一種多尺度綠色化學促進劑及其用途的製作方法
2023-06-01 10:54:41
專利名稱：一種多尺度綠色化學促進劑及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種環境保護化學製劑及其該製劑的應用。
迄今為止，人類社會的各個方面，農輕重、吃穿用、衣食住行，無不緊密地依賴化學品，而化學品原料的選擇大多從單一尺度和功能方面考慮。因為化學家認為性質就是由原子結構和分子結構所決定，在原子分子尺度上就能解決問題，而功能不僅反映了一個化學品的質量，也是實際應用及經濟方面首要考慮因素。傳統上，人們需要紅色染料則設計一種分子尺度上的結構以製造這種染料；如需要一種高效殺蟲劑則設計一種分子尺度上的結構以獲得該功能，因此許多染料有毒，殺蟲劑對環境造成了破壞，傳統化學品在具有功能的同時也給人類健康、社區安全、生態環境帶來了負面影響。
過去，人們把解決環境汙染的重點放在治理上，環保產品被理解為汙染控制和生態建設兩大領域，而對消費方式和產品材料的關注卻不夠。其實，促進綠色生活、應用綠色材料才是汙染控制的源頭和生態建設的基礎。
多年來，人們對宏觀大尺度材料的性能研究很多，但對微觀尺度材料如納米尺度和分子以上層次化學特性的研究幾乎是個空白。實際上，因為事物都是多層次(多尺度的)。比如從分子到分子組裝體，到細胞再到生物體有好幾個層次，跨越相差很大的幾個尺度沒有生命的體系，也包括多種尺度。而尺度差別大，必然會造成層次差別。多尺度體系產生多層次結構。當物質小到超微顆粒時，展現出許多與宏觀物體不一樣的量子效應、表面效應和介面效應等異常現象。若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒(直徑為2』10-3微米)進行觀察發現，這些顆粒沒有固定的形態，隨時間的變化會自動形成各種形狀。物理學從納米材料的研究結果得到啟發提出介觀尺度概念，並發現當物體分割到納米尺寸時，微粒的性質有突變，進一步提出量子尺寸效應。很多事實早已說明化學性質也有尺度效應，在化學性質與尺度之間也有一個飛躍關係。
化工過程的多數複雜現象都具有非均勻的結構，呈現多尺度的特徵，儘管物質轉化的基本層次是原於、分子，但實現物質轉化都要涉及到從原子、分子到大規模工業裝置之間不同尺度的化學和物理過程。見表1表1 化工過程的多尺度效應 進入21世紀，以信息技術、綠色技術、生物技術、納米技術為代表的新技術革命更加迅猛地發展。隨著人們對「尺度效應」認識的不斷深入，納米技術不經意間打通了「有機和無機」、「物質與信息」、「生物和非生物」這些看似互斥的概念。所謂納米技術，就是以0.1-100nm尺度為研究對象的新技術。納米技術通過操縱原子、分子、原子團、分子團使其重新排列組合，形成新的物質，製造出具有新功能的機器。著名科學家錢學森指出，納米左右和納米以下的結構是下一階段科技發展的一個重點，會是一次技術革命，從而將引起21世紀又一次產業革命。
美國《商業周刊》2000年8月30日一篇題為《分子機器並不是幻想》的文章，第一次提出通過網絡「下載」物質的可能性。你首先要做的是通過網絡購買製造這種東西的「圖紙」，而這種所謂的圖紙大概是一些原子結構信息，之後你當然還要給你的「納米物質複印機」提供足夠的原料，比如垃圾桶中的一些廢物或者隨便什麼希望永遠消失的東西，最後你或許還需要掀動一下按鈕，於是一切便OK。面對浪潮洶湧的信息化時代，1998年當時的美國副總統戈爾提出「數字地球」的概念，成為人類21世紀提升經濟綜合競爭力，實現可持續發展的新「座標」。數位化與環保事業相結合的「數字環保」對解決人類生存安全和生態環境問題將帶來革命性的變化。通過數字環保，人類可實現生存質量和生存安全的智能化控制。
