淺談如何在有機化學實驗教學中減少環境污染

韓亭亭，趙 侖

(長春師范大學化學學院，吉林長春 130032)

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淺談如何在有機化學實驗教學中減少環境污染

韓亭亭，趙 侖

(長春師范大學化學學院，吉林長春 130032)

高校有機化學實驗教學中產生了大量對環境污染大、危害大的有毒性物質以及后處理困難的污染物。為減少環境污染，應盡量選擇無毒或低毒、環境污染較小的反應原料以及后續處理容易的有機化學實驗項目。對不產生污染或輕度污染的實驗采用常量實驗的教學模式，對產生中等污染的實驗采用微型實驗的模式進行，而對產生重度污染且教學有需求的實驗采用綠色化的教學方法。

有機化學實驗；實驗教學；環境污染

有機化學實驗作為高等學校化學專業學生必修的基礎課，是教學中非常重要的環節。在全面實施素質教育和創新教育的今天，有機化學實驗對提高學生的實驗儀器基本操作技能以及培養學生創新思維和創造力有著至關重要的作用。這門實驗課程涵蓋五部分內容：(1)有機化學實驗的一般知識：包括有機實驗室的規則、安全知識、常用儀器和裝置的適用范圍及保養等。(2)基礎操作和實驗技術：這部分著重介紹各個有機化學實驗的基本操作和方法，如蒸餾操作、分餾操作、重結晶提純法和色譜法。(3)有機化合物的制備：制備一些常用和典型的有機物，如正丁醚、無水乙醇、己二酸和乙酰苯胺。(4)有機化合物的性質實驗：包括有機化合物的元素定性分析，以及醇和酚的性質、醛和酮的性質、糖類的性質等實驗。(5)理論部分：在有機化學實驗過程中，使用的有機溶劑和有機試劑往往會出現“三廢”，這會對環境造成很大的負面影響。近年來，隨著招生規模的不斷擴大，化學專業學生人數不斷增加，有機化學實驗的操作次數也隨之增多，這導致了很多有機化學試劑的用量和實驗室“三廢”排放量迅速增長。在有機化學實驗教學過程中，教學工作者培養了學生的觀察能力、動手能力、分析能力、解決問題能力，實驗教學收到了良好效果，但同時不可避免地將實驗過程中產生的一些廢氣、廢水、廢渣直接排放到環境中(部分廢氣導入大氣中，廢水導入下水道，廢渣進入垃圾桶)。且大多數學校對實驗后排放的污染物很少作定期的處理，這對環境造成很嚴重的影響。因此，在有機化學實驗中應盡量排除或減少對環境危害大以及后處理困難的實驗項目，盡量選擇無毒或低毒、環境污染較小且后處理容易的有機化學實驗項目。針對有機化學實驗的特點，我們將從以下三方面討論如何減少有機化學實驗教學過程中所帶來的環境污染。

1 常量有機化學實驗

常量化學實驗是指在傳統的儀器、裝置中，采用常規試劑完成的化學實驗，適用于反應原料對環境是無污染或極低污染的、易得且價格合理的實驗項目；要求反應產物可回收利用、后處理方便[1]。例如無水乙醇的制備，實驗室可采取分子篩法和氧化鈣法制取，我們采用的是后者。氧化鈣法制備無水乙醇的反應原理是利用氧化鈣與95%乙醇中的水充分反應后得到氫氧化鈣，再利用蒸餾的方法將沸點低的乙醇蒸餾出去。反應后剩余的氫氧化鈣可利用低濃度的鹽酸加以溶解，得氯化鈣溶液，回收反應產物氯化鈣溶液和無水乙醇。類似這種產生輕污染或無污染的有機化學實驗還有很多，例如：(1)從橙皮中提取檸檬烯。整個反應過程中用到的反應原料是橙子皮和蒸餾水，原料易得無污染，屬綠色的化學原料，反應結束后回收反應產物檸檬烯；(2)透明皂的制備。利用不飽和脂肪酸與氫氧化鈉溶液發生皂化反應，原料是動物油脂——牛油，植物油——椰子油和蓖麻油，以及蔗糖、蒸餾水和氫氧化鈉溶液，反應結束得到的是透明光滑的透明皂。整個過程沒有廢棄物產生，且學生對實驗有濃厚的興趣。目前，有機化學實驗中反應溶劑的回收再利用在部分實驗中得以實施，這些工作很大程度上降低了有機化學實驗污染性試劑的排放量。

