高職院校開展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的思考

張　增

(日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院山東日照276826)

摘要綠色化學(xué)是維護(hù)生態(tài)環(huán)境的化學(xué)，本文在分析高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了如何實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的具體措施，主要是科學(xué)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和途徑，開展微型試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)和串聯(lián)試驗(yàn)，認(rèn)真做好廢棄物的回收利用和無害處理工作。

關(guān)鍵詞綠色化學(xué)；綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)；環(huán)境污染

綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是以綠色化學(xué)的理論和方法為核心和基本原則，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，盡可能減少環(huán)境污染或無污染，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程達(dá)到綠色化的方法。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，將實(shí)現(xiàn)沒有或只有極少環(huán)境副作用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)具有十分重要的意義。目前世界各國都在進(jìn)行綠色化學(xué)的研究，并注重綠色化學(xué)的發(fā)展與教育，高職院校化學(xué)教育與社會(huì)生活和生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系極其緊密，對(duì)于推廣綠色化學(xué)教育更責(zé)無旁貸，而綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)施綠色化學(xué)教育的重要環(huán)節(jié)，因而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)盡可能推廣綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

一、高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的基石，是體現(xiàn)綠色化學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生綠色意識(shí)的主要途徑。尤其是高職教育，旨在培養(yǎng)技能型實(shí)用型人才，因此更需注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)。高職課程中約有一半以上的知識(shí)是通過實(shí)驗(yàn)引入的，但是在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候卻很少關(guān)注到綠色化學(xué)教育問題，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中環(huán)保意識(shí)淡薄。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中只重視操作方便、裝置簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，卻很少顧及環(huán)境污染問題，更談不上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)。因此，我們必須在高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中盡快改變這種做法，設(shè)計(jì)和進(jìn)行綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

二、綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展

綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在綠色化學(xué)的原則下，用預(yù)防化學(xué)污染的新思想和新技術(shù)，對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革而形成的化學(xué)實(shí)驗(yàn)新方法。用盡可能少的試劑來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而極大地減少實(shí)驗(yàn)室的“三廢”，降低污染程度和不必要的浪費(fèi)，以實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)要求盡可能少的副作用的理想和目標(biāo)。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)沒有或只有極少環(huán)境副作用，對(duì)學(xué)生環(huán)境保護(hù)意識(shí)的培養(yǎng)有著重要的意義，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的具體體現(xiàn)。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用化學(xué)藥品的基本原則是五“R”原則，即減量(Reduce)、重復(fù)使用(Reuse)、拒用(Rejection)、回收(Recycling)、再生(Regeneration)。

1、科學(xué)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

科學(xué)安排化學(xué)實(shí)驗(yàn)是從源頭根除污染源的最理想的方法。在安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)充分考慮環(huán)保的要求，選擇無毒無害實(shí)驗(yàn)。在能夠很好地讓學(xué)生掌握實(shí)踐理論知識(shí)，獲得動(dòng)手操作能力的前提下，盡可能地選擇無毒無害化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不做那些毒性大的實(shí)驗(yàn)或用其他方法取而代之。盡可能采用無毒無害的化學(xué)試劑，采用新方法使中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)品均對(duì)人體健康和環(huán)境無毒、無害。

2、反應(yīng)途徑及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法的重新設(shè)計(jì)

對(duì)一些不可避免會(huì)產(chǎn)生污染的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可改用別的反應(yīng)方式或途徑，使其不產(chǎn)生污染物。例如MnO2催化分解KClO3制氧氣會(huì)產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物氯氣，我們改用氧化銅催化H2O2分解制氧氣，產(chǎn)物除氧氣以外還有水，而水不構(gòu)成環(huán)境污染。如果需要緩慢釋放氧氣，可用5%的NaOH溶液或Cu2+、Fe2+、Cr3+、Mn2+等溶液及木炭，銀粉，碘粒等作催化劑，或市售30%的H2O2稀釋到組成為3%-5%的溶液，再加MnO2催化分解，即可緩慢制取O2。

按照不用危害品的原則，在不改變實(shí)驗(yàn)要求的原則下，盡可能不用危害品。可改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，如測(cè)滌綸分子量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，要用苯酚、四氯化碳本身就是毒害品。苯酚被吸入人體后可損傷腎臟，四氯化碳對(duì)人體的心、肝、腎的毒性也比較強(qiáng)。這類物質(zhì)如果不經(jīng)處理就排入水體，必對(duì)環(huán)境造成污染。如果將實(shí)驗(yàn)改為以水為溶劑測(cè)定聚乙烯醇的分子量，同樣能達(dá)到教學(xué)的要求。再如無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的硫酸亞鐵銨的制備。如果在實(shí)驗(yàn)中改變實(shí)驗(yàn)裝置，增加實(shí)驗(yàn)中廢氣吸收裝置，就避免了實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有害氣體向大氣排放的弊端。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中及實(shí)驗(yàn)后的有害產(chǎn)物應(yīng)進(jìn)行無害化處理，如實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生酸性氣體可用堿液吸收，堿性氣體可用酸液吸收，有機(jī)蒸氣要盡可能冷凝回收或通過燃燒氧化，使其轉(zhuǎn)化為無害或基本無害物質(zhì)。

