大學化學實驗綠色化淺析

【摘 要】 針對大學化學實驗室污染源的特性和危害，闡述了綠色化學的概念和主要內容，提出了實施綠色化學實驗的途徑。通過強化意識，優化項目，開設微型實驗及開發現代實驗技術等手段，以實現化學實驗綠色化的目標。

【關鍵詞】 化學實驗 綠色化 污染 措施

化學是一門實驗性學科，其化學實驗是高校化工、生物、材料、師范類化學等專業的必修課程。化學實驗室在履行其實驗和試驗功能的同時也向環境排放著大量的污染物質，這就帶來了額外的化學環境問題，環境污染的加劇其因素之一是化學品引起的危害。因此，改善環境的迫切任務就使得“化學實驗綠色化”應運而生。化學實驗綠色化是以綠色化學的理念和方法為核心和基本原則對化學實驗進行改進，使得化學實驗過程達到綠色化的方法。

1. 綠色化學的概念

1984 年美國環保局( EPA ) 提出廢物最小化， 基本思想是通過減少生產廢物和回收利用廢物達到廢物最少， 這是綠色化學的最初思想。1989年美國環保局又提出了污染預防的概念， 它是指最大限度地減少生產場地產生的廢物， 包括減少使用有害物質和更有效地利用資源， 并以此來保護自然資源。至此， 綠色化學的思想初步形成。1990年美聯邦政府通過防止污染行動的法令， 第一次使用綠色化學一詞。1992 年美國環保局又發布了污染預防戰略。1995 年美國政府設立了總統綠色化學挑戰獎。1999 年英國皇家化學會創辦第一份國際性綠色化學雜志， 日本也制定了以環境無害制造技術等綠色化學為內容的新陽光計劃， 綠色化學很快成為國際化學科學的前沿。

綠色化學( Green Chemistry) 又稱環境無害化學( Environmental Benign Chemistry)， 是指從污染預防的基本思想出發， 在化學品生產的始端就采用預防的科學手段， 整個過程和終端均為零排放或零污染， 它研究的中心問題是使化學反應及其產物具有以下特點: (1) 采用無毒、無害的原料;(2) 在無毒、無害的反應條件( 催化劑、溶劑) 下進行; (3) 具有原子經濟性， 即反應具有高選擇性， 極少副產品， 甚至實現零排放; (4) 產品應是對環境友好的; (5) 滿足物美價廉的傳統標準。

2. 大學化學實驗綠色化的主要內容

化學實驗綠色化主要內容包括: (1) 化學試劑綠色化。應選擇無毒或毒性較小的試劑及利用可再生資源( 如生物質作試劑) 。(2) 溶劑綠色化。應盡量選擇水作溶劑， 避免有毒有害和揮發性有機溶劑的使用， 特別是鹵代烴類溶劑的使用。(3) 催化劑綠色化。應采用無毒無害無腐蝕性的物質作催化劑。(4) 反應條件綠色化。應選擇無有毒副產物生成或有毒副產物生成最小化的反應條件。(5) 化學反應綠色化。應選擇不產生“三廢”的原子經濟反應。(6) 反應產物綠色化。反應的生成物( 產物和副產物) 應無毒無害， 是環境友好產品。(7) 劑量綠色化。化學反應所需試劑、溶劑、催化劑的用量在保證實驗效果的前提下， 要達到實驗劑量最小化。( 8) 末端處理綠色化。對實驗產生的“三廢”進行無毒無害化處理，確保污染最小化。即化學反應全過程綠色化。

