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前言
进入21世纪,人类正面临着越来越严重的环境危机,最突出的是人口剧增、能源日渐减少、资源濒临枯竭、生活废弃物和工农业污染物正迅速恶化生态环境,使得人与自然的矛盾不断激化。
绿色化学的设想是在化学生产过程中,不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物,不再处理废物。相应的,绿色化学工程与工艺是通过改进化学的技术和方法,减少甚至完全消除对人类健康、生态环境有危害作用的化工产物,同时促进化学工业节能目标的实现。
一、绿色化学工程与工艺的开发
我国传统的化学工程与工艺对有害污染物是滞后的被动治理,即不能根除污,并且成本很高,治标不治本。如利用烟气除尘、脱硫,虽然达到了净化气体的目的,但是污染物却转移为废渣、废水。绿色化学工程与工艺的开发,则本着零排放、清洁生产的原则,从化学反应的始端着手,进而有效防止和控制污染的产生。
1.选择、采用无毒害化学原料
原料的选择生产化学品的源头,同时,还决定着不同的化学生产流程和工艺。绿色化学工程与工艺的开发首要目标是不使用有毒有害的原料。为了从源头上防止化学污染,绿色化学工程与工艺开发的原则是尽量选用可再生的自然物质作原料,如野生植物、农作物等生物质。将诸如芦苇、木屑、树枝等野生纤维植物以及诸如蔗渣、麦秸、稻草等农副产品的废弃物作为原料加工为糠醛以及醇、酮、酸类化学品,用生物质气化产生氢气等,都是绿色原料应用的典型例子。
2.提高化学反应的选择性
烃类选择性氧化是一类具有强放热性的反应,石油化工中经常会有这种反应,其目的产物不稳定,容易进一步氧化成H2O和CO2.在各类的催化反应中,此反应的选择性最低,有时有些产品还具有异构体形式,为了得到更多的终产物,需要使用那些选择性高的试剂。为了降低分离产品和纯化产品的难度,需要提高反应的选择性,这样可以降低成本,节约资源,减少环境污染。在这一方面已经有不少的科研成果,比如开发载氧能力强、选择性好的新型催化剂,来应对不同的烃类氧化反应。
3.采用无毒无害的化学催化剂
目前,约 90 %以上的化学反应要实现工业化生产必须采用,催化剂提高其反应速率。开发新型高效、无毒无害的催化剂是绿色化学工艺的方向之一。国内外都在研发新的烷基化固相催化剂。另外,分子筛催化剂也得到了很好的开发和应用。
二、绿色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用
绿色化学工程与工艺开始与使用,很大程度上促进了化学工业节能的实现。具体来讲,目前在国内主要有以下几方面的应用。
1.清洁生产技术的应用
清洁生产技术也被称为无害、无毒、无废的绿色化技术,比如先进的脱硝和脱硫技术;城市垃圾的无害化处理技术;生活垃圾制沼气技术;高效清洁的煤气化技术;利用风能、太阳能等自然能发电技术等等,这些都利用了清洁生产的技术。清洁生产技术包括的范围很广,主要有以下几种技术:生物工程技术,这其中有细胞工程、酶工程、基因工程等等;辐射加工技术,如离子束、射线和中子束等在常温常压下就可以引起一些需要在高温高压下才能进行的反应;绿色催化技术,这里有多种催化剂,比如分子筛催化剂、相转移催化剂等;超临界流体技术,这里有超临界H2O和超临界 CO2,都能阻燃并且无毒。清洁生产技术具有许多优点,其产品清洁无毒,不管是对环境还是对人体都是安全的。
2. 结合生物技术的应用
生物技术领域包括有细胞、基因、微生物和酶等的技术范畴。它在化工领域的应用主要包括两个方面,化学仿生学和生物化工。生物酶在生物体内作为一种催化剂具有高效性和专一性,广泛参与到生物合成的各个过程。而在化学仿生学中主要是膜化学这一领域使用到生物技术。
