化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化的探索與實(shí)踐

陳 敏，盧其明，羅志剛

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)a. 公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心;b. 理學(xué)院，廣東 廣州510642)

0 引 言

美國于1991 年提出了“綠色化學(xué)”的口號，各個(gè)國家也逐漸意識到綠色化學(xué)的發(fā)展首先要從大學(xué)的化學(xué)教學(xué)著手，國內(nèi)外相當(dāng)多的大學(xué)已經(jīng)開設(shè)了綠色化學(xué)這門課程，個(gè)別大學(xué)甚至已有招收綠色化學(xué)的碩士甚至博士研究生［1］。所謂的“綠色化學(xué)”，主要是運(yùn)用化學(xué)方法和技術(shù)來減少或降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和產(chǎn)品在運(yùn)用過程中有害化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)生，使所設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出來的產(chǎn)品對環(huán)境無害，是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)［2］。綠色化學(xué)為大學(xué)化學(xué)教育提出了新的要求。

綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)將是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方向。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏钣行У亟档突瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)污染，而不是污染后被動地再進(jìn)行污染的治理，“末端治理”會大幅度地增加經(jīng)濟(jì)成本，不僅效果不好，給大學(xué)增加負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響學(xué)校的發(fā)展。因此增強(qiáng)師生的環(huán)保意識，優(yōu)選化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容［3-6］，優(yōu)選化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案［7-10］，改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器［9，11-12］及實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生廢棄物的妥善處理將是建設(shè)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的有效途徑。

化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)必須在滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要的同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)綠色化，只有將兩者結(jié)合起來，才能滿足時(shí)代的要求。所以從2008 年開始，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)行面向全校師生的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生可以通過本中心的開放實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約登記，負(fù)責(zé)開放實(shí)驗(yàn)的教師收到學(xué)生的預(yù)約實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況進(jìn)行受理，對學(xué)生所預(yù)約的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行篩選，對于涉及到有毒有害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)裝置等建議學(xué)生進(jìn)行改進(jìn)，以求從源頭上盡量減少污染，逐步實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。本文結(jié)合作者多年在綠色開放化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中的嘗試，從優(yōu)選化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、優(yōu)選化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案、優(yōu)選實(shí)驗(yàn)儀器及廢棄物的回收與處理等方面，談?wù)勔恍w會。

1 優(yōu)選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室的目的主要是在填補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)不足的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。學(xué)生可根據(jù)自己的專業(yè)要求及興趣在網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師在受理學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)的過程中，需充分考慮試劑和產(chǎn)物的毒性及整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的廢棄物等情況，盡量減少對人身有危害和環(huán)境污染大、毒性強(qiáng)、或者后處理困難的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵學(xué)生做一些對環(huán)境無污染、友好型的綜合性、設(shè)計(jì)性、探究性或者結(jié)合教師科研的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