3. 大學化學實驗綠色化的途徑

3.1實驗項目的選擇

本著從源頭制止污染， 而不是在末端治理污染的原則， 盡量選擇低毒、污染較小且后處理容易的具有環保型的實驗項目。在高校化學實驗中， 性質實驗是別人已設計好的驗證性實驗， 綜合操作技能的要求不如制備實驗要求高， 化學實驗過程中消耗化學試劑種類繁多， 成本較高， 每看完一個實驗現象， 就要棄去這批用過的試劑， 其中不乏一些有毒、有害物質， 這樣不僅造成大量的浪費， 而且對環境造成一定的污染， 這與綠色辦學理念相悖。因此提倡將性質實驗進行壓縮， 選取具有代表性的、低毒的性質實驗來鍛煉學生的基本操作技能。選擇與環境保護密切相關的實驗， 如硫酸銅提純中產品的回收、水的總硬度的測定以及廢舊電池的回收和利用等， 讓學生了解有害物質對人體和環境的危害， 學習有害物質的鑒定、分離、提純和回收利用等方法， 這是培養學生環境保護意識和能力的重要手段。

3.2分析方法的選擇

測定同一物質含量的方法常常有多種， 可以選擇使用無毒或低毒、污染小的試劑方法來進行同一目的的實驗。

3.3替代性試劑的尋找

綠色化目標是將化學過程危害性降至最小。實驗中要盡可能不用或少用危險化學品， 如易燃、易爆、有毒、刺激或有腐蝕性的， 特別是劇毒物質。要研究取代危險化學品特別是劇毒化學品的方法，盡可能地選擇對人體和環境危害小的藥品， 做到低毒化。即使無危害物質也應盡可能減少使用， 因為任何化學物質過多時都會污染環境。通過化學實驗中用到的有毒、有害、易腐蝕藥品， 使人們明白這些藥品對環境、對人類健康的影響， 感覺到有毒有害物質在人們身旁， 體會到保護環境就是保護人類自己。

3.4密封儀器的使用

用密封的成套儀器來完成有毒的化學實驗， 使儀器和藥品循環使用， 不存在污染毒害。

3.5推廣微型化學實驗

被譽為化學實驗的革命的微型化學實驗是近20年來發展很快的一種化學實驗方法、新技術。它是在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗， 其試劑用量比相應的常規化學實驗節省90% 以上， 是公認的以盡可能少的試劑來獲取所需化學信息的實驗原理與技術。微型化學實驗室是綠色化學的組成部分， 它既能從源頭上節約原材料和時間， 減少污染， 又具有安全、便捷、高效等優點， 是化學實驗教學改革中的一個重要方面。

3.6引進微波、超聲波技術

微波作為一種新型能量形式， 其促進化學反應速度可比傳統的加熱技術快數倍及至數千倍，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、加熱時微波設備本身幾乎不輻射能量， 可避免環境高溫， 改進工作環境， 對環境友好等優點。在化學實驗中引入微波、超聲波技術， 如微波輔助提取、微波消化、微波灼燒、超聲催化， 不但能減少環境污染， 節約能源，是實現化學實驗綠色化的一個重要方法。

3.7研究對基礎化學實驗廢液的處理

化學實驗要產生大量的廢棄物， 如做完實驗，把廢液往水池中一倒， 自來水一沖， 不及時處理隨意排放， 久而久之不僅對環境造成污染， 而且會淡化人們的環保意識， 養成不良的習慣。廢液絕不可以倒入下水道， 應該設有廢液缸， 作統一回收處理。

放棄有污染的傳統化學實驗， 探索傳統化學實驗的綠色化改造， 是化學實驗工作的必然趨勢。實現大學化學實驗綠色化的途徑還很多。總之，全面實現化學實驗綠色化的道路還很漫長， 這期間， 不但需要對化學實驗教學進行綠色化改革， 更需要高校化學教育工作者對化學實驗綠色化的方法進行深入的研究與探索， 推動整個高等化學教育質量的提高。

參考文獻：

[1] 朱清時. 綠色化學與可持續發展[J] . 中國科學院院刊， 1997( 6) : 415-420.

[2] 楊志強，王莉賢等.綠色化學與有機化學實驗[J].實驗室研究與探索，2005，24(11)：84-86.

（作者單位：牡丹江大學生物制藥與食品工程學院）