淺談催化劑對化學工業及社會發展的重要意義

摘要：催化劑是指在化學反應中能改變化學反應歷程，而本身的化學性質沒有發生改變的一類物質。把催化劑應用於化工生產，能夠生產出滿足我們衣食住行的很多原料，但是化工生產中也帶來了一些環境問題。所以，開發高效，綠色的工業催化劑，升級現在化工生產的技術，實現清潔化生產，對於當今社會的可持續發展具有重要意義。

關鍵字：催化劑化工生產環境化學

催化劑又稱觸媒，是指在化學反應中能對其他物質的化學反應速率進行改變,既能提高化學反應速率，也能降低化學反應速率，但其本身的質量與化學性質在該化學反應前後並不發生改變的物質。催化劑可以分為三種類型，分別是均相催化劑、多相催化劑以及生物催化劑。其中，均相催化劑與其所催化的反應物所處的物態是一致的;而多相催化劑與其所催化的反應物所處的狀態是不同的。生物催化劑簡稱酶,是動物、植物以及微生物產生的具有催化能力的有機物[1]。

催化劑對化學工業及對社會的發展起到舉足輕重的作用。據不完全統計，全球約有3萬種原料和化學中間體是通過催化劑直接和間接合成的。這些材料除直接關係到人們衣食住行,還涉及到現代高科技領域，如信息傳輸、網路技術、航空航天，以及生物工程等[2]。

催化劑在工業上的應用歷史可以追溯到19世紀末，從工業生產硫酸到氯鹼工業，從工業固氮合成氨到後來的石油煉製工業以及後來的催化聚合物合成工業等，催化劑都發揮著重要作用，每一次的催化劑的更新換代都會引發化學工業的巨大變革，與此同時的帶來的社會的大進步也是有目共睹的。如合成氨工業，提高了土地的肥力，緩解了我們的糧食問題；石油煉製生產低級烴類，緩解了我們的能源問題；聚合物的合成，豐富了我們的日用品。還有很多這樣的例子能夠說明催化劑對化學工業及社會發展的重要意義。

但是，如今社會公眾都對化學工業有比較嚴重的偏見，就是環境問題。一提到霧霾、水污染、酸雨等，就把問題推到化學工業上，並且相比於製造業、服務業等這些和我們的生活有直接關係的，公眾對其還有不錯的評價，而認為化學和化工好像與他們沒有關係，但是作為化學化工科研工作者，我想說的是如果沒有化學和化工，就沒有衣食住行的種種物品，化學和化工對社會的發展具有不可代替的基礎作用。當然，公眾對於化學的偏見也的確說明了現在的化學工業給社會帶來福利的同時，也造成了環境污染、生產危害等一些社會問題。

縱觀現在的化學工業，大多是高溫高壓的反應條件，在生產主要產品的時候，會產生三廢，這些都是社會的潛在危害。催化劑的工業應用，雖然略微減輕一些生產過程的危害，但是就目前的技術，仍然不能減輕對環境的危害。所以，開發清潔、高效、環境友好型的綠色催化劑，是工業催化上面臨的重大挑戰。本文根據閱讀的文獻資料以及自己的思考，對於這個問題提出幾點自己的看法。

在這之前，我們來看一下這麼一個事實：自然界中無時無刻都在進行著化學反應，反應條件多是溫和的，其中的大多都是有生物酶催化的媒觸反應，那麼對於這些大自然客觀存在的事實，你見到這些反應對環境造成什麼嚴重的影響了嗎？好像沒有吧。這就是我提出以下幾點想法的事實基礎和出發點。

（1）開發生物酶催化劑：隨著生物化學技術的快速發展，酶作為一種高效、專一且反應條件溫和的生物催化劑，引起越來越多的科研工作者的關注。人們可以利用生物酶降解環境中的污染物，或者通過酶催化以及仿生催化工藝減少能源消耗和污染物排放，以達到清潔化生產的目的。對於這方面的研究可以先從酶的結構研究出發，了解酶的結構與性質的關係，利用現在的全合成策略或未來的新技術，仿生合成酶類催化劑，進而精準調控酶催化劑的結構以適應不同的化學反應。

（2）研究原子利用率達100%的化學反應：原子利用率是指化學反應生成產物的原子量和原料的原子量的比值，所謂原子利用率達到100%就是原料的原子全部轉化成產物。現在的化學工業，之所以會產生三廢，就是原子的利用率沒有達到100%，當然要想達到100%的原子利用率也是相當困難的。氫氣和氧氣的燃燒反應，就是一個簡單的例子。對於這方面的研究可以從化學反應的實質出發，物質的生成就是化學鍵的斷裂和重新生成，就是原子的重新組合，在化學熱力學和化學動力學的指導下，考慮催化劑能改變化學反應的歷程的特點，開發可能的合成路線。

（3）研究自然存在的物質作催化劑：探索大自然的奧秘，永遠沒有盡頭。人類到目前為止，對於大自然的探索，知道的規律要遠少於未知的規律。所以，向大自然學習，根據「存在即合理」的思想，把天然存在的物質應用到化學中是不錯的選擇。例如，廣泛存在的腐殖酸，研究開發其應用領域，可以解決我們社會的很多問題。

（4）利用客觀的無機環境來催化反應：我們知道地球從最初的無氧無水無生命到現在的繁華世界，其中起主導作用的就是客觀的無機環境，所以無機環境對物質的創造無疑起到關鍵的作用，同樣的對於其中的化學反應也是一樣。利用這些環境因素來催化反應，如現在的光催化反應，就是一個比較典型的例子。

總之，開發綠色、環保的新型催化劑，把化學反應上升到新的高度，實現化工生產的綠色花、清潔化，解決當今社會嚴峻的環境問題，實現既滿足人們需要，又不以破壞環境為代價的可持續發展，仍然需要全體化學科研工作者及相關學科科研人員的不懈努力。本人今後的研究工作也將致力於開發高效、清潔的催化劑，為清潔的化工生產貢獻自己的力量。

[1]崔華松,張勝傳.化工生產中如何正確選擇合適的催化劑[J].中外企業家,2015,9Z:205

[2]李永振.化學工業催化劑新進展[A].全國工業催化信息站.第1屆全國工業催化技術及應用年會論文集[C].全國工業催化信息站:2004:5

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