§ 53. Ахова навакольнага асяроддзя ад шкоднага ўздзеяння хімічных рэчываў. «Зялёная хімія»

Барацьба з забруджвальнікамі навакольнага асяроддзя

Дасягненні навукі і тэхналогіі дазволілі стварыць камфортныя ўмовы для жыцця людзей. Аднак неапраўдана высокія тэмпы росту спажывання прывялі да празмерных нагрузак на навакольнае асяроддзе, да яго забруджвання і вычарпання прыродных рэсурсаў.

Да асноўных відаў забруджвальнікаў, якія ўплываюць на навакольнае асяроддзе, адносяць:

• • адходы — бытавыя і прамысловыя, пабочныя прадукты прамысловасці (радыеактыўныя элементы, пластыкі, цяжкія металы са шчыльнасцю больш як 5 г/см³);
• • адпрацаваныя газы — выхлапныя газы аўтамабіляў (NO, NO₂, СО, вуглевадароды — прадукты няпоўнага згарання паліва), тэхналагічных установак цеплавых электрастанцый (СО₂, СО, SO₂, NO, NO₂, О₃), прадпрыемстваў металургіі, хімічнай прамысловасці і вытворчасці будаўнічых матэрыялаў;
• • бытавыя, гаспадарчыя і прамысловыя сцёкавыя вады, з якімі ў навакольнае асяроддзе паступаюць фасфаты (мыйныя і ачышчальныя сродкі, фосфарныя ўгнаенні і інш.), нітраты і іншыя азотзмяшчальныя злучэнні (мінеральныя ўгнаенні, экскрэменты чалавека і жывёл), іншыя солі (хларыды, сульфаты), цяжкія металы, паверхнева-актыўныя рэчывы (ПАР), пестыцыды.

Забруджвальнікі ўплываюць на стан навакольнага асяроддзя, яны небяспечныя для людзей, з’яўляюцца прычынай розных хвароб і генетычных мутацый. Тым не менш сучаснай цывілізацыі не абысціся без хімічнай прамысловасці.

Праблема заключаецца не ў стварэнні хімікамі «шкодных рэчываў», а ў тым, што людзі не заўсёды рацыянальна выкарыстоўваюць сінтэзаваныя рэчывы і хімічныя тэхналогіі. Такім чынам, менавіта хімікі павінны знайсці шляхі зніжэння шкоднага ўплыву, што наносяць прамысловыя прадпрыемствы і іншыя крыніцы забруджвання нашай планеты. У сувязі з гэтым магчымыя два шляхі:

• 1) адсочваць паступленне шкодных рэчываў у навакольнае асяроддзе і абясшкоджваць або знішчаць іх, што з’яўляецца задачай экалагічнай хіміі;
• 2) прадухіляць забруджванне асяроддзя, памяншаючы выпрацоўку прыродных багаццяў, што з’яўляецца задачай «зялёнай хіміі».

Кіруючыся першым шляхам, хімікі-аналітыкі і эколагі распрацоўваюць эфектыўныя метады маніторынгу вадаёмаў, глеб, паветра. Вучоныя і інжынеры-распрацоўшчыкі вынаходзяць, а хімічная прамысловасць выпускае шматлікія сарбенты, паглынальнікі, іонаабменныя смолы для ачысткі прамысловых і сцёкавых вод, паглынання шкодных газаў і пылу, якія выдзяляюцца прадпрыемствамі. Хімікі распрацоўваюць метады ўтылізацыі прамысловых і бытавых адходаў шляхам іх бяспечнага знішчэння або перапрацоўкі з мэтай паўторнага выкарыстання. Д. І. Мендзялееў у свой час пісаў: «У хіміі няма адходаў, а ёсць нескарыстаная сыравіна».

У якасці прыкладаў утылізацыі розных адходаў у Рэспубліцы Беларусь можна прывесці перапрацоўку металалому на Беларускім металургічным заводзе. Сёння ў прамысловых маштабах перапрацоўваюць макулатуру, вырабы з пластмас і шкла. Шлак ліцейнай вытворчасці выкарыстоўваюць для вырабу будматэрыялаў (цэглы, чарапіцы). На беларускіх нафтаперапрацоўчых прадпрыемствах ёсць устаноўкі па ператварэнні серавадароду, які вылучаецца ў працэсе перапрацоўкі нафты ў атмасферу, у карысны прадукт — серную кіслату.

