開發(fā)高校化學(xué)廢棄物回收實驗構(gòu)建綠色化學(xué)實驗室

吳建波，戴小軍，龔波林

（寧夏大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

由于高校化學(xué)實驗室的規(guī)模和實驗課比例持續(xù)提升，實驗中產(chǎn)生的廢棄物數(shù)量激增，由此引發(fā)了人們對環(huán)境污染、實驗室的安全以及處置費用增加等問題的擔(dān)憂［1－3］。如何規(guī)范、高效地處置好實驗室廢棄物，是當(dāng)前高校實驗室面臨的一個重要課題。筆者認(rèn)為，開發(fā)化學(xué)廢棄物回收實驗是件很有意義的事情，它既是構(gòu)建“綠色化學(xué)”實驗室的有效手段，又是提高實驗教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Φ挠行緩健?/p>

1 化學(xué)實驗室廢棄物處置中存在的問題

高校化學(xué)實驗室每學(xué)期都會產(chǎn)生大量化學(xué)廢棄物，這些廢棄物未經(jīng)任何處理直接排放會對環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。按照2008年頒布的《國家危險廢物名錄》規(guī)定，高校化學(xué)實驗室所產(chǎn)生的廢棄物屬于“研究、開發(fā)和教學(xué)活動中，化學(xué)和生物實驗室產(chǎn)生的廢物”（類別代碼為 HW49 900－047－49），具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性和感染性。將化學(xué)廢棄物交由專業(yè)的危險廢棄物處置企業(yè)處置，存在轉(zhuǎn)移報批手續(xù)復(fù)雜、批復(fù)時間長、運(yùn)輸費用高等問題，同時需要采用固化填埋技術(shù)，處理費用也十分高［4］。有一些實驗室將化學(xué)廢棄物稀釋至達(dá)標(biāo)濃度再排放，雖然達(dá)到了環(huán)保部門的排放要求，但長期累積對環(huán)境的危害仍不可忽視［5］。

2 開發(fā)化學(xué)廢棄物回收實驗項目的必要性

高校基礎(chǔ)化學(xué)實驗室所進(jìn)行的化學(xué)實驗相對固定、所產(chǎn)生的廢棄物成分基本明確，利用實驗室的自身條件完全可以對部分廢棄物進(jìn)行回收和再利用。雖然廢棄物回收實驗項目的開發(fā)及其后續(xù)應(yīng)用還存在費用高、時間長的問題，但從環(huán)境保護(hù)和最大限度地減少化學(xué)污染物這個角度來看，利大于弊［6］。將實驗室廢棄物的回收開發(fā)成綜合型、設(shè)計型或創(chuàng)新型的教學(xué)實驗，既可以為實驗室節(jié)省試劑消耗和廢物處置成本，又可以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合實驗?zāi)芰Γ瑯?gòu)建綠色化學(xué)實驗室。

3 化學(xué)廢棄物回收實驗開發(fā)的建設(shè)措施

3.1 強(qiáng)化綠色化學(xué)的教育意識

高校綠色化學(xué)實驗室的建設(shè)，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在化學(xué)實踐教育領(lǐng)域的體現(xiàn)，它是用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或消滅那些對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)的使用和產(chǎn)生［7］。構(gòu)建綠色化學(xué)實驗室必須強(qiáng)化教師和學(xué)生的綠色化學(xué)意識，即要從實驗試劑到實驗產(chǎn)物，再到實驗產(chǎn)物的消亡這一過程中阻止污染。首先，教師應(yīng)將綠色教育理念貫穿于整個實驗教學(xué)中；其次，學(xué)生應(yīng)培養(yǎng)綠色化學(xué)意識，學(xué)習(xí)綠色化學(xué)知識，并能體現(xiàn)在實驗過程中［8］。

3.2 回收化學(xué)實驗廢棄物的方法

高校基礎(chǔ)化學(xué)實驗室開設(shè)的實驗項目相對固定，可分別收集每個實驗項目的廢棄物。對實驗中產(chǎn)生的每種廢棄物都配置專用容器，并用標(biāo)簽標(biāo)明成分。這樣做可確定每種化學(xué)廢棄物的成分和含量，大大降低處理化學(xué)廢棄物的復(fù)雜程度，有利于回收實驗的開發(fā)［6］。