绿色化学工程与工艺部分采用了生物技术,使可再生资源合成化学品。早期的有机化合物原料多数直接来源于动植物,之后才发展到利用石油和煤炭作为原料。在绿色化学工程与工艺中,催化剂一般用的都是自然界中存在的酶或者是工业酶。酶与一般的化学催化剂相比,具有无污染、反应条件温和产物性质优良等优点。比如制备丙烯酰胺,使用的是丙烯腈,换用酶催化后,能耗大幅度降低,反应完全且无副产物。
3.生产环境友好型产品
发展绿色化学工程与工艺,其目的是生产出环境友好型产品。在生活中有许多实例,比如寻找替代品来替代氟利昂,这样可以保护大气的臭氧层;使用可降解的塑料制品;无磷洗衣粉、清洁汽油等等。因为传统汽油柴油给大气带来了严重污染,近年来国内外流行使用的新汽油、低硫柴油或者是其他无污染燃料,大大减少汽车尾气造成的污染。又如在山东推行的用二甲醚来做汽车用的燃料,二甲醚既经济又环保,这具有很好的发展前景。巴西在生物能源的开发上取得一定成就,如使用乙醇汽油,利用甘蔗产酒精,酒精燃料已经取代了接近一半的汽油消费。另外还有H2和CO2在太阳能和电解质存在的条件下合成乙醇这一新工艺,生产过程和产品均对环境友好。
三、结束语
总之,绿色化学工程与工艺采用无毒害的溶剂、原料、催化剂等,选择无污染、低耗、节能的化学工艺过程,应用清洁的生产技术,实现生产与环境相容,产品和生态友好。开发和应用绿色化学工艺,已成为现代化学工业的发展趋势和前沿技术,是建设环境友好型社会,实现可持续发展的关键。
参考文献
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[2]纪红兵,佘远斌. 绿色化学化工基本问题的发展与研究[J]. 化工进展,2007,(05)..
关键词:绿色;化学工程;工艺;节能;促进
随着我国的改革开放和现代化建设的不断深入,各大化工型企业建设也越来越多,各种化工原料的使用直接危害着人类健康,破坏着生态环境,而绿色化学工程与工艺的研究正是为了减少这些污染和损伤,并通过一种化学的方法使之得到改善和提高,达到促进化学工业节能目标的实现和发展。
1对绿色化学工程与工艺的开发与分析
绿色化学一直是我们的一个设想和梦想,它是要求化工企业在进行化学生产当中,不再使用那些对自然环境和人类有害的物质,不再产生“三废”的困扰,达到绿色生产的目的。从当前的现状来看,传统的化学工程与工艺不能从根本上解决和治理这些化学排放物,而且成本高,消耗大。而绿色化学工程与工艺则是通过对化学技术及方式的改变来达到促进化学工业节能目标,实现空气质量及社会环境的彻底治理。
1.1化学原料无毒性
原料是一切污染的源头,只有从源头上进行控制和改变,才能使化学污染现象从根本上得以根除,所以绿色化学工程与工艺要实现的第一个目标就是要禁止使用有毒害性的原料,把这些污染性强的原料换作一种可再生资源来代替,不仅节能环保,还可以为我国资源的节约创造条件。
1.2化学反应的选择性
大家都知道,化学反应中会产生出另外一些物质,比如说烃类选择性氧化不仅产生大量的热量,而且终产物也不稳定,可以说这种反应的选择性是最低的,而且从化学知识中我们还知道,一些产品还具有异构体的形式,要想得到更多的终产物,那么就要对其使用选择性较高的试剂,这样可以有效的降低成本,节省资源,减少污染。
1.3催化剂的高效无害性
在进行化学反应时常常会使用到另一种物质来作为反应中的催化剂,不仅可以提高其反应速度,还可以为企业创造更大的利润,便催化剂的使用也是一个重要的污染源,所以绿色化学工程与工艺中对催化剂的研究也在不断的深入,旨在开发一种既能够提高化学反应效率,更保护自然环境的催化剂。比如说分子筛催化剂、烷基化固相催化剂等等。
2绿色化学工程与工艺在化学工业节能工作中的应用及作用
2.1绿色化工技术的应用
