高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化探討與研究

王船英

摘要：在化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生掌握化學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)技能的重要環(huán)節(jié)。而不少化學(xué)實(shí)驗(yàn)正向外界環(huán)境排放“三廢”。為了保護(hù)社會(huì)環(huán)境，培養(yǎng)具有環(huán)保意識(shí)和綠色化學(xué)理念的科技人才，我們教育工作者更應(yīng)該注重對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革和綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的推廣。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)；綠色化；環(huán)境保護(hù)；微型實(shí)驗(yàn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的重要自然學(xué)科，它對(duì)人類的進(jìn)步有著重要的作用，化學(xué)在蓬勃發(fā)展的同時(shí)，也給人類的生存環(huán)境帶來了一些負(fù)面影響。很多高校開設(shè)大量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于學(xué)科的專業(yè)門類多，所用到的藥品、試劑種類繁多，排放的污染物成分復(fù)雜，對(duì)環(huán)境累積造成的污染相當(dāng)嚴(yán)重。因此，開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化研究，推廣對(duì)人體無傷害、對(duì)環(huán)境無污染的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求，也是各高校化學(xué)工作者面臨的迫在眉睫的事情。

一、綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)

“綠色化學(xué)”的概念由美國(guó)化學(xué)會(huì)（ACS）提出，其核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少或消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染；力求反應(yīng)過程中所有的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)（environmentally benign chemistry）、環(huán)境友好化學(xué)（environmentally friendly chemistry）、清潔化學(xué)（clean chemistry）。它強(qiáng)調(diào)用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或杜絕對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物和副產(chǎn)物的使用和產(chǎn)生。綠色化學(xué)是從源頭上減少或消除污染的化學(xué)。它的最大特點(diǎn)是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。提倡綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，盡量做無毒害的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，無害化的處理實(shí)驗(yàn)的廢棄物，實(shí)現(xiàn)零排放，已是化學(xué)教學(xué)中不容忽視的內(nèi)容之一。綠色化學(xué)是一種理念，如果在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，處處體現(xiàn)這種理念，盡量減少對(duì)環(huán)境的污染和人體的傷害，就能逐步實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

二、高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀及實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的必要性

當(dāng)前，不少高校由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)資金投入不足，經(jīng)費(fèi)只能勉強(qiáng)用于購(gòu)買實(shí)驗(yàn)藥品，更沒有直接處理實(shí)驗(yàn)廢棄物的設(shè)備和能力，因而對(duì)污染的防治顯得無能為力。而且實(shí)驗(yàn)只注重步驟和結(jié)果，不考慮實(shí)驗(yàn)是否會(huì)帶來污染。甚至，不少教材對(duì)實(shí)驗(yàn)是否會(huì)造成污染只字未提，綠色化意識(shí)不強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)室里，每天有大批的學(xué)生做著各種各樣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有的藥品有毒或者有強(qiáng)腐蝕性，甚至有些實(shí)驗(yàn)還會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，而這些實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的污染很少經(jīng)過處理，就直接排放到環(huán)境中。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)獲取知識(shí)和技能的同時(shí)，也對(duì)我們生存的環(huán)境造成了污染。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：一個(gè)化學(xué)系和一個(gè)生物系的學(xué)生，在大學(xué)學(xué)習(xí)的4年中，因?qū)嶒?yàn)而產(chǎn)生的廢水、廢液總量分別約為250ml、180ml，固體廢棄物分別約為12kg和18kg，且涉及危險(xiǎn)、有毒、有污染的藥品種類多且成分復(fù)雜。從數(shù)據(jù)來看，雖然每次實(shí)驗(yàn)造成的污染量不大，但長(zhǎng)期累積下來的影響卻是不容忽視的。因此，開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化改革是非常必要且勢(shì)在必行的。

三、實(shí)現(xiàn)綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的措施

（一）加強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)，完善實(shí)驗(yàn)室設(shè)施

高校應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃中，安排一節(jié)課的時(shí)間對(duì)新入學(xué)的學(xué)生進(jìn)行環(huán)保知識(shí)的培訓(xùn)，加強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。另外，教師也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)環(huán)保知識(shí)的學(xué)習(xí)，多看書、多看報(bào)。俗話說，“言傳莫過于身教”，教師有較高的素質(zhì)修養(yǎng)和環(huán)保意識(shí)，在日常生活和教學(xué)中養(yǎng)成的良好的環(huán)保習(xí)慣，對(duì)學(xué)生都有潛移默化的影響。高校也應(yīng)加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室的投入，如加裝氣體處理裝置，在各實(shí)驗(yàn)室設(shè)立廢液、固體廢棄物的分類處理系統(tǒng)，定期安排專門的部門和人員來收集處理，消除污染。決不允許未經(jīng)處理的廢液、固體廢棄物任意的排放。實(shí)驗(yàn)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員對(duì)儀器設(shè)備定期維護(hù)，監(jiān)督做好實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的衛(wèi)生和環(huán)境綠化，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)條件，使實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施綠色化。

（二）科學(xué)地編寫實(shí)驗(yàn)教材，刪除有毒、有污染的實(shí)驗(yàn)

