化學工程與工藝專業綠色化學教學分析

王 宇

（蘭州石化職業技術大學，甘肅蘭州 730060）

1 綠色化學理念的相關概述

1.1 概念

綠色化學是最前沿的理念，綠色化學又被稱為環境無害化學，在這個基礎上創新的技術是綠色化學技術，綠色化學理念包括催化劑綠色化、原料綠色化、溶劑綠色化、產品綠色化等。具體來說：原料綠色化主要體現在可再生資源為原料，或者采用無毒無害、低毒性原料替代高毒原料[1]；綠色催化劑則是從催化劑的角度分析，通過采用高效的催化劑，推動反應進程，提高轉化效率，從本質上消除或者減少有毒物質，以及副產物的產生，真正減少污染，實現環境保護。比如：環境友好型機動車染料可以使用新配方汽油，這樣可以有效減少一氧化碳配方量，進而減少空氣污染程度。由此可以看出科學合理地使用原材料，可以達到節能降耗、預防污染的目的。在綠色化學理念的影響下，化工工藝教學也迎來新一輪的改革。

1.2 發展

綠色化學在我國起步較晚，目前，我國綠色化學高等教育還處于上升階段。我國最早開始研究綠色化學的開拓者是閔恩澤院士、張利娜院士等。目前，很多高校已經開始了相關課程，精品資源、共享課程也相繼推出，但是，綠色化學教育尚沒有貫穿于整個人才培養過程之中，高等院校化工專業人才對綠色化學理念的認識還不夠徹底，綠色化學理念在學生群體中尚沒有得到完全普及。應將綠色化學教育貫穿于專業教育過程之中，使得化工專業人才更具綠色發展理念。

2 化學工程與工藝專業進行綠色化學教育的重要性

化學工程與工藝專業人才是未來我國化學工業建設發展的后備軍，也承擔著化學領域改革、創新、發展的重任，將綠色化學貫穿于人才培養之中，加強綠色化學教學理念，可以幫助學生更加客觀、全面、正確地認識綠色化學的重要性，能夠使學生在日后的學習、生活中可以積極主動地運用綠化化學理念規范自己的行為和思想。

通過綠色化學教育，有助于學生更好地步入工作崗位，能夠強化學生綜合化學能力，學會思考問題時，會從現實情況切入，綜合考慮環境、資源效益，能夠將化學工程與人類發展建立緊密聯系[2]。

化學工程與工藝專業是熱門專業，教學面向化工專業學生，開展綠色化學教育會對學生產生非常積極的影響，將綠色化學內容融入各門課程教學之中，可以有效激發學生學習熱情，豐富化學教學內容，增強學生環境保護意識與創造力。并且綠色化學理念對于環境保護以及人類的可持續發展有著難以替代的重要意義，將這一知識理念貫穿于實踐教學過程中，能夠進一步提高學生的綜合素養。

3 化學工程與工藝專業中綠色化學教育開展的具體對策

3.1 確立綠色化學教學目標

人們生活中會使用到許多化工產品，這些產品給人們的生活提供了很大的便利，但是隨著化工產品需求量的增高，由生產化工產品所造成的污染也就越來越重，為了減少對環境的污染，發展綠色化工勢在必行。江蘇理工學校化學工程與工藝專業為了長三角區域經濟建設和大化工行業發展，一直致力于研究綠色化工技術及其應用，從德、智、體、美等多個方面培養學生，幫助學生掌握綠色化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本理論和技能，以及綠色化工生產工藝過程和設備的基本規律和原理，為綠色化工事業發展提供更多可以從事綠色化工生產控制和管理、化工產品和過程的研究開發、化工裝置與流程的設計等方面的高級技術人才。

3.2 確立系統的綠化化學課程

為了助力綠色化工技術發展，學校專門選擇了高等學校十二五規劃教材綠色化學及中國科學技術大學研究生教材綠色化學，對于部分課程，因為當前并沒有成熟教材，所以在教學過程中，可以使用部分章節穿插的方式。以電化學的學習為例，可以通過綠色電化學合成一書來完成電化學教學。

3.3 加強綠色化學教研聯系與互補

高等院校首先要具備豐富的綠色化學教學資源、教學研究基地等，包括無機污染物分析測試中心、加工技術基地與基礎實驗室等，加強綠色化學教學與科研之間的聯系，能夠有效補充過去綠色化學教學的不足，提升學校教研能力，能夠為學生提供更好的學習、研究條件，幫助學生掌握更多先進的化學理念與綠色技術。