實驗室應(yīng)將廢棄物專用容器放在顯眼、方便的位置，并用不同的標(biāo)簽加以標(biāo)示。實驗教師在實驗前就要明確告知學(xué)生哪些步驟會產(chǎn)生什么樣的化學(xué)廢棄物，應(yīng)將化學(xué)廢棄物放在哪個專用容器中。我校基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心通過制定實驗室廢棄物收集、分類和貯存操作規(guī)程，實現(xiàn)對每個實驗廢棄物分類收集的指導(dǎo)，并由實驗室安全衛(wèi)生督察員按照相應(yīng)的評價和考核辦法對工作進(jìn)行考評。考評結(jié)果將計入個人年度績效考核的成績。

3.3 鼓勵申報化學(xué)廢棄物處置方面的課題和項目

為了提高學(xué)校師生對開發(fā)化學(xué)廢棄物回收實驗的興趣，我校基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心加大了對實驗室廢棄物回收相關(guān)教改課題的支持力度，在大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目中設(shè)置實驗室廢棄物回收利用的招標(biāo)項目，并要求這些研究課題最終能夠開發(fā)成綜合型、設(shè)計型或創(chuàng)新型實驗課。通過這些措施，一方面給學(xué)生創(chuàng)新實驗的選題提供了思路，另一方面有效地解決了相關(guān)課題經(jīng)費的問題。

3.4 積極推進(jìn)化學(xué)廢棄物回收課題的成果轉(zhuǎn)化

對于教師和學(xué)生通過教改課題和大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目取得的相關(guān)研究成果，各實驗室根據(jù)實際情況大膽引入并開設(shè)化學(xué)廢棄物回收實驗，實驗室管理單位進(jìn)行充分的協(xié)調(diào)。例如用銀量法測定氯含量的實驗會產(chǎn)生含銀廢液，含銀廢液的回收實驗可以在無機(jī)實驗室作為綜合性實驗開設(shè)；而有機(jī)實驗室實驗中產(chǎn)生的大量有機(jī)溶劑，可以與化工實驗室聯(lián)合開發(fā)為精餾、萃取等設(shè)計型實驗進(jìn)行提純回收。通過將化學(xué)廢棄物回收研究項目的成果轉(zhuǎn)化為綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗課，有效減輕了實驗員的工作負(fù)擔(dān)，提高了教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新探索和實踐能力。

3.5 加強(qiáng)回收試劑的分類使用

對于通過化學(xué)廢棄物回收實驗得到的試劑，管理部門需要按照各實驗室的需求進(jìn)行分類使用。無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)實驗所回收試劑的純度是否達(dá)到要求，是影響其能否再次使用的關(guān)鍵。因此，要對回收試劑進(jìn)行化學(xué)分析以確定其純度，并且實驗課教師在使用前必須經(jīng)過預(yù)實驗進(jìn)行驗證。對于純度較低的回收試劑，可在那些對試劑純度要求較低的化工、物理化學(xué)實驗課中使用。

4 化學(xué)廢棄物回收再利用的實踐探索

自2008年寧夏大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心成為國家級基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)單位以來，中心在實驗室廢棄物回收及再利用方面做了大量研究和探索，取得了一些成果。以下僅列舉2例，說明化學(xué)廢棄物回收實驗的開發(fā)及具體運(yùn)行過程。

4.1 含銀廢液的回收與利用

在分析化學(xué)實驗中，用銀量法測定氯化物中氯的含量是一個必做實驗［9］。其主要原理是以K2CrO4為指示劑，用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，需要消耗大量的銀鹽，并生成 AgCl、Ag2CrO4磚紅色沉淀［10］。該實驗不僅向化學(xué)、化工、應(yīng)用化學(xué)、制藥等本院學(xué)生開放，還對本校其他院系環(huán)境、食品等專業(yè)的學(xué)生開放。由于開設(shè)實驗的班級多、學(xué)生人數(shù)多，產(chǎn)生含有銀、鉻的廢液量也很大。

廢液主要有2種：一種是到達(dá)滴定終點時還剩余的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液；另一種是含有AgCl、Ag2CrO4沉淀的廢液。在學(xué)生做實驗前，對2種廢液分別設(shè)立專用的收集容器，并明確標(biāo)示、方便收集。實驗課堂上教師向?qū)W生介紹含銀、鉻的廢液對人類健康和生態(tài)環(huán)境的危害以及含AgNO3、AgCl、Ag2CrO4廢液的回收方法，學(xué)生動手完成含銀、鉻廢液的回收實驗。