一般從下面9 個(gè)方面引導(dǎo)參與開放實(shí)驗(yàn)的學(xué)生優(yōu)選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:①引導(dǎo)學(xué)生將一些比較簡單的合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)，如將乙酸正丁酯的簡單合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成一個(gè)綜合性的研究性實(shí)驗(yàn)。②鼓勵學(xué)生結(jié)合自己的日常生活，設(shè)計(jì)出一些貼近日常生活的探究性實(shí)驗(yàn)，如大學(xué)校園里有很多種類的鮮花，讓學(xué)生將自己喜歡的鮮花制作成酸堿試紙，并與一些酸堿指示劑進(jìn)行對比;或者日常食物中摻假物的鑒別，如牛奶中摻假豆?jié){的鑒別，葡萄酒真假的鑒別等;或者對日常生活環(huán)境中的一些環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行檢測，如平時(shí)飲用的水質(zhì)檢測，大氣中二氧化硫檢測、水中溶解氧的測定等。③本校的期刊網(wǎng)查閱科技文獻(xiàn)非常方便，所以鼓勵學(xué)生查閱科技文獻(xiàn)，有時(shí)可以參考科技文獻(xiàn)上的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，如參照科技論文上介紹的在用過氧化氫氧化環(huán)己烯制備己二酸時(shí)改用Na2WO4·2H2O 做催化劑來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。④引導(dǎo)學(xué)生對一些生活廢棄物進(jìn)行廢物重新利用實(shí)驗(yàn)，如生活中的廢舊干電池，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，把其中的銅、鋅、二氧化錳、氯化銨和炭棒等物質(zhì)提取出來，重新利用;如工業(yè)包裝及快餐業(yè)中廣泛使用的廢聚苯乙烯泡沫塑料在自然環(huán)境中很難降解，造成環(huán)境的“白色污染”，引導(dǎo)學(xué)生利用無毒、無公害的溶劑將廢聚苯乙烯泡沫塑料溶解制得高膠黏液，然后向其中加入遮蓋劑和助劑，經(jīng)研磨后可以制成無毒的涂改液等。⑤鼓勵學(xué)生把平時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中所收集的或已經(jīng)經(jīng)過預(yù)先處理的廢棄物如含銀廢液設(shè)計(jì)為開放實(shí)驗(yàn)室課題，讓學(xué)生開展從含銀廢液中把銀提取出來。⑥鼓勵學(xué)生參與到教師科研的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，如結(jié)合教師長期從事的微生物農(nóng)藥的篩選［13-16］，并對篩選到具有農(nóng)用活性的微生物進(jìn)行液體發(fā)酵，提取活性物質(zhì)進(jìn)行分離及結(jié)構(gòu)鑒定［17］。⑦學(xué)生可以自帶校級大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目或本中心的植物生物學(xué)國家級示范教學(xué)中心設(shè)立的研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目到開放實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。⑧引導(dǎo)學(xué)生開展被稱為“化學(xué)實(shí)驗(yàn)革命”的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，具體是對一些常規(guī)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與探索，用盡量少的試劑來獲得盡可能豐富的化學(xué)信息和目標(biāo)，這種微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是近20 年來發(fā)展較快的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)新方法和新技術(shù)，已經(jīng)成為國際化學(xué)教育發(fā)展的重要方向。⑨引導(dǎo)學(xué)生引進(jìn)一些綠色化新技術(shù)，如在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引進(jìn)微波輻射、固相微萃取等新方法、新技術(shù)，探索實(shí)驗(yàn)規(guī)律，優(yōu)化反應(yīng)條件，在降低實(shí)驗(yàn)室污染，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，讓學(xué)生了解相關(guān)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)方法，可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，同時(shí)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室的綠色化。

2 優(yōu)選實(shí)驗(yàn)方案

優(yōu)選實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的具體情況及近幾年的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放教學(xué)實(shí)踐，主要通過以下幾個(gè)方面對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 更改實(shí)驗(yàn)內(nèi)容減少實(shí)驗(yàn)室污染

確定了學(xué)生可以做實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目后，對于一些涉及有毒、有害試劑的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，必須引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行一些改進(jìn)，用一些低毒性的試劑來代替有毒、有害的試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如在安息香綜合反應(yīng)中要用到劇毒物氰化物作為催化劑，引導(dǎo)學(xué)生改用鹽酸硫胺素做催化劑，并對操作過程進(jìn)行一些改進(jìn)，合成的效果也很好;如在“己二酸的制備”實(shí)驗(yàn)中，以前常用環(huán)己醇為原料，以硝酸作為氧化劑，改以環(huán)己烯為原料，雙氧水為氧化劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不錯，還可以避免原來合成過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物一氧化氮的污染;在做陽離子的沉淀實(shí)驗(yàn)中，用硫化乙酰胺代替有毒氣體硫化氫;在電解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用硫酸鈉代替氯化鈉可以避免有毒氣體氯氣的產(chǎn)生;在甲基化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，致癌試劑硫酸二甲酯可用碳酸二甲酯來代替;在羰基化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用碳酸二甲酯代替光氣進(jìn)行反應(yīng);合成鄰、對硝基酚及酚酞類化合物時(shí)，不使用有毒的苯做原料，而使用酚類化合物，酚類的水溶性較大，可以在反應(yīng)廢液中加入漂白粉，使酚類氧化分解，然后再進(jìn)行后續(xù)處理。