На Гомельскім хімічным заводзе фторавадарод, які ўзнікае ў працэсе раскладання апатытавага (фасфарытавага) канцэнтрату, ператвараюць у H₂SiF₆, AlF₃, Nа3AlF₆.

Прадухіленне забруджвання навакольнага асяроддзя

«Зялёная хімія» — гэта стратэгія вытворчасці і прымянення хімічных прадуктаў і працэсаў, якая прадугледжвае памяншэнне або адыход ад выкарыстання і ўтварэння шкодных рэчываў.

Разгледзім, як у рамках «зялёнай хіміі» прапаноўваецца вырашаць экалагічныя праблемы.

1. Каб пазбегнуць пападання хімічных рэчываў у навакольнае асяроддзе і знізіць страты прыродных рэсурсаў, неабходна распрацоўваць хімічныя працэсы, якія даюць магчымасць пазбегнуць утварэння пабочных прадуктаў. Напрыклад, у вядомым вам традыцыйным лабараторным метадзе сінтэзу хлоравадароду па рэакцыі

NaCl_(цв) + H₂SO_4(канц) = HCl↑ + NaHSO₄

тэарэтычна толькі 2 з 9 атамаў рэагентаў уваходзяць у састаў патрэбнага прадукту. Так званая атамная эфектыўнасць гэтага працэсу складае 22 %.

На ААТ «Беларуськалій» хлоравадарод атрымліваюць прамым узаемадзеяннем хлору і вадароду, пры гэтым усе атамы рэагентаў уваходзяць у састаў прадукту:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Значыць, эфектыўнасць працэсу складае 100 %.

2. Неабходна выкарыстоўваць тэхналагічныя працэсы, у якіх як зыходныя рэчывы, так і прадукты ці адходы не наносяць шкоды навакольнаму асяроддзю і персаналу прадпрыемстваў. Напрыклад, адбельванне цэлюлозы хлорам пры вытворчасці паперы прыводзіць да ўтварэння і паступлення ў навакольнае асяроддзе таксічных рэчываў — дыаксінаў. Каб гэтага пазбегнуць, лепш праводзіць адбельванне цэлюлозы пераксідам вадароду, які не ўяўляе такой небяспекі. Пры паданні ў навакольнае асяроддзе ён хутка раскладаецца:

2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂↑.

Вядома пра шкоду, якую наносяць усяму жывому выкінутыя палімерныя ўпакоўкі, пакеты, бутлі з пластыку. Аднак поўны пераход на папяровую ўпакоўку прывядзе да неабходнасці павелічэння вытворчасці паперы, а адсюль дадатковай высечкі лясоў. Таму прапануецца перайсці на выраб пакавальнага матэрыялу з біяраскладальных матэрыялаў, вырабленых, напрыклад, з малочнай кіслаты або вытворных цэлюлозы. Для вырабу бутэлек лепш выкарыстоўваць шкло, якім можна карыстацца паўторна або пераплаўляць і атрымліваць новыя вырабы.

3. Большасць хіміка-тэхналагічных працэсаў працякае ў растворах. Выкарыстаныя водныя або няводныя растваральнікі і прымесі, што ў іх змяшчаюцца, павінны праходзіць працэс ачысткі. Гэта нятанны працэс. Да таго ж поўнай ачысткі, як правіла, не адбываецца. Растваральнікі, якія ўтрымліваюць небяспечныя хімічныя рэагенты, у выглядзе сцёкавых вод скідаюцца ў рэкі. Выхадам з гэтай сітуацыі з’яўляецца адмова ад выкарыстання растваральнікаў ці выбар такіх, якія не забруджваюць навакольнае асяроддзе.

Напрыклад, у якасці растваральніку прапануюць ужываць вуглякіслы газ, сціснуты да стану, пры якім ён набліжаецца па шчыльнасці да вадкасці. Такі растваральнік ужо сёння выкарыстоўваюць для экстракцыі кафеіну з кававых зерняў, эфірных алеяў з раслін і ў некаторых хімічных рэакцыях. Пасля правядзення экстракцыі раствор дастаткова нагрэць і ўвесь СО₂ выпарыцца.

4. Каб прадухіліць вычарпанне прыродных рэсурсаў, неабходна ствараць вытворчасці або ажыццяўляць працэсы, у якіх выкарыстоўваюцца аднаўляльныя віды сыравіны — раслінныя алеі, цэлюлоза, бытавое смецце, вуглякіслы газ.