绿色化工技术是一种没有污染性、没有毒害性、没有废物产生的技术,也可以叫做清洁生产技术,这种技术在我国的绿化化学工程研究中已经有了突破,比如说我们所常见的对城市垃圾的处理、农村用生活垃圾所建造的沼气池、风能、太阳能技术的使用等等。从清洁生产技术的范围上来看,有以下几种:生物工程技术、绿色催化技术、辐射加工技术、超临界流体技术等等,这些技术与传统的化学工程与工艺相比具有很明显的优点,对人类健康及环境保护都能起到很大的作用。
2.2生物技术的应用
生物技术也是从生物学的角度进行研究和开发的,它只要包括一些微生物、酶以及基因、细胞等方面的技术研究。从它在化学工业领域中的具体应用来看,主要有化学仿生学和生物化工。因为我们所提倡的绿化化学工程与工艺中的催化剂需要运用大自然中的一些无毒无害物质,比如说工业酶,它与其它化学催化剂相比,具有无污染、反应不强烈、终结物性能稳定、没有不良影响等等优点,所以在化学领域中的应用也得到了人们的认可和肯定。
2.3有利于环境保护的产品开发
在近年来我国的化学工程与工艺研究中,许多环境友好型的产品已经频频开发,不仅节能环保,而且具有良好的发展前景。比如说为了保护大气的臭氧层不被破坏而开发研究另一种产品来代替氟利昂;随着汽车用户的增多,控制汽油给大气带来的污染,而进行研究的无污染燃料二甲醚就是一个很好的例子,其它的诸如太阳能的使用及推广,无磷洗衣粉的上市等,都是绿色化学工程与工艺对化学工业节能的一种促进和提高,更是人类的一种进步。
2.4绿色生态产业链的打造
为了使绿色化学工程与工艺走上可持续发展之路,可以在化学工业生产上采取一些相对应的措施,打造绿色生态产业链,发展循环型经济带,这样可以进一步减少废物的排放量,实现节能环保的目的。
3结语
社会的进步需要经济发展来作为动力,但人类的健康则需要绿色环保来奠定基础,为了实现人类文明的不断升华,人民生活质量的不断提高,必须对环境资源保护问题加以重视和关注,而只有把绿色化学工程与工艺切实有效的实施下去,才能从根本上解决环境污染问题,达到节能减排、绿色生产,实现人类真正意义上的绿色低碳生活理念,推动社会的可持续性发展。
参考文献:
[1]张浩,杨顺博,马振.关于绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用探析[J].化工管理,2016,(11):211.
[2]刘冠辰.浅析绿色化学工程与工艺对化学工业节能减排的促进作用[J].科技创新与应用,2015,(34):107-108.
[3]高勃妍.论绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用[J].化工管理,2015,(09):207.
传统化学工程使用处理工艺对有毒污染物的处理滞后性较强,通常是在污染物产生之后再另外做针对性处理,不仅增加了处理成本,且治标不治本。比如传统工艺烟气除尘,虽然净化了气体,但是污染物直接转化为废渣废水,还需要另一道工序做清洁处理,无疑工序和成本的增加都使得效果不那么理想。绿色化学工艺的介入,可以直接在生产或排放阶段就完成清洁使命,通过化学反应达到预防、控制和消毒污染的目的。
化学原料是化学工程的源头,原料决定了生产流程和工艺的选择,绿色工艺的介入可以从源头上改变原料生产带来的各类化学污染,同时绿色工艺与化学工程的结合还可高效利用各类自然资源,实现深度开发利用,兼顾无污染、节能、环保的生产方式必然会掀起一轮新的工业革命。绿色原料的典型开发应用比如甘蔗渣、稻草、麦秆以及木屑、树枝、芦苇等可加工成为酮类、酸类与醇类化学品。
