綠色化學在高校化學實驗教學中的實踐與探索

楊廷海， 牟志剛， 劉維橋， 尚通明

（江蘇理工學院 化學與環境工程學院，江蘇 常州 213001）

化學是一門重要的自然科學，它對人類生活質量的提高有著重要的作用。化學的蓬勃發展在不斷推動人類進步的同時，也給人類生存環境帶來一些負面影響。化學實驗是化學化工相關或相近學科專業的基礎課，實驗涉及學科專業門類多，實驗項目內容覆蓋面大，實驗所需試劑藥品種類多。實驗教學過程中用到大量化學試劑，包括許多有毒試劑和致癌物，在化學反應中產生有害氣體會直接影響實驗人員和學生的身體健康，而排出的廢液和廢渣，若不經處理而直接排放到下水道或垃圾箱中，將會污染環境，直接或間接地危害人類健康。因此，開展該領域實驗綠色化研究，采取切實可行的有效措施防止和消除實驗室造成的環境污染，值得廣大高校化學工作者關注和思考。以綠色化學的原則為指導來開展高校化學實驗課的教學具有重要的現實意義。

1 綠色化學的概念和內涵

1991年，美國化學會首次提出綠色化學概念，目前得到世界各界的廣泛響應。綠色化學又稱環境無害化學、環境友好化學或清潔化學［1，2］，是指在制造和應用化學品時，通過化學的技術和方法有效利用原料，消除廢物和避免使用有毒、危險的化學試劑和溶劑，并建立環境友好的生產工藝，使化學工業可持續發展。

綠色化學的核心內容是“原子經濟性”，即在獲得新物質的過程中充分利用每個原料原子，實現“零排放”，不僅充分利用資源而且不產生污染。它的目標是尋找和研究能充分利用的無毒害原材料，最大程度地節約能源，在各環節都實現凈化和無污染的反應途徑。

具體內涵體現在使用化學品遵循的五“R”原則上：（1）減量原則（Reduction）：減少原料用量和減少“三廢”排放量；（2）重復使用原則（Reuse）：這既是減廢的需要，也是降低成本的需要；（3）循環使用原則（Recycling）：包括回收未反應的原料，副產物，回收助溶劑、催化劑、穩定劑等非反應試劑；（4）再生原則（Regeneration）：再生是變廢為寶、節省資源能源、減少污染的有效途徑；（5）拒用化學危害品（Rejection）：在化學反應過程中拒絕使用一些無法替代，又無法回收、再生和重復使用的藥品原料，這是杜絕污染的最根本辦法。總之，綠色化學要求最大限度地利用原料和最大限度地減少廢物的排放［3］。

2 綠色化學在化學實驗教學實踐中具體措施

如何使高校化學實驗教學綠色化是我們需要面對的一個重要課題。近年來，我校的化學實驗教學的指導思想是綠色化學，提倡綠色化學教育理念，培養具有綠色環保能力的高素質人才，也是解決環境問題的根本途徑。以下就在化學實驗教學中如何實施綠色化學提出我們的基本思路。

2.1 培養學生的綠色化學意識

培養學生的綠色化學意識是實現化學實驗教學綠色化的最基本保障。化學實驗教學課堂是向學生傳授環保知識的最佳場所，在實驗課上不僅要使學生掌握各種實驗技能和處理問題的能力，更要強化學生的環保意識，強化學生對社會高度負責的主人翁精神。具備了綠色化學意識才會產生積極的行為效果［4］。

化學教師應充分了解綠色化學的有關知識，利用自己的言行去感染學生，使其逐漸產生綠色化學意識。在實驗教學中，教師必須適時灌輸綠色化學思想，讓學生充分理解和接納綠色化學知識；引導學生觀察和認識生活、生產中的綠色化學現象，鞏固和加深綠色化學知識。教師必須采取積極有效的方法和途徑，切實提高學生的綠色化學意識，使學生在潛移默化中受到良好的綠色化學教育，培養綠色化學能力。

2.2 化學實驗的微型化

微型化學實驗是運用新的方法與技術，在能獲取所需化學實驗信息的前提下，采用“盡可能少劑量實驗”以減少或消除實驗廢物。采用微型化實驗技術，不僅可以大大減少試劑用量，縮短實驗時間，降低環境污染，而且有利于強化學生的動手操作能力，培養創新思維，強化學生的環保意識。對于耗量大、污染重、成本高的化學試驗，開設微型化學實驗尤為重要［5］。

2.3 設計綜合性實驗

在實驗課中，可以開設一些綜合性實驗內容，即將幾部分實驗內容重新設計為一種綜合性實驗。比如有機合成的粗產物，在分離提純、精制后，對得到的純產物進行物理常數測定。這樣既可以節省實驗時間和原料，還可以通過物理常數的測定檢查學生合成的產品的純度和質量［6］。

近年來，我們化學中心實驗室進行了一系列的改革，把各個孤立的實驗綜合串聯起來，按照項目對實驗內容進行分類。對同一門課程各個實驗以及各門課程實驗間存在的關系進行研究并加以理順，通過合理安排實驗次序，打破學科間的壁壘，開展綜合性實驗。通過以上方法，不僅使學生了解了實驗的多步性和重復性，加深了對實驗的印象，還可使試劑循環使用。節約了成本，又減少實驗污染物的排放，達到環保的目的。

2.4 化學試劑的綠色化

在實驗過程中要盡量使用無毒無害的試劑和溶劑，合理設計實驗過程從而實現實驗的綠色化。由于水、超臨界流體既價廉易得又對環境無害，故應盡量選擇。盡量避免有毒有害和揮發性有機溶劑的使用，尤其是鹵代烴溶劑的使用。例如：用水作為分散劑的水溶性涂料的制備已成為全世界涂料工業的新方向，用超臨界二氧化碳代替有機溶劑作為油漆、涂料的噴霧劑和泡沫塑料的發泡劑也已經取得較大進展。

2.5 妥善處理實驗室的三廢

實驗室的環境維護規范化、制度化，對每次產生的廢水、廢氣、廢渣進行處理。用過的酸類、堿類、鹽類等各種廢液、廢渣分別倒入各自的回收容器內，按照國家要求的排放標準進行處理。可采取中和、吸收、燃燒、回收循環利用等方法來處理廢棄物；對于實驗過程中產生大量有害及腐蝕性的氣體，在通風櫥內完成實驗，并將尾氣進行集中收集，采用吸收、中和等方法集中處理；對于重金屬液一般采用回收的方法進行處理。

總之，化學實驗教學綠色化是化學實驗教學發展的必然趨勢，是綠色化學研究的重要內容，是實現無污染目標的基礎。實現化學實驗綠色化的道路曲折而漫長，要真正綠色化，還有很多工作等待人們去深入、全面地探討。我們作為高校的教師，有責任和義務為國家和社會培養更多的具有綠色化學意識和綠色化學技術的高級人才，保持社會持續穩定和發展。

［1］李健雄.淺談綠色化學［J］.2013，（1）：75－77.

［2］蔡萬玲.綠色化學與化學實驗教學［J］.2004，23（1）：96－98.

［3］周成勇.樹立綠色化學觀念改革化學實驗教學［J］.長治學院學報，2008，25（5）：76－79.

［4］張鳳秀，葉霞.綠色化學在我國化學實驗教學改革中的應用［J］.大學化學，2010，25（3）：29－34.

［5］朱金苗，童小偉，汪小波.化學實驗中的綠色化學［J］.合肥師范學院學報，2010，28（3）：104－106.

［6］姜建輝，蔣卉.民族學生有機化學教學改革探索［J］.化學教育，2007，2：38－39.