近年來綠色化學得到世界各國的普遍關注，綠色化學的核心是注重功能環境的協調性，從設計階段就考慮對環境友好，採用無毒無害原料和可再生資源、無毒無害催化劑、無毒無害溶劑以及原子經濟反應，並從源頭上控制汙染和杜絕不安全因素。
美國化學界已把綠色化學作為邁向21世紀化學進展的主要方向之一，1996年設立的美國「總統綠色化學挑戰獎」則代表了在綠色化學領域取得的最高水平和最新成果，該獎設立以來已連續四年頒發了各獎項，主要申報和獲獎情況列於表2，從中可看出綠色化學技術與產品的主要內容和發展動向。
表2 歷屆美國「總統綠色化學挑戰獎」獲獎及提名項目
綠色化學的基本問題在空間和時間的尺度上不同於一般的化學過程，具有綜合及邊緣交叉的特徵，是一個複雜的多層次多尺度系統，而綠色化學產品和過程應建立在客觀數據分析的基礎上才能得到安全可靠的結論。所以必須根據尺度效應和多尺度問題在設計階段就多尺度優選符合綠色化學要求的材料，同時與信息化相結合，實現綠色化和數位化，使化學品具有功能又把其危害性控制在相對安全範圍之內。
一個化學反應類型或合成路徑的特性在很大程度上是由初始原料的選擇決定的，一旦選定初始原料，許多後續方案即已確定，成為這個初始決定的必然結果。原材料對產品的功能和環境表現影響很大，同一種材料的不同尺度可能化學性質也不同。不同材料不同尺度的組合對功能/環境的影響呈現多種不同的的特徵。一個產品初始原料的選擇也決定了處理這種物質時的危害性。因此，初始原料的選擇是綠色化學所應考慮的首要因素。原料不僅對合成路徑的功效也對該過程對人類健康及環境的影響起重大作用。
目前對環境影響最大的化學品大多是用石油作原料合成的。石油煉製消耗大量的能量，而且煉製中往往需要加氧，而氧化過程是所有化學合成中汙染最嚴重的過程。因此，綠色化學要選擇石油的替代原料。
生物質(Biomass)是理想的石油替代原料。生物質包括農作物、植物及其它任何通過光合作用生成的物質。由於其含有較多的氧元素，在產品製造中可以避免或減少氧化步驟的汙染。用生物質作原料的合成過程較以石油作原料的過程的危害性小得多。一般來說，生物質在微米/毫米尺度上利用，既對環境友好，經濟性和功能性也是最佳的。
鹽(Salt)或氧化物(Oxide)中不少原料具有較強的營養、催化和抗菌功能，而且對環境友好，但大尺度的這類材料一般具有不易吸收，活性不強的缺點，如將其加工成納米/微米尺度其功能和活性會大幅度提高而且對環境更友好。
「尺度效應」可以很好地解決化學品的功能/環境的協調性問題，為徹底改善生態環境和從源頭上根本控制汙染髮揮作用。事實上，隨著產品設計和生產過程的進行，防止汙染的機會越來越小，而治理汙染的代價越來越大。所以採用經過功能/環境協調性LCA(LifeCycle Assessment)設計的材料多尺度組合配製化學品，是從源頭上解決環境汙染的一個關鍵。
本發明的目的在於根據不同的生物質與鹽或氧化物原料在不同尺度上功能/環境協調性(LCA)及經濟性方面貢獻的特性，選擇符合綠色化學要求的初始原料，通過不同尺度的「尺度效應」的多尺度優化組合，突出某一具體品質和協同作用，從而提供一種含有多種尺度，適合化學的綠色化數位化要求，對環境友好更加安全有效的綠色化學促進劑。