在化学反应中使用选择性高的试剂也是绿色工艺应用的一个途径。以石油化工为例,生产过程中烃类选择性氧化反应较为普遍,作为一种强方热性反应,具有生成物不稳定、易进一步氧化等特征,所以,催化反应中此反应并非最佳选择,生成物的不稳定也不利于提取最终产物,所以,为改善这种情况,使用选择性高的试剂是最佳途径。如此一来,不仅可以降低成本,节约资源,还能够降低分离产品的难度提升纯度,无疑实现了提升效益和减少污染的双赢,所以,绿色化学工程在这方面的研究实践也非常热门。随着越来越多的化学反应被应用到工业生产中,催化剂对提升反应速率效果显着,所以目前化学工艺领域积极研究无毒无害的高效催化剂成为主流发展方向不一,不仅有利于工业的发展,对于推动化学分子深入研究也有助益,分子筛催化剂和烷基化固相催化剂就是其中较为典型的代表。
2.绿色化学工程工艺应用
分析绿色化学工艺是实现节能减排的重要途径,对绿色工艺的重视与开发也彰显了当前世界范围内节能减排的重要性。长达两百余年的工业化路程,使得人类活动对自然资源环境的危害越来越大,尤其中国作为当前世界最大的工业国,“三废”问题十分突出,PM2.5问题也成为了悬在人们头上的一把利剑,将资源枯竭、环境污染、生态失衡、人口问题等推到了台前更加显着的位置。大型化工企业作为与人们生存发展息息相关的企业,石油化工与煤炭除去提供能源之外,还提供多种衍生化工产品为人们衣食住行服务,生产过程中产生的废水废渣废气、消耗的大量原材料都警示着当前必须积极发展绿色化工工艺,以达到节能减排、实现可持续发展的目的。就目前而言,节能减排的实现途径主要以下几种:研发新科技、新工艺全过程控制污染;利用先进清洁工艺从源头控制污染;利用技术和工艺创新打造可循环绿色生态产业链;发展循环经济等。绿色化学工程与工艺作为节能减排目标得以实现的重要保障,广泛应用于多个领域,就目前来说,主要以三种表现为主,分别是清洁生产技术、生物技术的应用及生产环境友好型产品。
绿色化学工程与工艺使用生物技术服务可再生能源的合成,像有机化合物原料的应用经历了从动植物到石油煤炭的发展过程,现如今已经开始广泛应用各类再合成的有机化合物。在绿色化工中,所使用的催化剂多以工业酶和自然界中存在的酶,酶与其他化学催化剂相比,具有反应条件温和、生成物优良、污染少等优势,对于当前化工领域而言,生物酶的利用和研发就成为了绿色化工的重要发展方向。像丙烯酰胺的制备,最早使用丙烯晴,在环城生物酶催化后,不仅能耗与成本大幅度减低,且反应完全无副产物,对工业生产而言有多重积极意义。
除此之外,绿色化工工艺还广泛应用于生产环境友好型产品领域,生活中有众多具体应用实例。比如空调制冷多使用氟利昂,会造成臭氧层空洞、紫外线增多、温度升高,目前正积极寻求替代品且朝着低能耗方向发展,无磷洗衣粉减少对河流水域污染和人体健康的危害,可降解塑造制品对土地、水源危害都将进一步减轻,清洁汽油的使用可对大气污染降低,以上种种尝试都说明了在生产环境友好型产品领域,绿色化工工艺所发挥的积极作用。尤其是近年来无污染汽油的研发与应用,像低硫柴油、乙醇、二甲醚等,不仅经济环保,发展前景好,且制备生产对自然资源的消耗、对环境的危害都不断降低,证实了绿色工程化工应用的优越性。
关键词:化学工程;工艺;绿色化工技术;应用
在我国经济飞速发展的条件下,环境问题呈现出了可怕的形势,环境污染问题已慢慢的浸透到人们的日常生产生活中,而化学工业中的污染对环境造成的危害十分突出,是需要迫切解决的问题,因此,化学工程工艺中绿色化工技术的应用价值更为显著,具有长远的影响,不仅对环境污染问题进行改善,更对化学工业健康持续发展起着不可估量的作用。
1绿色化工技术阐述
绿色化工技术在化学工业生产过程中充当的角色十分突出,绿色化工技术应用的主要目的是控制化学工业生产对环境所产生的污染,期望通过对化学工业生产方法的革新和改良,来控制化学技术中化学原料和废弃物给环境所带来的污染和潜在的危害,因此,一定要减少排放有毒的废弃物,将废弃物资源回收利用做好,使资源利用率得到充分高效的提高,对污染物的排放实行有效的限制,把绿色化学工业的健康持续发展作为前进的方向。
2化学工程工艺中绿色化工技术的开拓