2.2 開展微型實(shí)驗(yàn)降低實(shí)驗(yàn)室污染

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究的著眼點(diǎn)在于環(huán)境保護(hù)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全的，微型實(shí)驗(yàn)具有現(xiàn)象明顯、操作快速簡便、節(jié)省能源、減少污染等優(yōu)點(diǎn)。本室根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)實(shí)際，借鑒其他高校開展微型實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把大部分的定性實(shí)驗(yàn)如陽離子和陰離子的分離等實(shí)驗(yàn)改為微型實(shí)驗(yàn)，不斷探索開展微型實(shí)驗(yàn)的條件，實(shí)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)的微型化，降低了實(shí)驗(yàn)室污染程度。把微型實(shí)驗(yàn)作為綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)是恰當(dāng)?shù)?，它在培養(yǎng)和提高人的科學(xué)素質(zhì)上發(fā)揮著不可估量的作用。但是微型化實(shí)驗(yàn)所用儀器裝置和操作方法都與常規(guī)實(shí)驗(yàn)有較大差別，某些實(shí)驗(yàn)中甚至是完全不同的，學(xué)生學(xué)到一些處理微量樣品的特殊方法和技巧，卻并不能完全覆蓋常量實(shí)驗(yàn)的基本操作技能，故微型化實(shí)驗(yàn)方法只能作為提高性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不適合于大比例的推廣。

2.3 引進(jìn)綠色化新技術(shù)控制實(shí)驗(yàn)室污染

近年來，一些近代的新方法能實(shí)現(xiàn)綠色化并具有與經(jīng)典方法相比更多的優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引進(jìn)一些新的實(shí)驗(yàn)方法及新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，探索實(shí)驗(yàn)規(guī)律，優(yōu)化反應(yīng)條件，目的在于降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)室污染，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

(1) 使用大吸附樹脂提取和純化?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中使用有機(jī)溶劑來提取及純化化學(xué)物質(zhì)(或活性成分)是很普遍的，鑒于用有機(jī)溶劑的液-液提取方法需要大量互不相容的溶劑，萃取過程中由于相分離不完全而產(chǎn)生乳化現(xiàn)象［18］，定量分析回收率低［19］，萃取時(shí)間長，消耗溶劑量大［20］等缺陷，本室嘗試了很多種取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑提取的綠色化學(xué)方法。如用大孔吸附樹脂代替有機(jī)溶劑的液液提取方法，對一些活性成分進(jìn)行提取，大孔吸附樹脂已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于具生物活性物質(zhì)的分離和純化［21-24］，相對于經(jīng)典的有機(jī)溶劑液液提取方法，大孔吸附樹脂具有的低消耗、高效率、高選擇性、后續(xù)處理簡單并且可再生等優(yōu)勢，其在農(nóng)藥、生化藥物的分離純化以及中成藥的制備等方面［25-28］的應(yīng)用越來越廣泛。本實(shí)驗(yàn)室用大孔吸附樹脂提取和純化具農(nóng)用活性物質(zhì)方面做了大量的研究。如本室選用了4 種不同極性的大孔吸附樹脂(S-8，NKA-II，AB-8 和HP-20)，用活性跟蹤的方法對一株鏈霉菌發(fā)酵液的除草活性物質(zhì)進(jìn)行提取研究，結(jié)果表明:AB-8 樹脂對鏈霉菌發(fā)酵液除草活性物質(zhì)的靜態(tài)吸附量可達(dá)到樹脂體積的7 倍以上，并且所吸附的除草活性物質(zhì)較易被洗脫劑乙醇水溶液解吸出來，用2 到3 倍樹脂體積的80%乙醇水溶液則可以把吸附的除草活性物質(zhì)全部從樹脂中解吸出來［15］。這個(gè)實(shí)驗(yàn)節(jié)省大量的有機(jī)溶劑，克服了液液萃取過程中溶劑揮發(fā)對環(huán)境的污染，并且樹脂再生后可以繼續(xù)使用，即節(jié)能又環(huán)保。

