基于高校綠色化學實驗教學的研究

　　摘 要： 本文對綠色化學進行概述，提出了高校化學實驗綠色化的必要性和可行性，提出了實現高校綠色化學實驗教學的途徑。
　　關鍵詞： 高校 綠色化學 化學實驗
　　
　　當前，全球十大環境問題中，有八大環境問題都與化學化工生產有關。由此，很多人對化學工業提出質疑，認為化學是環境變差的罪魁禍首，對化學產生一種莫名其妙的恐懼心理。在這種形勢下，綜合考慮環保、經濟、社會，以及化學工業自身發展的要求，具有全新理念的“綠色化學”（Green Chemistry）應運而生［１］。由于社會的不斷進步，人們的環保意識不斷提高，科學實驗（包括實驗教學）中的環境保護問題越來越受到人們的重視。化學實驗是化學教學過程中的重要環節，通過開展綠色化學實驗研究，推進化學實驗教學的綠色化，有利于培養學生的環境保護意識和創新意識。這也將是今后化學實驗教學的必然選擇。
　　1.綠色化學概述
　　進入21世紀，人類正面臨著有史以來最嚴重的環境危機，為了根治環境污染，人們開始從節約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革傳統化學，提出了“綠色化學”這一新概念。
　　1.1綠色化學的概念
　　綠色化學是指用化學的技術，原理和方法去消除對人體健康，安全和生態環境有毒有害的化學品，綠色化學又稱清潔化學（Clean Chemistry）、環境友好型化學（Environally Friendly Chemistry）和環境無害化學（Environmentally Benign Chemistry），與其相對應的技術稱為綠色技術、環境友好技術［2］。綠色化學主要是利用化學原理以及所有相關的技術和方法，來減少或消除化學反應對生態和環境的污染。它的主要任務是研究新的化學反應體系，包括新的合成方法和路線，探索新的反應條件，尋求新的包括生物資源在內的化學原料，開發能夠代替揮發性有機溶劑的溶劑，無毒無害的高效催化劑，減少副產物產生的合成方法，設計和研究新的綠色化學品等。
　　1.2綠色化學的特點
　　綠色化學綜合起來應該具備以下幾個特點:（1）化學反應的原子經濟性［3］，應保證化學反應中每個原子都參與反應并全部轉化為產物。（2）化學反應中的試劑，溶劑，催化劑，目標產物，化學反應條件都是無毒無害的。（3）化學工藝是閉路循環的，整個流程只有原料和必需的能量輸入，產出的是產品，其余的物質和能量是內部循環，對環境無影響［2］。（4）過程和終端均為零排放或零污染。
　　1.3綠色化學的原則
　　綠色化學的具體內涵體現在使用化學品應遵循的“4R”原則［4］:（1）拒用危害品原則（Rejection）:在化學反應過程中拒絕使用一些無法替代，又無法回收和重復使用的有毒有害物質，這是杜絕污染的最根本辦法。（2）減量使用原則（Reduction）:對教學需要又無法替代的使用有毒物質或產生有毒物質的實驗，可通過減量使用原則加以控制。（3）循環使用原則（Recycling）:包括回收未反映的原料，副產物以及助溶劑，催化劑等非反應試劑。（4）重新利用原則（Reuse）：循環使用和重新利用可有效實現“省資源，少污染，減成本”的目標要求，既是減少廢物排放的需要，又是降低實驗成本的需要。
　　2.實施高校綠色化學實驗教學的必要性和可行性
　　化學是一門實踐性和應用性很強的學科，化學知識廣泛深刻地滲透進個人和社會生活的各個方面，化學實驗是化學教學的重要組成部分，根據教育部擬定的基礎課實驗教學示范中心建設標準，化學實驗課占理論課時數的120%左右。在我國的高校里，每天都有大批學生在進行各種各樣的化學實驗，所用的化學藥品種類多，消耗量大，而且大部分有毒或有腐蝕性，有的實驗過程還伴隨有毒氣體的產生，有的實驗生成物就是有毒物質。大多數高校對學生每次實驗所產生的污染物很少進行處理，而是直接排向環境中。學生在完成實驗獲取知識和技能的同時，也造成環境的污染。因此，在高校化學實驗教學中加強綠色化學教育，對傳統化學實驗進行大膽的綠色化改革，并實施綠色化學實驗，使學生知道并參與怎樣減少化學實驗污染及污染治理的實踐，培養學生的環境保護和可持續發展意識，具有重要的現實意義和必要性。同時以綠色化學的原則為指導，結合化學教學實驗自身的特點，實現化學教學實驗綠色化的改革是勢在必行的。
　　3.實驗高校綠色化學實驗教學的途徑
　　優良的教學方法是有效實施實驗教學綠色化的保障，它直接影響到教學效果。縱觀化學專業的教學計劃，學生至少有兩到三學期的時間在實驗室，因而實驗教學方法是否得當成為實驗真正綠色化的又一關鍵點。實驗教學中遵從綠色化可從以下幾方面進行。
　　（1）改進或刪除有毒性的實驗項目