(1)化学原料选取化学原料作为绿色化工技术开拓中的基础,能从根源上使污染源得到很好的控制,进而缓解环境污染问题。对于绿色无污染化工原料并不是最佳的原料选取,其依然存在着缺陷,在生产的过程中依旧会产生污染物,给环境造成污染。因此,在生产中最好选用无毒的或是毒害相对少的原材料,不添加化学药剂的,比如,天然植物、天然农作物都是较好的材料选择。随着化学工业的兴盛,应该舍弃有毒害的材料,而选用无污染、无毒害的原材料,这样,才能在达到环境保护标准的条件下,使原材料成本减少,材料来源得到充分扩展。(2)化学催化剂选取化学工业在具体的生产过程中,往往会习惯性地运用化学催化剂加速化学反应,对化学工业生产效率的提升具有明显的效果,但是,同时也会有大量的有毒废弃物排放出来,给周围环境造成潜在的危害。因此,在面对具体的绿色化工技术开发时,应将焦点聚集在无毒无害化学催化剂研发上,以此为核心,使有毒废弃物排放量得到有效控制。另外,需要重视化学催化剂的选取要点,把无毒害或是毒害甚小的化学催化剂作为首选,从而接近工业绿色发展。在现阶段的化学工业中,众多研究人员在对无毒害催化剂研发方面的成绩令人们醒目,对烷基化固相催化剂倾向关注,它是一种无毒害,甚至不会对环境造成污染的化学催化剂,非常适合大力扩展应用。在此,需要强调说明的是,关于无毒害化学催化剂的研发,必须控制废弃物排放量严格符合规定要求,重视排放的废弃物循环使用这一点,使资源利用率有良好的改观。(3)化学反应选择性深化绿色化工技术具体钻研过程中,需要偏重深化化学反应选择性,进而达到加倍有效地实现化学生成物的提取,在确保符合减少环境污染标准要求的情况下,还可以使化学工业生产成本得到有效降低,更进一步改进资源利用效率。比如,在石油化学工业中,通常会运用烃类选择性氧化物,因为其化学反应极其易于发生氧化,在生成物产生方面存在着严峻的损坏与浸染。对此,针对化学反应选择性深化这一点,必须把防止产生损坏生成物的反应作为重点关注,进而使化学工业沿着绿色生产发展,消除对环境污染的潜在危害。
3化学工程工艺中的绿色化工技术应用
(1)清洁生产技术应用清洁生产技术的优点非常独到,不仅在冶金、海水淡化、废弃物处理等范畴被普遍的应用,而且也不会出现任何毒害反应,更不会产生任何的污染物。比如,在海水淡化中,通过清洁生产技术针对海水实行淡化处理,把海水里面的盐分和其他物质提炼出来,转化为日常生产生活中需要的水资源,所有环节中应用的清洁生产技术对环境不会造成污染,不会存在潜在的危害。(2)生物技术的应用生物技术通常在生物化工中比较充分的展示其优势,在实际操作应用中膜化学技术应用比较普遍,其效果最佳。通过生物技术把很多可再生资源转化成有价值的化学品,比如,酶成分,是一种比较普遍存在与环境中的化学催化剂,在化学反应过程能够充分发挥其作用,加快反应速度,而且不会出现污染废弃物,其反应特点相对温和,在化学行业中使用意义相当深远。而在以前的化学生产过程中,通常是把动植物内部的有机原料作为原料,以后改用自然环境条件下的石油和煤炭。(3)环境友好型产品应用环境与人们的日常生活紧密相关,拥有良好的环境十分的重要,因此,对环境的要求越来越严格,对环境的注重程度也越来越高,而环境友好型产品是针对控制环境污染问题而研发的一种摒除以往污染严重的产品。传统汽油,在日常生活中使用相当普遍,传统汽油燃烧,不仅给大气带来严重的污染,更会对人们身体健康造成危害,对此,需要开发新型产品取代这种情况,环保型汽油和新型燃料和能源等迅速出现,人们的环保意识在不断的增强。比如,酒精的生产,其原料以天然甘蔗为主,以新型乙醇汽油代替原来的汽油,在实际中应用非常普遍。环境友好型绿色产品,在具体的实际应用中对减缓环境污染起着至关重要作用。
4结语