(2) 超聲波法。加熱快速、受熱均勻、容易操作、用量少、產(chǎn)物質(zhì)量較純，后續(xù)處理方便等優(yōu)勢，從而在我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也得到廣泛應(yīng)用。本室也選用超聲波法對鏈霉菌發(fā)酵液的除草活性物質(zhì)進(jìn)行提取研究，與液液萃取相比，超聲波法只用了三分之一的溶劑，而提取的活性物質(zhì)的量為有機(jī)溶劑液液提取量的兩倍，同時(shí)還節(jié)省了大量的時(shí)間和能源。

(3) 使用可回收利用的固相催化劑新技術(shù)。如乙酸乙酯的合成實(shí)驗(yàn)中，把原來用的常規(guī)法改為固相催化劑法，不僅能降低乙酸與乙醇反應(yīng)的時(shí)間，也阻止了濃硫酸對環(huán)境的污染，而所使用的強(qiáng)酸型陽離子樹脂可以回收利用。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法更符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)中化學(xué)試劑使用的基本原則，即用量少、可重復(fù)使用、可回收、可再生等。

(4) 微波作為一種新型能量形式。用于許多化學(xué)反應(yīng)，特別是在有效化學(xué)物質(zhì)提取方面更是得到了廣泛的應(yīng)用，微波促進(jìn)的反應(yīng)具有操作簡單方便、節(jié)時(shí)節(jié)能、提取率高、提取物后續(xù)處理簡單、溶劑用量少等優(yōu)點(diǎn)。在化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)中引入微波技術(shù)，本室用微波輔助提取藥用植物一點(diǎn)紅的抗氧化活性物質(zhì)，得到的最佳工藝條件為料液比1:20 g/mL，乙醇濃度60%，微波萃取功率為400 W，微波輻射時(shí)間為3 min，此條件下其活性物質(zhì)的提取率為9.90%。合理地采用微波輻射技術(shù)進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化工作的重要組成部分，具有重要的開發(fā)前景，目前已經(jīng)涉及到化學(xué)的各個(gè)方面并成功地應(yīng)用于很多類型的化學(xué)反應(yīng)，成為化學(xué)反應(yīng)研究的熱點(diǎn)之一［29］。

(5) 固相微萃取( SPME) 。是一種無溶劑萃取技術(shù)，它集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體，與傳統(tǒng)的液液萃取和固相萃取相比，其不再使用大量有毒的有機(jī)溶劑及復(fù)雜裝置，并能較方便地與氣相色譜聯(lián)用而得到廣泛的應(yīng)用。我校大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目——固相微萃取吸附水中有機(jī)污染物的研究，該研究項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)選用了苯酚、硝基苯和苯胺三種典型有機(jī)污染物作為目標(biāo)化合物進(jìn)行研究，初步研究結(jié)果表明取代基不同的苯的衍生物的電吸附改變量不一樣，正極化條件下對苯酚的吸附萃取較好，而負(fù)極化條件下對苯胺的吸附萃取效果較佳，正負(fù)極化條件下對硝基苯的影響沒有差別，因?yàn)橛袡C(jī)污染物的分子極性及在溶液中的狀態(tài)受其分子結(jié)構(gòu)的影響的。固相微萃取技術(shù)已成功地應(yīng)用于氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物及無機(jī)物的分析。

3 優(yōu)選實(shí)驗(yàn)儀器

化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要大量的實(shí)驗(yàn)儀器，有些傳統(tǒng)的儀器不太環(huán)保，需要進(jìn)行一些改進(jìn)。