　　依據綠色化學教學的要求，對實驗教學課程體系進行重組，在保證實驗教學的前提下，充分考慮試劑和產物的毒性以及整個實驗過程所產生的“三廢”對環境的污染情況，盡量選擇低毒，污染較小且后處理容易的實驗項目，改進或刪除那些對環境污染大，毒性大，危害性大，“三廢”處理困難的實驗項目，并用有環保或有實際意義的實驗項目代替。
　　（2）選用綠色原料，綠色溶劑，綠色催化劑
　　實現同一變換可能存在幾種可供選擇的原料，溶劑，催化劑。只要可能，實驗過程中應盡量尋找實現同一變換最無害的試劑替代有毒有害的試劑；通過改變反應的溶劑，用不易揮發，無害溶劑來代替揮發，有毒的溶劑；用高效，無毒，無害的催化劑代替腐蝕性嚴重的催化劑。
　　（3）推廣微量，半微量或減量化實驗
　　微型化學實驗是以微小量的試劑，在微量化的儀器裝置中進行的化學實驗。其特點是保證實驗效果的同時，大大減少試劑用量，縮短實驗時間，降低水電能的消耗，節約了實驗經費，大大減少污染排放量，保護了環境。推廣微量，半微量或減量化實驗，能減少環境污染，是實現化學實驗綠色化的一個重要途徑。
　　（4）將某幾個實驗合并在一起
　　將幾個實驗合并在一起，開展串聯實驗，使本來存在幾次污染的的實驗變為一次污染，甚至沒有污染。而且使前面實驗的產物成為后面實驗的原料。通過以上方法，可使試劑循環使用，不但能提高試劑的利用率，降低實驗費用，而且在一定程度上減輕常規實驗對環境的污染。
　　（5）引進微波，超聲波技術
　　微波作為一種新型能量形式，具有反應條件溫和，操作方便，時間短（節能）產率高，產品易純化，減少用量或不用溶劑，對環境友好等優點。超聲波化學利用超聲波的空化作用，可提高許多反應的速度，改善目的產物的選擇性，改善催化劑的表面形態，提高催化活性組分在載體上的分散性等［5］。在化學實驗中引入微波，超聲波技術，不但能減少環境污染，節約能源，而且有助于學生對相關的先進科學技術的了解，激發求知欲。這些技術的引入對增強化學實驗內容的綠色化有十分重要的作用，因而也是實現化學實驗綠色化的一個重要方法。
　　（6）采用現代教學手段，模擬化學仿真實驗
　　利用計算機模擬仿真手段，簡單的驗證性實驗可以讓學生在計算機上進行模擬。一些實驗條件高，危險性大或必須使用較多有毒有害的試劑，并在整個實驗過程中排放較多有毒氣體、有毒廢水，給師生身體健康帶來極大危害，且對環境破壞較大，而目前又無法通過改進而減少污染實現綠色化的實驗，這次實驗利用計算機多媒體技術既讓學生學會了實驗方式，又使那些毒性大、危險性較大、試劑昂貴的實驗變成了綠色化的實驗自始至終不會對人體和環境造成污染。
　　（7）妥善處理實驗后廢棄物
　　化學實驗產生的廢棄物，如果直接排放，不但會造成環境污染，而且會淡化學生的環保意識，養成不良的習慣。因此，對實驗產生的廢棄物應進行潔凈化處理，真正實現化學實驗綠色化。實驗廢棄物的處理應根據“變廢為寶，化害為利，分別處理”的原則，首先考慮回收再用，然后根據廢棄物的性質分別采取可行的物化方法、化學方法或生物方法進行處理。
　　（8）利用一些成品化的儀器來完成化學實驗
　　利用一些成品化的儀器來完成化學實驗，這種儀器和藥品可循環使用，不存在污染毒害。
　　（9）注重實驗室的綠色化管理
　　化學實驗室是安全隱患較多的地方，因此實驗技術人員要加強實驗室綠色化管理。在實驗室配制的化學試劑，要注意安全綠色化保管，防止揮發、風化、潮解、見光受熱、氧化燃燒、爆炸，以及試劑間的相互作用。我們要根據化學試劑的特性進行分類，按一定的規則和順序妥善保存。有劇毒性的試劑，不管濃度大小，使用多少就配制多少，已配好未用完的溶液要作無害化處理。實驗結束后，我要求每一個學生仔細清洗好自己的儀器，并要打掃自己區域的桌面和試劑臺面，無污染的廢棄物直接處理，其他一律按規定的地點存放，促使學生養成實驗時盡量少污染、零排放的綠色化學意識，養成了善始善終的好習慣。
　　4.結語
　　綠色化學是應用化學的技術和工藝去減少或消滅污染。綠色化學符合經濟可持續發展的要求，其根本目的是從節約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革現在的整個化學和化工。在高校化學實驗中實驗綠色化，加強綠色化教育，讓人類賴以生存的地球環境會變得更加美好。
　　
　　參考文獻：
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　　［4］邢曉軻，鄭俊霞.高校綠色化學實驗教學措施初探［J］.漯河職業技術學院學報，2008，7，（2）:92-93.
　　［5］江玉萍.淺談高校化學實驗的綠色化［J］.實驗技術與管理.2005，22，（7）:94-97.