本發明的技術解決方案是一種多尺度綠色化學促進劑，與現有技術的不同之處是包括下列成份1μm～1mm尺度的無毒無害生物質、1nm～1μm尺度的無毒無害鹽或氧化物、符合綠色化學要求的大尺度載體。上述產品中的1μm～1mm尺度的無毒無害生物質是穀物或大豆、澱粉、糊精、秸稈、苷類、萜類、水產、藻類、貝類、紅曲、酶、油、糖、醇、酯、腐植質、纖維素、蚯蚓、蠶絲、珍珠、泥碳、微生物、術質素、甲殼素、中草藥、生物鹼、植物膠等中的一種或幾種。
各組份的重量配比可以是1μm～1mm尺度的無毒無害生物質 0.01～60％1nm～1μm尺度的無毒無害鹽或氧化物 0.001～60％餘量為符合綠色化學要求的大尺度載體。
1nm～1μm尺度的無毒無害鹽或氧化物可以採用碳酸鈣或氧化鋅、碘酸鉀、二氧化鈦、二氧化矽、氧化鐵、氧化鋁、氧化鉛、硒酸鈉、磷酸鹽、矽酸鹽、稀土、沸石、蒙脫石等中的一種或幾種。
大尺度載體選擇符合綠色化學要求並能與粉體、液滴、乳液、微膠囊混合、懸浮或包埋的材料，它可以有水、乳、塊、粒、片、絲、酒、蜜、油、膏、丸、膠、氣等形態，可以是製造食品、藥品、飼料、菸草、纖維、燃油、金屬、塗料、織物、陶瓷、玻璃、建材、化妝品、氣霧劑、高分子、精細化工等對環境友好的原料中的一種或幾種。
本發明可在環境保護方面的農輕重、吃穿用、衣食住行以及數字環保等領域應用，由於是對環境友好的不同尺度材料優化組合，與同類產品相比具有多種優點。
本發明用於營養、感冒、潤喉、止咳、腸胃、止痛、護膚等綠色藥物劑型，優點是如現有的營養強化劑，強化功能單一、口味不佳、吸收率低，如我國批准的鈣強化劑有十多種，但人體吸收率幾乎都在30％上下。如將鈣、鐵、鋅、碘、硒等鹽類加工成1nm～1μm尺度，人體吸收率可大幅度提高。生物質中的藻類是全球公認的營養豐富具有鮮味和腥味的綠色植物，如將藻類加工成如1μm～1mm尺度的細化脫腥藻粉與上述營養強化劑納米/微米尺度粉組合，即突出了某一具體品質和作用，而且營養更全面、活性更強、療效更顯著。又如目前市場上針對中老年無汙染的抗老防衰以及具備防汗、消炎、殺菌等功能運動用的護膚品種類少，性能差、不可靠，關鍵是原料的功能性沒有層次和綠色化。本發明採用的對環境友好多尺度材料能產生不同層次需要的特殊效能，可根據不同的年齡層次和專業化要求，開發出更安全適用有針對性的護膚劑型。
本發明在生產更安全有效的化學品，促進傳統產品的綠色化改造方面效果顯著。如香菸的燃燒過程可產生4000多種化合物，好比一個微型化工廠，煙霧中的主要有害成份有焦油、菸鹼、一氧化碳、一氧化氮、氰氫酸和丙烯醛，絕大多數致癌物均存在於顆粒中，如煙焦油等。由於煙霧中的有毒物質呈多尺度的不同層次的性質和狀態，以往用一種尺度的方法去改進，效果當然不理想，不是焦油、苯並芘等有害物的含量降不下來，就是改進成本太高或影響香菸風味和外觀。本發明由於具有「多尺度效應」的作用，通過選擇符合綠色化學要求的無毒無害的生物質和鹽或氧化物原料，吸附和消除有害物質，能夠在保留風味並控制有用的功能性物質含量的同時，有針對性、有選擇性地突出其一具體功能和品質，避害趨利，並將有害物降低控制在更安全範圍之內，「傳統香菸」通過本發明的綠色促進作用轉變為更安全有效的「綠色香菸」。