(1) 設(shè)計(jì)封閉裝置代替敞口的反應(yīng)裝置。在合成甲基橙的反應(yīng)中，以前常使用燒杯，可用帶吸收裝置的三口燒瓶裝置代替燒杯合成甲基橙，可防止有害氮氧化物廢氣的排放。在用排水集氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)中，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)上部相通但下部從中間隔開的雙孔反應(yīng)器，在實(shí)驗(yàn)過程中，可以把兩種反應(yīng)物分別移入反應(yīng)器的兩個(gè)孔中，待所需的實(shí)驗(yàn)裝置安裝完畢后，用手輕輕搖動反應(yīng)器使已加入到反應(yīng)器兩個(gè)孔里的化學(xué)試劑相互混合，進(jìn)行相關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，減少因氣體的揮發(fā)對環(huán)境產(chǎn)生污染，這個(gè)儀器適合于液液反應(yīng)或液固反應(yīng)。在液體飽和蒸氣壓的測定實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)儀器漏氣是一個(gè)比較突出的問題，為了解決漏氣問題，我們把冷凝管和蒸餾瓶做成連體，而連接溫度計(jì)的管口設(shè)計(jì)得比溫度計(jì)的直徑稍大一點(diǎn)點(diǎn)，然后用一小段硅膠管把溫度計(jì)和蒸餾瓶連接起來，這樣改裝后的實(shí)驗(yàn)裝置的密閉性比較好，儀器不再漏氣;同時(shí)用數(shù)字式溫度壓力計(jì)替代傳統(tǒng)的U 形水銀壓力計(jì)測定大氣壓，可以減少水銀可能引進(jìn)的慢性中毒及水銀壓力計(jì)讀數(shù)不準(zhǔn)的缺陷，經(jīng)過這兩方面的改進(jìn)，此實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，并且綠色環(huán)保。

(2) 用簡單節(jié)能的實(shí)驗(yàn)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀

器。索式萃取的設(shè)備簡單、操作簡便，且其造價(jià)低，體積小，索式萃取是直接對萃取劑進(jìn)行加熱，從根本上保證了能量的快速傳導(dǎo)和充分利用，萃取劑是在索式萃取器中循環(huán)利用的，這既減少了溶劑用量，又縮短了操作時(shí)間，大大降低了能耗，所以在對植物有效成分的提取中，經(jīng)常用索氏提取器代替的蒸餾裝置。對于提取后需要進(jìn)一步蒸餾或濃縮的實(shí)驗(yàn)就可以利用減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀代替原來的蒸餾裝置，由于其旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的作用力能有效抑制樣品的沸騰，液體樣品和蒸發(fā)瓶間的向心力和摩擦力的作用，液體樣品在蒸發(fā)瓶內(nèi)表面形成一層液體薄膜，受熱面積增大，使減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀可以在較低的溫度使溶液揮發(fā)，能溫和又快速地對樣品進(jìn)行蒸餾，如果在冷凝管的頂部再加冰，速度更快，同時(shí)又可以減少因試劑揮發(fā)到空氣中而污染環(huán)境，并且收集到的試劑可以回收再利用，節(jié)能又環(huán)保。

4 化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物綠色處理

盡管采取了上面所提及的很多種減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)室污染的措施并大大地降低了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室污染的程度和不必要的浪費(fèi)，但是化學(xué)實(shí)驗(yàn)總是多多少少伴隨有氣體、液體或固體產(chǎn)物即“三廢”的產(chǎn)生。開放化學(xué)實(shí)驗(yàn)室所產(chǎn)生的污染物的品種較多，數(shù)量較少，但不確定度高并且不便于集中處理等特點(diǎn)，這些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物中有些可能是有毒或有害物質(zhì)，必須進(jìn)行必要的處理。

(1) 廢氣。目前主要的處理方法是通過通風(fēng)櫥、通風(fēng)罩、換氣扇等排放到空氣中，經(jīng)空氣稀釋后降低濃度。對于量較大的廢氣，主要采取吸收法，在廢氣排放前進(jìn)行凈化，如SO2、H2S 等常見廢氣直接用氫氧化鈉溶液吸收轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì);對于實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的有毒害的廢氣，則需要采用專用的氣體吸收裝置來吸收，也可以集中收集后再進(jìn)行集中處理。