針對銀量法測定氯含量實驗的廢液，我校化學(xué)實驗中心在大學(xué)生創(chuàng)新實驗中以“化學(xué)實驗室含銀廢液的回收與利用”為題，面向?qū)W生進(jìn)行項目招標(biāo)。學(xué)生在指導(dǎo)教師的幫助下提出實驗方案并進(jìn)行驗證，最后提交創(chuàng)新實驗報告書。根據(jù)該項大學(xué)生創(chuàng)新實驗的成果，在無機(jī)化學(xué)實驗中開設(shè)了綜合型實驗——含銀廢液的回收。回收得到的AgNO3溶液和剩余的Ag－NO3標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)濃縮后都得到了AgNO3固體粉末，而這些AgNO3固體粉末在銀量法測定可溶性氯化物含量的實驗中得到了循環(huán)使用。

4.2 乙醇－環(huán)己烷廢液的回收與利用

在物理化學(xué)實驗中，“雙液系的氣－液平衡圖”實驗會產(chǎn)生大量環(huán)己烷和乙醇混合廢液［11－12］。通過大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目，確定以水為萃取劑，萃取分離該二元混合液并進(jìn)行回收。

首先得到粗環(huán)己烷（含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%的乙醇）和乙醇水溶液（乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%左右），再通過對粗環(huán)己烷進(jìn)行精餾，從塔底得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)99.9%的環(huán)己烷。乙醇水溶液通過共沸精餾得到無水乙醇。

化學(xué)實驗中心用該萃取實驗替換了原來在有機(jī)化學(xué)實驗中以乙醚萃取甲苯胺和萘混合物的基本操作技術(shù)實驗。粗環(huán)己烷的提純實驗是利用化工實驗室的精餾塔設(shè)備開發(fā)的精餾設(shè)計型實驗，即根據(jù)環(huán)己烷和乙醇的物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，計算出合適的精餾溫度、壓力、回流比等，再做精餾實驗加以驗證并得到純的環(huán)己烷產(chǎn)品。

由于乙醇和水的沸點相近且易形成恒沸溶液，開發(fā)了化工綜合型共沸精餾制取無水乙醇的實驗。該實驗以環(huán)己烷為挾帶劑，通過間歇共沸精餾的方法得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.5%的乙醇。這一回收實驗加深了學(xué)生對共沸精餾方法的認(rèn)識。

通過大學(xué)生創(chuàng)新實驗招標(biāo)項目，還解決了儀器分析實驗項目“單掃描極譜法同時測定鉛和鎘”產(chǎn)生的既含有汞、又含有鉛和鎘的廢液回收問題，使回收的汞在該實驗項目中得到循環(huán)使用［13］。實驗中心還積極發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，加強(qiáng)廢液的利用。例如在儀器分析實驗中，色譜分析實驗“反相液相色譜法測定萘的含量”、“高效液相色譜法測定APC藥物中的有效成分”、“飲料中添加劑苯甲酸鈉、山梨酸鉀、糖精鈉的測定”等，均采用甲醇作為流動相，年產(chǎn)生廢液約30kg［13］。由于該廢液甲醇含量高、雜質(zhì)非常少，將其直接用于化工實驗室的精餾或反應(yīng)精餾實驗，取得了良好的效果。

5 結(jié)束語

通過實驗室廢棄物回收與利用實驗項目的開展，寧夏大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心原來需要由專業(yè)公司處理的化學(xué)廢棄物的費用和基礎(chǔ)化學(xué)實驗室購買試劑的費用都大幅減少。2012年11月，基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心通過了國家級基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)示范中心的驗收。實驗中心在綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗項目的比例、支撐“大學(xué)生創(chuàng)新型實驗項目”和實驗室環(huán)境與安全等方面都得到了專家的好評。

實踐證明，充分利用高校化學(xué)實驗室現(xiàn)有條件和優(yōu)勢開發(fā)化學(xué)廢棄物回收實驗，發(fā)掘了化學(xué)廢棄物循環(huán)利用的潛力，從而最大限度地利用了化學(xué)實驗所產(chǎn)生的廢棄物，降低了開設(shè)實驗和處理廢棄物的成本，有利于構(gòu)建綠色化學(xué)實驗室。化學(xué)廢棄物回收實驗有利于充分調(diào)動師生積極性，努力開發(fā)更多的綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型的化學(xué)廢棄物處理實驗，從而推動高校教學(xué)改革實踐，提高學(xué)生對綠色化學(xué)的興趣和創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。

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