在教學(xué)實(shí)踐中，大部分實(shí)驗(yàn)是具有代表性的。很多實(shí)驗(yàn)擁有相同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮痛笾孪嗤膶?shí)驗(yàn)原理，是可以相互替代的。同一個(gè)實(shí)驗(yàn)只要實(shí)驗(yàn)原理相同，它可能存在幾種可供選擇的試劑、溶劑、催化劑，只要可能，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)盡量尋找最無害的試劑替代有毒有害的試劑，通過改變反應(yīng)的溶劑，用不易揮發(fā)、無害的溶劑如水來代替易揮發(fā)、有毒的溶劑；用高效、無毒、無害的催化劑代替腐蝕性嚴(yán)重的催化劑。總之，應(yīng)按照無毒或低毒化原則選擇實(shí)驗(yàn)藥品。因此，教師在編寫實(shí)驗(yàn)教材或講義、制訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃時(shí)，應(yīng)刪除有毒、有污染、對(duì)人體和環(huán)境有害的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，盡量采用綠色化的試劑和藥品，使反應(yīng)有較高的轉(zhuǎn)化率和利用率以及廢棄物的零排放，做到從源頭上杜絕污染。

（三）縮小實(shí)驗(yàn)規(guī)模，推出微型實(shí)驗(yàn)

“微型實(shí)驗(yàn)”，顧名思義，就是在微型儀器中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。它具有儀器容量小、藥品用量少、實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯等特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)課程中，有很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是通過實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解的。對(duì)這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)，通過將其藥品用量減少，試劑的濃度降低等措施，既能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模帜軠p少對(duì)環(huán)境的污染。教師在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，也應(yīng)該嚴(yán)格要求學(xué)生控制藥品試劑的取用量，避免不必要的實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)。比如說，做有些性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，有些用試管做的實(shí)驗(yàn)可以在點(diǎn)滴板上進(jìn)行。由此可見，推出微型實(shí)驗(yàn)，也是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改革與發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)綠色化的途徑之一。

（四）推廣系列化的連續(xù)實(shí)驗(yàn)

為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)資源，授課教師可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)計(jì)劃安排和開出次序，盡可能地推廣系列化的連續(xù)實(shí)驗(yàn)。所謂連續(xù)實(shí)驗(yàn)，就是讓前一個(gè)實(shí)驗(yàn)生成的產(chǎn)物成為后面實(shí)驗(yàn)要用的原料。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)會(huì)因?yàn)橹貜?fù)的實(shí)驗(yàn)操作加重對(duì)環(huán)境的污染。為此，我們對(duì)同一門課程的各個(gè)實(shí)驗(yàn)以及各門課程實(shí)驗(yàn)間存在的關(guān)系進(jìn)行研究，通過合理地安排實(shí)驗(yàn)次序，打破各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目間的壁壘，廣泛開展系列化的連續(xù)實(shí)驗(yàn)。比如在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可以將常壓蒸餾及沸點(diǎn)的測(cè)定與無水乙醇的制備這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來，因?yàn)檫@兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都用到蒸餾裝置；將無機(jī)實(shí)驗(yàn)中溶液的配制與分析實(shí)驗(yàn)里滴定操作項(xiàng)目聯(lián)系起來，用配制好的溶液作為待測(cè)定濃度的溶液進(jìn)行分析滴定操作等等……此舉不僅能使藥品、試劑循環(huán)使用，還提高了藥品的利用率，避免了實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容的重復(fù)，減輕了實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染。

（五）設(shè)計(jì)最佳合成路線，減少副反應(yīng)產(chǎn)物

在做合成實(shí)驗(yàn)特別是有機(jī)合成時(shí)，我們可以通過設(shè)計(jì)不同的合成路線，再在其中選擇最佳合成路線，改變反應(yīng)的條件，使反應(yīng)物原子盡可能地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物原子，最大程度地減少副反應(yīng)的發(fā)生，才會(huì)真正做到減少副產(chǎn)物，達(dá)到零排放，避免造成有機(jī)物污染。

（六）利用多媒體技術(shù)模擬化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)

隨著社會(huì)的發(fā)展，多媒體技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中已有應(yīng)用。其傳遞的信息具有直觀、生動(dòng)、容易再現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。有些經(jīng)典的化學(xué)實(shí)驗(yàn)可能不具備綠色化的條件，對(duì)此，也可以利用多媒體技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)的仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件在銷售，通過聲音、文字、動(dòng)畫等效果使學(xué)生有身臨其境的感覺。利用多媒體技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、裝置、流程等進(jìn)行仿真，整個(gè)過程圖文并茂地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，同樣能讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚瑤椭莆栈瘜W(xué)知識(shí)。更重要的是，此舉避免了有毒有害物質(zhì)對(duì)人體和環(huán)境造成傷害，對(duì)保護(hù)自然資源、緩解化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染具有深遠(yuǎn)的意義。

綠色化學(xué)的發(fā)展是化學(xué)發(fā)展史中不可阻擋的歷史洪流，當(dāng)前的高校實(shí)驗(yàn)室的污染現(xiàn)狀必須要引起人們的重視，全面實(shí)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的道路還很漫長(zhǎng)，這需要我們化學(xué)教育工作者在教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不斷地研究和探索，為綠色化學(xué)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，這也是大家義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林寶鳳.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)綠色化教程[M].科學(xué)出版社，2003：2-3.

[2]江玉萍.淺談高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，（7）：94-95.

[3]趙麗娜，陸國(guó)志.高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)中綠色化學(xué)的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，（2）：179-181.

[4]江玉萍.淺談高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，（7）：94-95.

[5]曹小霞.推進(jìn)高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化[J].科技管理研究，2011，（24）：87-89.

編輯/岳 鳳