(2) 廢液。先分別收集，再分別進(jìn)行進(jìn)一步處理。如氰化物溶液先用FeSO4溶液進(jìn)行處理，再加NaClO讓其進(jìn)一步分解;對含汞鹽廢液先調(diào)節(jié)其酸堿度，調(diào)pH 8 ～10，再加入過量Na2S 使其生成硫化汞沉淀，加入共沉淀劑FeSO4，使其生成的硫化鐵而共沉淀;對于常用的廢有機(jī)溶劑如CH2Cl2、CH3CHCl2、石油醚、乙醚等進(jìn)行重新蒸餾后可以循環(huán)使用;對于無法回收利用的廢液如正溴丁烷和正丁醚等則收集到廢液桶內(nèi)，學(xué)期結(jié)束后送到學(xué)校設(shè)備處進(jìn)行專門處理。

(3) 廢渣。主要是采取循環(huán)使用，或與教師的課題相結(jié)合，或與學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合進(jìn)行處理;對于無法回收利用的有毒廢渣，要求學(xué)生放入指定的廢品回收瓶，加入水泥，等固化后深埋于地下指定地點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)過程經(jīng)常用到水銀溫度計(jì)，對于水銀溫度計(jì)損壞泄漏出的汞，先用滴管仔細(xì)地收集到固定的回收瓶并用水封住，蓋緊，待積累后用硫磺進(jìn)行反應(yīng)處理;而對地上的少量無法收集的汞即時(shí)用硫磺進(jìn)行處理。

5 結(jié) 語

通過近幾年來的探索實(shí)踐證明，以綠色化學(xué)思想為指導(dǎo)，將綠色化學(xué)教育滲透于化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過優(yōu)選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、優(yōu)選實(shí)驗(yàn)方案，優(yōu)選實(shí)驗(yàn)裝置，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的污染降到最低，這種做法實(shí)踐證明有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神及綠色化學(xué)意識?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的綠色開放，既能滿足學(xué)生到化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)、搞科研的熱情，又能在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和環(huán)保意識的同時(shí)保證指導(dǎo)教師和參加化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)生的人身安全。

對于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的綠色開放，我們才邁出了第一步，下一步將實(shí)現(xiàn)強(qiáng)-強(qiáng)聯(lián)合，可將微波輻射和微型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，微波輻射與無溶劑反應(yīng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，微型實(shí)驗(yàn)和無溶劑反應(yīng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，或?qū)⑷N方法相結(jié)合，探索新現(xiàn)象，總結(jié)新規(guī)律，優(yōu)選出最佳組合實(shí)驗(yàn)方式和實(shí)驗(yàn)條件，同時(shí)發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)優(yōu)勢，制作多媒體化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件并運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，更好地發(fā)展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

［1］ 張康華，曹小華，謝寶華. 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與綠色化學(xué)教育［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(5):123-125，139.

［3］ 廖曉寧，曹小華，嚴(yán) 平，等. 催化合成乙酸正丁酯的實(shí)驗(yàn)研究［J］. 江西化工，2005(1):101-105.

［4］ Sato K，Aoki M，Noyori R. A green route to adipic acid:direct oxidation cyclohexenes with 30 percent hydr- ogen peroxide［J］.Science，1998(281):1646-1647.

［5］ 那大成，楊 蕾. 過氧化尿素的制備［J］. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008(3):73-74.

［6］ 曹小華，徐常龍，張康華，等. 推薦一個(gè)設(shè)計(jì)性綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)［J］. 大學(xué)化學(xué)，2010，25(3):62-66.

［7］ 洪麗雅. 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的“綠色化”實(shí)踐［J］. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27(8):158-159.

［8］ 陳寧寧. 開放實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理［J］. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，23(7):102-104.