Такі падыход ляжыць у аснове атрымання метылавых эфіраў тлустых кіслот — біяпаліва з рапсавага алею.

Хімікі працуюць над стварэннем матэрыялаў для сонечных батарэй, якія ператвораць невычэрпную энергію Сонца ў электрычную (мал. 131).

5. Паменшыць пападанне выхлапных газаў аўтамабіляў у атмасферу і знізіць парніковы эфект можна шляхам замены рухавікоў унутранага згарання вуглевадародаў на электрарухавікі. Для гэтага хімікі працуюць над стварэннем новых хімічных крыніц току, у прыватнасці, над распрацоўкай эфектыўных паліўных элементаў, якія змогуць ператварыць энергію бясполымнага акіслення вадароду кіслародам у электрычную. Значным крокам у зніжэнні ўзроўню забруджвання атмасферы з’яўляецца прымяненне аўтамабільных каталізатараў — прылад у выхлапной сістэме аўтамабіля. Яны прызначаны для зніжэння таксічных выкідаў у атмасферу шляхам аднаўлення аксідаў азоту і акіслення чаднага газу, а таксама вуглевадародаў, якія не згарэлі.

У цяперашні час для ўстойлівага развіцця цывілізацыі чалавецтва павінна накіроўваць сваю дзейнасць не толькі на ліквідацыю шкодных наступстваў, але і на прадухіленне іх з’яўлення, дзейнічаць па прынцыпе «Не нашкодзь сабе, грамадству, прыродзе». Такая дзейнасць магчымая ва ўмовах развіцця хімічнай навукі, распрацоўкі на яе аснове рэсурса-, энергазберагальных і экалагічна бясшкодных тэхналогій, новых матэрыялаў і рэчываў.

Пытанні, заданні, задачы

1. Назавіце прычыны экалагічных праблем. Як вы разумееце выраз: «Узнікненне экалагічных праблем — гэта наступствы празмернага спажывання»?

2. Назавіце рэчывы — асноўныя забруджвальнікі паветра і іх крыніцы.

3. Якія неарганічныя рэчывы могуць быць выяўлены ў вадзе з калодзежа, калі:

• а) яна з’яўляецца жорсткай;
• б) непадалёк размешчаны кароўнік;
• в) побач знаходзіцца поле з угнаеннямі?

4. Ацаніце плюсы і мінусы выкарыстання ў якасці ўпакоўкі поліэтылену і паперы.

5. Назавіце магчымыя шляхі памяншэння забруджвання навакольнага асяроддзя хімічнымі прадпрыемствамі. Як гэтыя задачы прапануе вырашаць «зялёная хімія»?

6. Прызнана, што танней прадухіліць утварэнне забруджванняў, чым ліквідаваць іх наступствы. Прывядзіце прыклады ўкаранення гэтай ідэі ў арганізацыю сучасных хімічных вытворчасцей.

7. Прапануйце спосабы паглынання рэчываў, якія вылучаюцца ў вытворчым працэсе, такіх як:

• а) хлоравадарод;
• б) серавадарод;
• в) сярністы газ.

8. На аснове вядомых вам рэакцый з удзелам металаў прапануйце метад здабывання медзі з адпрацаванага раствору гальванічнага мяднення, які змяшчае сульфат медзі.

9. Каля транспартных магістралей з інтэнсіўным рухам аўтатранспарту адчуваецца пах дыаксіду азоту. Растлумачце крыніцу яго ўзнікнення. Прыміце да ведама, што ў бензіне не ўтрымліваюцца злучэнні азоту, а ў цыліндры аўтамабільнага рухавіка дасягаецца высокі ціск і тэмпература. Адчуванне паху NO₂ пачынаецца пры яго ўтрыманні 8 мг/м³ у паветры. Разлічыце аб’ёмную долю NO₂, адпаведную гэтай яго канцэнтрацыі.

10. Па нормах зоагігіены гранічна дапушчальная канцэнтрацыя (ПДК) шкодных газаў на свіной ферме ў аб’ёмных долях складае: NH₃ — 0,026 % і H₂S — 0,01 %. Вядома, што пах аміяку адчуваецца чалавекам пры канцэнтрацыі 35 мг/м³, а пах серавадароду — пры канцэнтрацыі 1,4–2,8 мг/м³. Ці можна з дапамогай нюху вызначыць ГДК названых газаў на свіной ферме? Адказ абгрунтуйце разлікам.