以綠色化學為導向的高分子化學實驗教學研究

陳福山，張立明

(九江學院化學與環境工程學院，江西 九江 332005)

綠色化學，又稱環境無害化學、環境友好化學或清潔化學，原則上是用化學的或物理生物的技術和方法來減少甚至消除那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑等的使用及其產物、副產物產生。綠色化學的最終目的在于不再使用有毒、有害物質，不再產生廢物，是一門從源頭上阻止污染的化學方法[1]。隨著世界綠色化的浪潮，高分子化學實驗教學應該充分利用自己的學科優勢，大力貫徹綠色化學思想，積極實施和推廣實驗綠色化，以此為原則，指導實驗工作，使實驗室的“三廢”排放降低到最低程度，即使產生也得到妥善的處理，實驗室的安全性和環境質量得到提升，師生的健康得到有效保護，綠色化學和環境保護意識得到強化[2]。

1 轉變觀念，將綠色化學的理念引入高分子化學實驗教學

在《高分子化學實驗》綠色化教育大眾化的背景下，本科教育的主要目標是更新知識、傳授技藝、提高學習者解決實際問題的能力，充分挖掘和引導學習者潛在的需求，使之成為現實層面上的市場和社會發展需求[3]。所以高校要在不斷的實踐探究中通過教育思想、教育觀念的更新轉換，在教學過程中注重課程的實用性，同時嚴把質量關，使學生在理論和實踐的結合中，更能發揮潛力，獲得成功。綠色化技術是我國在高分子化學工業過程工業資源利用升級換代的關鍵共性問題，運用環境優先的綠色過程工程理論和方法，研究開發資源(原料資源、能源資源)高效、清潔、循環利用的新理論、新過程和原創性替代技術，形成行業清潔生產新技術，引領我國高分子化學工業清潔生產和循環經濟技術發展具有十分重要的意義[4]。

高分子化學實驗作為高分子材料及相關專業的一門重要的專業實驗基礎課， 主要涵蓋聚合物合成、大分子反應、聚合物結構表征的基礎學科，注重培養學生理性思維和動手能力的科學，同時也是《聚合物合成工藝》《聚合物工程》等相關學科的基礎學科。教師不僅要熟悉綠色化學，還有熟悉《聚合物合成工藝》《聚合物工程》，這樣，在教學中才能有的放矢，切中學科要害、學科前沿、生產實踐，引導學生理解可持續發展觀念，樹立綠色理念，形成知識面寬，對高分子科學技術、聚合物生產發展的新方向有敏銳的洞察力，培養能將發現的一般自然規律，能夠解決復雜的工程技術問題，同時具備一定的認識客觀世界和改造客觀世界的雙重能力，具有較強的技術應用能力和綜合職業能力的高等技術應用型專門人才[5]。

2 反應小量化

微型化學實驗的主要優越性在于：由于試劑量大大減少，從而較大減少了相關輔助材料、水電的消耗，降低了實驗成本。由于試劑用量大大減少，也使爆炸、燃燒、中毒等事故相應減少，提高了實驗的安全性；由于產生的“三廢”很少，改善了實驗環境條件，減少了對環境的污染。因此，微型化學實驗具有減少污染、安全、節約實驗經費與時間等優點，是高分子化學實驗綠色化的一種重要手段。在高分子化學實驗的教學過程中，我們對大多數實驗進行微型化探索。在保證實驗結果的前提下，嘗試試劑用量由常量到常量的1/2、1/3等為起始原料。實踐證明，試劑減量之后與常量相比合成時間有所縮短，有更多時間用于產品處理，這樣既不影響實驗效果，又充分節約試劑。通過多年的教學實踐，效果很好。針對高分子的特點是分子量大、粘度高的特點，李青山等[6]設計合理的微型裝置，對連鎖聚合、逐步聚合、高分子反應的微型化進行了探索，并得到了初步具體可行性的方法。

3 實驗過程綠色化

從實驗準備、合成到后處理嚴格綠色化措施。為此，我們改建了實驗室，為每個實驗臺建立通風櫥，實驗裝置盡量全封閉化，避免易揮發單體和有機溶劑揮發，比如試用三口燒瓶進行實驗，一般三個孔都連接密閉，一個口插攪拌器，一個插恒壓漏斗，一個插回流冷凝裝置，具體根據不同實驗調整，可以實現“低”排放、“低”污染[7]。

高分子實驗室產生的廢棄物,種類繁多、成分復雜。為此,應根據廢棄物的性質、成分等因素進行分類處理。如廢氣,可通過吸附、吸收、氧化或分解等物理、化學方法處理。一般廢液,采用中和、萃取、化學沉淀等方法進行處理，有毒或含有重金屬的廢液, 則保存到指定的廢液容器里并貼上標簽,定期送交專業機構綜合處理,絕不允許不經處理就直接倒入下水道。這樣不但科學有效的處理了實驗中所產生的廢棄物從而保護了環境,而且又能在廢液的處理過程中培養了學生發現問題、分析問題、并處理問題的能力[8]。

4 實施網絡虛擬與仿真實驗

利用網絡虛擬與仿真實驗進行輔助教學是近年來新興起來的一種實驗教學手段[9]。為此我院專門構建虛擬仿真中心，中心支持云計算、大數據等專業模擬，實現了高分子課程實驗和技能模擬操作，系統在實驗功能之外，還提供強大的大數據存儲、提取、分析能力，對實驗過程結果全自動記錄處理，方便學生分析學習，書寫實驗報告[10]。由于仿真實驗不需要任何實驗試劑和耗材，不僅能夠節省大量的化學試劑，而且把操作過程的原理、目的、方法的技能技巧和基本操作要點形成圖像，具有直觀性、重現性，可調控性、安全性、廉價性等一系列優點[11-13]。

5 結論

高分子化學實驗的綠色化就是以綠色化學的理念和原則來指導實驗工作。通過改變觀念、減少反應的用量、密閉操作及仿真實驗使實驗室的“三廢”排放降低到最低程度，師生的綠色化學和環境保護意識得到強化。

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