3、開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，我們應(yīng)該把握住微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的精髓，積極開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化研究。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是以盡可能少的試劑，來獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)，而不一定要在微型儀器中進(jìn)行。由于試劑用量大大減少，產(chǎn)生的“三廢”量也非常少，基本解決了對(duì)環(huán)境的污染問題，也大大地節(jié)約了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。多年來，我們對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，采用了“性質(zhì)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)滴化，分析實(shí)驗(yàn)減量化，合成實(shí)驗(yàn)微型化”，用已有的儀器就能完成大多數(shù)實(shí)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)了“以盡可能少的試劑獲取所需化學(xué)信息”的目標(biāo)。

4、利用計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)進(jìn)行模擬化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)

常規(guī)的、傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)不可避免的消耗許多藥品和大量的水資源，尤其是對(duì)于一些試劑藥品昂貴、實(shí)驗(yàn)中容易引起爆炸或必須采用有毒、有害的試劑(如苯、苯酚、砷化物、重金屬等)的實(shí)驗(yàn)，并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中排放較多的有毒氣體、有毒廢水，給師生身體健康帶來極大的危害，且對(duì)環(huán)境造成較大的破壞的實(shí)驗(yàn)，采用計(jì)算機(jī)多媒體系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)顯得尤為重要。目前，國內(nèi)外已有相關(guān)的計(jì)算機(jī)仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件銷售。利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、裝置、流程、實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行仿真，用文字、聲音、圖象、動(dòng)畫的效果讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)屏幕上所做實(shí)驗(yàn)達(dá)到身臨其境的感受，如醚的過氧化物爆炸、有毒溶劑的燃燒、砷化物的相互轉(zhuǎn)化等實(shí)驗(yàn)，這樣既讓學(xué)生學(xué)會(huì)了實(shí)驗(yàn)方式，而且使那些毒些大、危險(xiǎn)性較大、試劑昂貴的實(shí)驗(yàn)變成了綠色化的實(shí)驗(yàn)的方法，自始至終，不會(huì)對(duì)人體和環(huán)境造成污染。

5、串聯(lián)實(shí)驗(yàn)以及試劑的回收利用

串聯(lián)實(shí)驗(yàn)是指通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)次序，使一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物成為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料。如把萃取和蒸餾實(shí)驗(yàn)安排在一起，利用四氯化碳萃取碘的水溶液，得到碘的四氯化碳溶液，然后在碘的四氯化碳溶液中加入氫氧化鈉溶液至紫色剛好消失，利用反萃取把四氯化碳分離出來，最后進(jìn)行蒸餾，使四氯化碳回收再利用。串聯(lián)實(shí)驗(yàn)以及試劑的回收利用在一定程度上減輕了常規(guī)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，有利于環(huán)境保護(hù)，又節(jié)約了經(jīng)費(fèi)。

6、實(shí)驗(yàn)廢棄物的無害化處理

化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物，如果直接排放，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還會(huì)淡化學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，養(yǎng)成不良的習(xí)慣，因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物應(yīng)進(jìn)行無害化處理，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化。在處理前，要充分了解廢棄物的性質(zhì)，采取吸附法、氧化分解等有效方法，及時(shí)回收處理殘余的易揮發(fā)和有毒藥品。例如，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常產(chǎn)生SO2、HF、Cl2、H2S等大氣污染氣體，這些氣體都可以用消石灰溶液中和吸收；實(shí)驗(yàn)后的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿廢液，選擇石灰石或石灰作中和劑；含酸較低的廢液可通過石灰石、白云石或爐渣灰等過濾層中和；含堿廢液可用工業(yè)硫酸或鹽酸中和；含鋅、鋇、錳等重金屬離子的廢液，可加入堿、碳酸鹽或Na2S，使金屬離子轉(zhuǎn)為氫氧化物、碳酸鹽或硫化物沉淀，殘?jiān)裼诘叵隆?/p>

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物大多是烴及其含氧衍生物。處理這些污染物的最簡(jiǎn)單的方法是用活性炭如(木炭)吸附，或用廢紙屑、木屑吸收后焚燒生成H2O和CO2除去。目前處理有機(jī)污染物的最廣泛、最有效的方法是生物降解法、活性污泥法等，都是利用人工培養(yǎng)或自然形成的氣性細(xì)菌的氧化分解作用將有機(jī)物分解成H2O、CO2、NH3及無機(jī)鹽類除去。

處理體積龐大、成份較復(fù)雜的廢液，用石灰沉淀法沉淀凝聚效果不佳時(shí)，可適當(dāng)添加三氧化二鐵、硫酸鋁或聚丙烯酰胺等絮凝劑，改善沉淀效果。

總之，綠色化學(xué)不是一門獨(dú)立的學(xué)科，它是一種戰(zhàn)略方針、一種指導(dǎo)思想、一種研究政策、一種新的教學(xué)理念。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)就是從防止環(huán)境污染和節(jié)約資源的觀點(diǎn)來重新審視和改革傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，更新和發(fā)展傳統(tǒng)的化學(xué)思維方式，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，選擇環(huán)保型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)廢棄物無害化處理，開展微型、計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段，建立化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)的新理念，培養(yǎng)了學(xué)生的“綠色化學(xué)”和“環(huán)境保護(hù)”意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

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