化工學院在教學上使用的是導師制，在學生的學習過程中導師可以幫助學生對自己的學習以及以后的職業生涯進行規劃，因為擔任導師的教師大多為博士或副教授以上，基本上都參與了一定的科研項目，在教學過程中，也會帶領學生參與，幫助學生豐富自己的專業知識。采取導師制的主要目的是希望以此來提高本科生的科研效率，培養出更多的創新型人才。這種教學方式會在大一時讓學生先對科研背景進行了解，大二時會由導師帶領進入實驗室，等到大三和大四學生就會獲得一定的科研成果[3]。

為了符合工程認證的要求，導師還會幫助學生完成化工原理課程設計、綠色化工過程設計的課程大作業設計。導師制的施行對于科研的發展有很大幫助，由此取得的科研成果也可以再用于教學，通過學術講座或者創新性實驗等方式來提高學生在化工方面的認知。可以讓研究方向與課程相關的老師來進行教學工作，也可以將老師的科研成果作為學生的基礎實驗項目或創新實驗項目。將教學與科研相互融合，實現了二者之間的共同進步。

3.4 加強綠色化學實踐教學力度

3.4.1 加強綠色化學實踐操作

由于化工專業工作的特殊性，許多生產過程對于操作都有著較為嚴格的要求。考慮到學生在實習時并不具備較強的操作能力，為了保障生產過程的安全性，對于某些化工生產過程如DCS控制、進卸料、現場開關閥門等，學生都只能參觀學習，不可以動手操作。這種實習方法無法讓學生對現場的實際情況進行了解，對于一些具體設備、裝置以及現場管線等都一無所知。同理，企業為了保障生產過程的安全性和生產效益，也并不熱衷于為學生提供實習場地。在這種情況下，為了讓學生可以進行有效實習，實際參與到生產的各個環節中，自己動手完成各項操作，學校專門成立了“虛擬仿真加可操作生產實習基地”。化學工程系專門成立了化工虛擬仿真實驗室，內設有八十臺計算機、兩臺圖形工作站和兩臺工作站。為了方便學生進行實習還專門購買了三套生產實習仿真軟件，即甲醇工藝3D虛擬現實認識實習仿真軟件、典型化工產3D虛擬現實認識實習仿真軟件和丙烯酸甲酯3D虛擬現實認識實習仿真軟件。

3.4.2 構建綠色化學實習基地

學生需要完成為期三周的生產實習，第一周的實習地點是機房，學生可以在此對三套工藝的DCS控制系統進行操作，通過實踐來對生產工藝進行了解、掌握工藝參數控制以及故障診斷方法、學會如何開停車，學校要在這個過程中完成對學生的安全教育。這種實習方式雖然可以在一定程度上為學生提供幫 助[4]，但是與真正的進廠實習還有一定差距，學校可以聯系三家具有代表性的制藥、石化、精細化工企業，讓學生在這些企業中進行一周的實習活動，實習的主要目的讓學生對化工機器、化工設備及工藝流程進行了解，同時重點關注企業的文化、管理架構、安全控制。因為學生前期已經通過仿真軟件掌握了操作的基本方法，對于生產過程也較為熟悉，后期學校為學生在工程訓練中心安排了一周的實習，學生在這一周時間內可以對100t/a的均苯四甲酸二酐裝置進行實操訓練。先進行虛擬仿真訓練，讓學生具備一定的操作基礎，后期到生產實習基地進行實習時學生就可以動手進行實際操作，提高自己的專業技能。

3.4.3 構建綠色化學課程體系

與其他學科不同，化學學科的許多課程都需要通過實驗的方式來學習，化學工程與工藝專業也具有豐富的實驗課程，包括綠色有機化學實驗、綠色無機化學實驗、物理化學實驗、分析化學實驗、化工專業實驗、化工原理實驗等。為了降低實驗過程可能對環境造成的污染，在進行實驗時要嚴格遵守綠色化學十二條規則，避免因為實驗產生污染物，危害環境以及實驗人員，實驗所使用的原料也要保證不會對人體健康和環境造成危害，盡量使用綠色無害、能耗較低的催化劑，當產品到達一定使用期限時，能夠對其進行分解。在所有實驗中只有綠色有機化學實驗和綠色無機化學實驗可以直接開始，除此以外的其他實驗在開展時都應使用“微型化、串聯循環實驗”。串聯實驗就是盡可能地將所有實驗進行串聯，使用某次實驗的產物作為下次實驗的原料使用，這種方法可以降低實驗過程的藥品用量、降低污染、提高實驗效率以及實驗的安全性。