眾所周知，汽車尾氣是重要的汙染源之一，目前是通過在燃油中添加甲基叔丁基醚(MTBE)或乙醇來減少汙染提高辛烷值。但是最近有關MTBE汙染地下水源的報導不斷出現，美國加州已立法禁止使用MTBE；而乙醇的缺點是冷啟動性能稍差，火花塞壽命短，噴油嘴易堵塞易磨損，缸體排汽閥易腐蝕，潤滑油易劣化等。本發明組分之一的無毒無害納米/微米尺度鹽或氧化物一些是非常好的催化劑，是其它尺度材料的催化劑無法比似的。另一組分的微米/毫米尺度無毒無害生物質材料一些有優良的抗蝕襯裡性能對環境友好，這兩個組分優化組合後再與符合綠色化學要求的大尺度載體如無毒無害乙基叔丁基醚(ETBE)或乙醇等配製就能大大克服現有的MTBE或乙醇的缺點，製得的本發明既對環境更友好，又是解決目前汽車和發動機三大隱形「殺手」腐蝕、磨損、積碳的最好「剋星」和替代部分石油製品的綠色燃料。
本發明由於強調了功能/環境的協調性，從初始原料這個「源頭」上控制，適合化學的綠色化和數位化要求，可在數字環保方面得以應用。本發明可確保將諸如狂牛症等一些通過生物原料、血製品等原料途徑傳染的因素杜絕在生產之前，通過產品材料的綠包化與信息化融合，從源頭上優化物質利用，避害趨利，不但經濟性得到改進，成本降低，而且便於實現消費者相關信息的採集，傳輸與共享。消費者通過對功能/環境方面上網查詢，利用有關ISO14000、LCA軟體和相關資料庫，Iternet化學信息以及相關的環保網站，可以選擇更安全有效的產品。生產廠家也可以此引導消費，通過數字環保的應用，增加傳統產品的綠色化、數位化應用水平，提高產品附加值和高新技術含量。
下面結合實施例對本發明作進一步說明實施例11μm～1mm尺度的生物質採用無毒無害螺旋藻為原料將其用常規方法收穫、乾燥、滅菌、脫腥、細化製成5μm尺度藻粉。1nm～1μm尺度的鹽或氧化物採用碳酸鈣為原料。將碳酸鈣按常規方法加工成40nm尺度超細粉。按下列重量份混合5μm尺度螺旋藻粉 55％40nm尺度碳酸鈣超細粉 10％然後，加入餘量的大尺度載體——符合綠色化學要求的澱粉中，使總量為100％，即得成品。
本實施例中也可將上述螺旋藻、碳酸鈣組分混合後與餘量的符合綠色化學要求的大尺度載體水、酒、蜜、油、片、膏、中西藥劑混合在一起製成成品；還可將上述微米/毫米和納米/微米尺度的組分與符合綠色化學要求的食鹽、大米、牛奶、麵條、豆製品、寶寶粉、酒釀、化妝水、牙膏、織物、防裂膏、氣霧劑、調味劑、食品、藥品及飼料等混合成成品，形成新的實施例。
本發明可在數字環保中應用，首先參照ISO14000、LCA軟體和相關資料庫、Internet網上信息對本發明產品及初始原料的5μm尺度螺旋藻粉、40nm尺度碳酸鈣超細粉進行功能/環境協調性評價，可採用5+5＝10分數字符號語言，編制本發明的GSN(Green Safety Net)系統；將相關數據和信息進行加工和傳送。(1)分類編入檔案中，包括產品類別、名稱、初始原料，用於搜索產品的關鍵字；功能/環境評價結果，說明文檔、配圖和信息發布有效期。(2)網頁製作網頁應有一個相似的，統一風格的外觀；(3)進入網絡，信息傳送，將本發明系統發布到各種語言的網站上。
實施例2將1μm～1mm尺度的生物質中的100μm尺度的無毒無害纖維素粉1.5％重量份、40μ尺度的無毒無害甲殼素精製粉1.5％重量份混合；1nm～1μm尺度的鹽或氧化物中的50nm尺度的無毒無害二氧化鈦超細粉0.001％重量份、二氧化矽超細粉0.01％重量份、沸石超細粉0.03％重量份混合。將上述組份分散在符合綠色化學要求的大尺度載體三醋酸甘油酯中至100％；其餘同實施例1。