总而言之,在化工生产过程中产生的有害物质给环境造成了危害,导致污染问题日趋严重,使社会健康和谐持续发展受到了严重的限制。因此,发展绿色化工,将绿色化工技术恰到好处的应用到化学工程工艺中,不仅能高效控制环境污染,更能对资源的合理利用起到关键作用,进而促使化工行业朝着健康和谐的方向发展。
作者:赖锦杰 单位:广东新华粤石化股份有限公司
超临界流体技术一般是控制温度和压力的条件下,或者加入其他物资的情况下改变体系的传质系数、传热系数及化学反应特征的,这能更加高效清洁地进行化学生产,有的在超临界的状态下能节省能耗,所以超临界流体技术也被称为超级绿色化学技术。超临界液体技术(SCF)现在广泛应用到了材料制备中。早在上世纪九十年代该技术就已经开始应用,把二氧化碳制备成超临界的状态,以它为介质来制取特氟龙;还有聚丙烯工艺中也应用了SCF技术,利用丙烷的特点来做稀释剂,该技术也是做PE的升级版。当下,超临界流体技术则更多地应用在了高分子材料,复合材料,不易粉碎的无机物材料,以及提取不太容易溶解在单一超临界液体中的有机物。现在应用的超临界流体技术的方法主要有一下几种:
1、快速膨胀法,该方法主要用于固体颗粒状的物质的制备;
2、压缩抗溶剂发,主要用于制备微孔、微球类的物质,所以在药物分子及聚合物共沉上应用较多,也较成熟;
3、抗溶剂法,通常该方法会应用在制备爆炸性物质和不溶于单一超临界流体的有机物上等。除了以上在制备材料方面的突出贡献,超临界流体技术还在分析化学中大展拳脚。它与色谱技术相结合,能在色谱研究中得到比气象色谱更高效,比液相色谱更精准的超临界流体色谱。更由于它的高效和低成本使得超临界流体技术在石油化工、环境保护还有医药化学等多个领域得到广泛使用。
2绿色化学工程技术的应用
绿色化学指用化学的技术和方法,再结合其他学科的知识来减少或者消除化学对于人类的危害、社会的危害以及环境的危害。从源头的原材料开始,到生产过程中的试剂和介质还有催化剂,到最后的产物及副产物都要求绿色、环保、无毒害,还有就是“原子经济性”的“零排放”。像在绿色无毒原料控制方面,石油化工原料就可以改变成生物原料的。制作尼龙可以不用含苯的石油化工原料,改成生物原料,生物原料的淀粉及纤维素等在酶催化反映下也能形成己二酸,这样一样可以制作尼龙,而且对人体和环境都危害极小。再比如在反应过程中对介质、溶剂等的控制,也要求无毒无害,在有机反应中水就是很好的溶剂,不仅对环境无害还能节省到有机反应中的官能团的保护还有去保护等环节,所以也省工艺省时间了。还有反应中用的绿色催化剂,绿色催化剂能更加正对性,更加高效地参与化学反应,并且得到的副产物少。在有机合成反应中,绿色催化剂的应用显得尤为重要。像不对称合成反应中,催化剂不仅为化学农药和精细化工提供反应需要的中间体,有的还能为反应提供绿色的合成技术。比如酶催化反应、氢酯化反应、还有不对称酮反应等。
3化学工程技术中的传热研究
化学反应中传热的研究是化学工程的重要内容,因为它严重影响着一个反应的能耗,反应的进程等。在微细尺度传热研究中,由于尺度微细,原有的传热假设及会发生变化,其流动还有传入的规律也会发生变化。目前在纳米、微米、集成电子设备还有微型热管领域中该传热研究交深入,取得了较不错的成果。而我们在改进传热工艺和设备上也做足了研究,为了提高传热效率,我们可以改进设备的性能,使其持续对外传热的能力提高,改变里面的传热材料和工艺的设计来实现传热的效率。然而我们现在投入很多精力的滴状冷凝技术的研究还没能取得很好的成果。由于我们不能在维持物质在滴状的时候冷凝,同时冷凝表面寿命延长,所以目前这个难题还很难突破。还有就是我们在计算沸腾时的传热存在很多弊端,复杂的沸腾状态不适用目前所有的传热计算方式,就研究沸腾传热的计算方法也是一大块难题的,所以就滴状传热技术的研究也将会是我们传热研究领域的一个重要课题,如果该研究获得进展必将改变现在很多的化学生产工艺形式,将会带领化学生产进入一个新的时代。
4结语