在化學工程與工藝專業課程中要完全滲透綠色化學知識，確保在整個教學中學生能夠將學習到的知識與環保問題、能源問題相聯系。這就要求教師在教學中更有針對性，要有的放矢地融入綠色化學知識。比如：在“合成氨”內容的講解中，教師可以融入綠色化學發展方向介紹，在此基礎上指導學生進行綠色化學反應操作：通過減少中間過程，提高反應速率，減少污染物的排放。還可以采用環境友好型催化劑，比如TiO2，通過這樣一系列的綠色操作，達到降低能耗、提高反應效率、減少污染的目的，這也正是綠色化學教育的目的所在，通過切實的實踐操作，以及綠化知識的講解，使學生能夠將綠色化學理念融入思維之中，再借由綠色化學的先進性、趣味性，激發學生的學習熱情，促使學生能夠更加積極主動地投入綠色化學研究之中。

3.4.4 重視綠色化學實驗教學

以往一個實驗室所能進行的實驗十分單一，使用串聯實驗法可以將全部實驗室融合，形成一個化學化工實驗室，將每次實驗結束產生的產品或者廢液統一保存，用作下次實驗的溶劑或者原料。化學實驗可以提高學生的化學綜合能力、實踐操作能力等，將綠色化學理念融入化學實驗之中，可以強化學生對綠色化學的直觀認識，同時促進學生觀察能力、分析能力、問題解決能力。在化學實驗之中還可能會涉及一些有毒、有害物質，因此，實踐教學力求使用最少的實驗藥品獲得最佳的實驗效果，最大限度減少廢棄物，并且學校與教師要積極開發綠色制備技術，通過這些技術提高實驗效率，減少污染物排放，同時激發學生的實驗興趣，強化學生環境保護意識。

3.4.4.1 引入新技術、新方法

專業教師要充分認識到綠色化學教育的重要性，在化學實驗或者相關教學研究中要引導學生，盡量少使用試劑，通過科學、有效的方法，達到環保的目的，另外，要積極引入新技術、新方法、新實驗思想，這是常規實驗改革發展的必然結果，是一種思維方向，是化學實驗改革和發展的動力之一，是綠色過程工程思想在化學實驗中的具體體現。

3.4.4.2 規范操作，避免浪費、污染

實驗中要求學生要按照實驗規章流程進行操作，避免由于操作不當帶來的污染和浪費，避免有害污染物泄漏，養成了這樣的規范，學生未來從事相關崗位和工作時，才能夠更好地落實綠色化學理念。比如：美國墨西哥灣的原油泄漏事件、印度坦帕爾的毒氣污染事故，還有國內一些工廠爆炸事故等都是因為相關人員操作不規范，對相關規則不夠了解造成的。因此，在實驗操作中，教師必須要嚴格要求學生按照流程進行，這對于學生未來學習發展大有裨益。化學工業作為國民經濟的重要支柱，越來越凸顯它的重要性。

例如，學生在進行綠色有機化學實驗蒸餾和沸點的測定時會生成蒸餾酒精，可以將其保存留作后續實驗用乙醇。有機實驗后成分復雜的有機混合液作為專業實驗精餾的原料，2～3人實驗組在進行實驗之前要先對原料的成分進行分析，計算出原料的相對揮發度，綜合考量一系列因素以后再制定實驗方案，并將方案交給指導老師審核，審核通過后開展實驗。串聯實驗不僅節約了藥品，還培養了學生的團隊協作能力。雖然已經盡量保證了實驗過程的綠色化，但是在實驗過程中還是可能會產生一些無法處理的“三廢”，這些產物對于化工專業來說沒有絲毫用處，但卻可以用作環境工程專業的實驗原料，他們可以用這些廢物來進行創新性實驗，這樣不僅處理了廢物，還為其他專業的同學提供了幫助，培養了學生的跨領域知識融通 能力。

經過十多年的研究和探索，綠色過程工程可作為實驗化學家開發和評估一個生產過程、一條合成路線、一個化合物是不是綠色的指導方針和標準。綠色過程工程的教學是高校每一位教師的責任，也是社會每個人義不容辭的責任。在理工科高校建立綠色過程工程與綠色化學教學體系，將其基本原理、科學思想、綠色化學技術及工藝、綠色過程設備等內容融入化學和過程工程類專業的課程體系中，深入地滲透到每個學生的頭腦中，將會極大促進理工科大學的教學改革，為世界的“綠色增長”做出貢獻。

4 結語

綠色化學理念在我國起步晚，近些年，綠色化學理念在我國各大高校化學工程教育領域中已經得到了應用，取得了很大成效，但同時，綠色化學教育在我國還處于發展階段，想要真正將綠色化學理念滲透到化學工程的各個環節之中，真正將綠色化學理念刻入學生腦海，還有很長一段路要走。從幾個方面對此進行了分析，首先對綠色化學理念相關內容進行了分析，之后分析了綠色化學教育的意義，最后提出了在化學工程與工藝專業中綠色化學教育的相關策略，旨在更好地促進我國高素質化學人才培養以及相關教育的推進。