2 微型有機化學實驗

對產生中等污染的有機化學實驗，可根據需要，采用微型實驗的模式，這被定義為在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗。微型有機化學實驗中，反應試劑的用量是常量實驗的1/10～1/00[2]。設計一些適合于本科生實驗教學的微型有機化學實驗，每學期在本科生實驗教學中操作2～3個微型實驗，其試劑用量均在常量實驗的1/10以下，能最大幅度地降低有機實驗污染物的排放量[3]。微型有機化學實驗所用儀器裝置和操作方法都與常量有機化學實驗有較大差別，甚至在有些實驗中是完全不同的，所以微型有機化學實驗是學生必須掌握的。操作微型有機化學實驗可讓學生學到處理微量樣品的特殊方法和技巧，也能增強學生的環境保護意識。例如：醛和酮的性質實驗可以通過在點滴板上完成醛和酮與2,4-二硝基苯肼的實驗，該操作的試劑用量減少為常量的1/10，大大降低了有機物的使用量[4]。

3 綠色有機化學實驗

1991年，美國化學學會(American Chemical Society,ACS)提出了綠色化學(Green Chemistry)主張，即在始端就采用預防污染的手段，實現在實驗過程中都無污染[5]。綠色化學的真義是防止化學污染，而不是污染后的環境治理。據此，有機化學實驗中污染的控制也應該符合綠色化學的基本原則，即在實驗過程中，反應物的選擇、合成方法的制定、制備過程及最終得到的化學品等都應盡可能不對環境造成污染和危害[6-8]。在有機化學實驗教學中，我們應從環境保護的角度設計實驗，同時也要考慮到實驗的可行性和實驗結果的可重復性。在不影響實驗結果的前提下對試劑、實驗設備以及實驗方法進行適當的改進。此外，開設計算機仿真化學實驗，即通過化學虛擬仿真實訓軟件來完成有機化學實驗，這是減少有機化學實驗污染、實現實驗綠色化的必要手段。學校可設立化學虛擬仿真實驗室，學生通過虛擬平臺進行實驗的操作練習和期末測試，這將是未來實現綠色化學的必然趨勢[9]。

本文簡單地討論了如何在有機化學實驗教學中減少環境污染，對不產生污染或輕度污染的實驗采用常量實驗的教學模式，對中等污染的有機化學實驗采用微型實驗的模式進行，而對于重度污染有對教學有需求的實驗采用綠色化的教學方法。

[1]胡榮華,黃周璋,李樹保.有機化學實驗”綠色化”教改淺談[J].井岡山學院學報:自然科學版,2005(3):56-58.

[2]王夢,王迎春,李琛,等.基于綠色化、微型化基礎化學實驗的實踐與探討[J].教育教學論壇,2015(49):248-249.

[3]馬祥梅,王斌,馮道全,等.高校基礎有機化學實驗的綠色化[J].安慶師范學院學報:自然科學版,2016(1):155-159,166.

[4]李軍,許俊強,郭芳.基礎化學實驗的綠色化設計與實踐[J].重慶理工大學學報:自然科學版,2013(8):58-61.

[5]Anastas P T,Warner J C. Green Chemistry:Theory and Practice[M].Oxford University Press,1998.

[6]王崢.有機化學實驗教學中的污染控制[J].環境科學與管理.2010(6):15-17.

[7]崔秀榮.有機化學實驗綠色化教學模式探析[J].黑龍江科學,2014(7):166.

[8]馬楠,王筱平.有機化學實驗教學中體現綠色化學的探索[J].實驗室研究與探索,2011(7):140-143.

[9]王菊,堵錫華,史小琴,等.應用型本科高校化學化工虛擬仿真實驗中心建設探索[J].山東化工,2016(8):118-120.

2016-07-10

韓亭亭(1984- )，女，講師，碩士，從事金屬有機骨架材料研究。

G642；X131

A

2095-7602(2016)10-0130-02