сводит к минимуму образование отходов и упрощает производственные процессы. Этот подход требует разработки высокоселективных катализаторов, способных эффективно осуществлять многочисленные превращения.
Искусственный интеллект в зеленой химии: Искусственный интеллект (ИИ) может стать мощным инструментом для ускорения инноваций в зеленой химии. Алгоритмы искусственного интеллекта могут использоваться для проверки обширных баз данных молекул и реакций, определения потенциальных экологических синтетических маршрутов и оптимизации условий реакции для максимальной эффективности и минимальных отходов.
Будущее химии, несомненно, зеленое. Принимая принципы зеленой химии и поощряя постоянные инновации, химическая промышленность может обеспечить устойчивое будущее для будущих поколений. Этот путь требует коллективных усилий химиков, инженеров, политиков и общественности. Поскольку экологическое сознание продолжает расти, спрос на решения в области зеленой химии будет только расти. Работая
вместе, мы сможем навсегда превратить химическую промышленность в ответственную и экологически сознательную силу.
Химики несут фундаментальную этическую ответственность за рассмотрение воздействия своей работы на окружающую среду. Активно участвуя в разработке и внедрении принципов зеленой химии, они могут гарантировать, что их профессия сыграет положительную роль в сохранении планеты для будущих поколений. Это требует изменения мышления, выхода за пределы продукта и сосредоточения внимания на всем жизненном цикле химического вещества, от его синтеза до его окончательной судьбы после использования.
Потребители играют решающую роль в переходе к более устойчивой химической промышленности. Делая осознанный выбор и отдавая предпочтение продуктам, произведенным с использованием принципов «зеленой химии», они могут послать мощный сигнал производителям. Изучение зеленой химии позволяет потребителям понять экологические последствия своих решений о покупке и расставить приоритеты в продуктах, соответствующих устойчивым практикам.
Путь к устойчивому будущему химии выложен инновациями, сотрудничеством и приверженностью экологическим принципам. Приняв эти стратегии, химическая промышленность сможет сохранить свою актуальность и внести значительный вклад в создание более здоровой планеты для всех. Зеленая химия - это не просто технологический сдвиг; это культурная трансформация, общее видение будущего, в котором химия процветает в гармонии с окружающей средой. Путь к более экологичному химическому будущему начался, и его возможности безграничны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Горячева В. А., Христофорова И. А. «Зелёная химия и устойчивое развитие».
2. Астафьева Л. С. «Экологическая химия».
3. Фелленберг Г. «Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию».
4. Биоразлагаемые полимеры в центре внимания.
5. Глик Б., Пастернак Дж. «Молекулярная биотехнология. Принципы и применение».
6. Егорова Т. А., Клунова С. М., Живухин Е. А. «Основы биотехнологии».
7. Ягодин Г. А., Пуртова Е. Е. «Устойчивое развитие: человек и биосфера».
8. Зайцев В. А., Кузнецов В. А., Тарасова Н. П. «Зелёная химия» и безотходное производство.
9. Великородов А. В., Тырков А. Г. «Зелёная химия. Методы, реагенты и инновационные технологии».
10. Our Common Future. Oxford: Oxford University Press. 1987.
11. The United Nations Programme of Action from Rio (1993) Agenda 21, Earth Summit, United Nations Publisher 1993.
12. Мудоуз Д., Рандерз Й., Медоуз Д. «Пределы роста. 30 лет спустя».
13. P. T. Anastas, J. C. Warner. «Green Chemistry: Theory and Practice», Oxford, 1998.
14. R. A. Sheldon. Pure Appl. Chem. 2000. V. 72. Р. 1233.
Akmammedova A.
Lecturer, Department of Organic Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
Hajyyev S.
Student, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
Kuliyeva A.
Student, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
Kullayeva S.
Student, Faculty of Chemistry Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
DEVELOPMENT OF NEW SYNTHETIC METHODS AIMED AT MINIMIZING WASTE FORMATION, USING RENEWABLE RAW MATERIALS AND APPLYING THE PRINCIPLES OF "GREEN
CHEMISTRY"
Abstract: the development of new synthetic methods is aimed at minimizing waste generation, using renewable raw materials and applying the principles of "green chemistry ".
Key words: "green chemistry", waste minimization, renewable raw materials, new synthetic methods.