本實施例中的大尺度載體還可以是符合綠色化學要求的吡啶或雙乙酸鈉、高分子、陶瓷、纖維、菸草形成新的實施例。
實施例3取1μm～1mm尺度的生物質中的無毒無害植物膠、環糊精與無毒無害醇或酯中的一種組成微米/毫米尺度的乳液或微膠囊5％重量份；1nm～1μm尺度的鹽或氧化物中無毒無害的沸石、金屬氧化物、稀土，按1∶1∶1的比例加工混合成納米/微米尺度的粉體0.5％重量份，將上述組份分散在餘量的符合綠色化學要求的大尺度載體乙基叔丁基醚中，其餘同實施例1。
本實施例中的大尺度載體還可以是符合綠色化學要求的乙醇或塗料、藥劑、護膚膏、添加劑、香料、植物油，形成新的實施例。
實施例4取1μm～1mm尺度的生物質中的無毒無害泥炭0.002％重量份粉化成20μm尺度，1nm～1μm尺度的鹽或氧化物中的無毒無害氧化鋁(或氧化鐵)30nm超細粉58％重量份，將上述組分均勻混合，分散在餘量的大尺度載體符合綠色化學要求的金屬或非金屬材料中，其餘同實施例3。
當然，本發明還可以有其它合適實施例。
權利要求
1.一種多尺度綠色化學促進劑，其特徵在於包括下列重量成份1μm～1mm尺度的無毒無害生物質 0.001～60％1nm～1μm尺度的無毒無害鹽或氧化物 0.001～60％餘量為符合綠色化學要求的大尺度載體。
2.根據權利要求1所述的多尺度綠色化學促進劑，其特徵在於1μm～1mm尺度的無毒無害生物質是穀物或大豆、澱粉、糊精、秸稈、苷類、萜類、水產、藻類、貝類、紅曲、酶、油、糖、醇、酯、腐植質、纖維素、蚯蚓、蠶絲、珍珠、泥炭、微生物、木質素、甲殼素、中草藥、生物鹼、植物膠等中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的多尺度綠色化學促進劑，其特徵在於1nm～1μm尺度的無毒無害鹽或氧化物可以採用碳酸鈣或氧化鋅、碘酸鉀、二氧化鈦、二氧化矽、氧化鐵、氧化鋁、氧化鋯、硒酸鈉、磷酸鹽、矽酸鹽、稀土、沸石、蒙脫石等中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的多尺度綠色化學促進劑，其特徵在於大尺度載體選擇符合綠色化學要求並能與粉體、液滴、乳液、微膠囊混合、懸浮或包埋的材料，有水、乳、塊、粒、片、絲、酒、蜜、油、膏、丸、膠、氣等形態，可以是製造食品、藥品、飼料、菸草、纖維、燃油、金屬、塗料、織物、陶瓷、玻璃、建材、化妝品、氣霧劑、高分子、精細化工等對環境友好的原料中的一種或幾種。
5.一種權利要求1所述的多尺度綠色化學促進劑在數字環保中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種多尺度綠色化學促進劑及其用途，包括下列重量成份1μm～1mm尺度的無毒無害生物質0.001～60％、1nm～1μm尺度的無毒無害鹽或氧化物0.001～60％、餘量為符合綠色化學要求的大尺度載體。本發明可在環境保護方面的農輕重、吃穿用、衣食住行以及數字環保等領域應用，由於是對環境友好的不同尺度材料優化組合，避害趨利，與同類產品相比具有多種優點。
文檔編號A01N65/20GK1394484SQ0111377
公開日2003年2月5日 申請日期2001年7月9日 優先權日2001年7月9日
發明者竇觀一, 竇觀宇, 竇莉莉 申請人:竇觀一, 竇觀宇, 竇莉莉