［9］ 任玉杰. 綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［10］ 徐 飛，李生英，張 梅，等. 大學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中“三廢”的綠色化處理［J］. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008(2):170-172.

［11］ 陳 敏，黃 鶴. 基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)［J］. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008(3):160-161.

［12］ 楊國玉，徐翠蓮. 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)的改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010，13(4):26-28.

［13］ Chen M，Zhou J R，Li C Y，et al. Isolation，identification and bioactivity of allelochemicals of Streptomyces sp. strain 6803［J］.Allelopathy Journal. 2009，23(2):411-424.

［14］ Li C Y，Chen M，Shao C L，et al. trans-Tetraaquabis(nicotinamide-kN)-cadmium(II)biphenyl-4，4’-disulfonate［J］.Acta Crystallographica. 2008. E64，m424.

［15］ Chen M，Xie L J，Zhou J R，el al. Collection，purification and structure elucidation of allelochimcals of Streptomyces sp. 6803［J］.Allelopathy Journal，2010，24(1):93-105.

［16］ 陳 敏，謝麗君，李春遠(yuǎn)，等.鏈霉菌4301 菌株的抑菌活性與液體發(fā)酵的優(yōu)化［J］. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，30(2):15-19.

［17］ 陳 敏，藍(lán)錦福，馮敏妍，等. 鏈霉菌4301 菌株抑菌活性物質(zhì)的分離與結(jié)構(gòu)鑒定［J］. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，30(3):21-25.

［18］ Ghosh A C，Mathur R K，Dutta N N. Extraction and purification of cephalosporin antibiotics［J］. Advanced Biochemical Engineering Biotechnology，1997，56:111-145.

［19］ Payne G F，Payne N N，Ninomiya Y，et al. Adsorption of nonpolar solutes onto neutral polymeric sorbents［J］. Separatation Science Technology，1989，24:457-465.

［20］ Casey J T，Walsh P K，Oshea D G. Characterisation of adsorbent resins for the recovery of geldanamycin from fermentation broth［J］.Separation and Purification Technology，2007，53:281-288.

［21］ Jiang X Y，Zhou J H，Zhou C S. Study on adsorption and separation of naringin with macroporous resin［J］. Frontier Chemistry in China，2006(1):77-81.

［22］ Fu B Q，Liu J，Li H，et al. The application of macroporous resins in the separation of licorice flavonoids and glycyrrhizic acid［J］.Journal of Chromatography A，2005，1089:8-24.

［23］ Fu Y J，Zu Y G，Liu W，et al. Preparative separation of vitexin and isovitexin from pigeonpea extracts with macroporous resins［J］.Journal of Chromatography A，2007，1139:206-213.

［24］ Liu X M，Xiao G S，Chen W D. Quantification，purification of Mulberry anthocyanins with macroporous resins［J］. Journal of Biomedical and Biotechnology，2004(5):326-331.

［25］ Ribeiro M，Ribeiro I. Modelling the adsorption kinetics of erythromycin onto neutral and anionic resins［J］. Bioprocess Biosystems Engineering，2003，26(1):49-55.

［26］ 高 芬，盧賽飛，王夢亮. 鏈霉菌182-2 抗菌活性物質(zhì)的分離及抑菌特性的初步研究［J］. 植物保護(hù)，2012，38(1):71-75.

［27］ Yu H W，Wu J C，Cinng C B. Enhanced activity and enantioselectivity of Candida rugosa lipase immobilized on macroporous adsorptive resins for ibuprofen resolution ［J］.Biotechnol Lett，2004，26(8):629-633.

［28］ 劉祝祥，李銘剛，李 勇，等. Amberchrom TM 161C 與Amberl ite XAD-16 在微生物發(fā)酵產(chǎn)物預(yù)處理過程中的比較研究［J］. 中國抗生素雜志，2003，28(9):572-575.

［29］ 孫 莉，王海濱，強(qiáng)根榮. 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化建設(shè)的探索［J］. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25(8):178-180.