綠色化學(xué)在高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐與探索

楊廷海， 牟志剛， 劉維橋， 尚通明

（江蘇理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 常州 213001）

化學(xué)是一門重要的自然科學(xué)，它對人類生活質(zhì)量的提高有著重要的作用。化學(xué)的蓬勃發(fā)展在不斷推動人類進(jìn)步的同時，也給人類生存環(huán)境帶來一些負(fù)面影響?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)化工相關(guān)或相近學(xué)科專業(yè)的基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)涉及學(xué)科專業(yè)門類多，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容覆蓋面大，實(shí)驗(yàn)所需試劑藥品種類多。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中用到大量化學(xué)試劑，包括許多有毒試劑和致癌物，在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生有害氣體會直接影響實(shí)驗(yàn)人員和學(xué)生的身體健康，而排出的廢液和廢渣，若不經(jīng)處理而直接排放到下水道或垃圾箱中，將會污染環(huán)境，直接或間接地危害人類健康。因此，開展該領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)綠色化研究，采取切實(shí)可行的有效措施防止和消除實(shí)驗(yàn)室造成的環(huán)境污染，值得廣大高?；瘜W(xué)工作者關(guān)注和思考。以綠色化學(xué)的原則為指導(dǎo)來開展高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 綠色化學(xué)的概念和內(nèi)涵

1991年，美國化學(xué)會首次提出綠色化學(xué)概念，目前得到世界各界的廣泛響應(yīng)。綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué)［1，2］，是指在制造和應(yīng)用化學(xué)品時，通過化學(xué)的技術(shù)和方法有效利用原料，消除廢物和避免使用有毒、危險的化學(xué)試劑和溶劑，并建立環(huán)境友好的生產(chǎn)工藝，使化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

綠色化學(xué)的核心內(nèi)容是“原子經(jīng)濟(jì)性”，即在獲得新物質(zhì)的過程中充分利用每個原料原子，實(shí)現(xiàn)“零排放”，不僅充分利用資源而且不產(chǎn)生污染。它的目標(biāo)是尋找和研究能充分利用的無毒害原材料，最大程度地節(jié)約能源，在各環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)凈化和無污染的反應(yīng)途徑。

具體內(nèi)涵體現(xiàn)在使用化學(xué)品遵循的五“R”原則上：（1）減量原則（Reduction）：減少原料用量和減少“三廢”排放量；（2）重復(fù)使用原則（Reuse）：這既是減廢的需要，也是降低成本的需要；（3）循環(huán)使用原則（Recycling）：包括回收未反應(yīng)的原料，副產(chǎn)物，回收助溶劑、催化劑、穩(wěn)定劑等非反應(yīng)試劑；（4）再生原則（Regeneration）：再生是變廢為寶、節(jié)省資源能源、減少污染的有效途徑；（5）拒用化學(xué)危害品（Rejection）：在化學(xué)反應(yīng)過程中拒絕使用一些無法替代，又無法回收、再生和重復(fù)使用的藥品原料，這是杜絕污染的最根本辦法?？傊?，綠色化學(xué)要求最大限度地利用原料和最大限度地減少廢物的排放［3］。

2 綠色化學(xué)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中具體措施

如何使高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化是我們需要面對的一個重要課題。近年來，我校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)思想是綠色化學(xué)，提倡綠色化學(xué)教育理念，培養(yǎng)具有綠色環(huán)保能力的高素質(zhì)人才，也是解決環(huán)境問題的根本途徑。以下就在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何實(shí)施綠色化學(xué)提出我們的基本思路。

2.1 培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識

培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識是實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化的最基本保障?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂是向?qū)W生傳授環(huán)保知識的最佳場所，在實(shí)驗(yàn)課上不僅要使學(xué)生掌握各種實(shí)驗(yàn)技能和處理問題的能力，更要強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)保意識，強(qiáng)化學(xué)生對社會高度負(fù)責(zé)的主人翁精神。具備了綠色化學(xué)意識才會產(chǎn)生積極的行為效果［4］。

化學(xué)教師應(yīng)充分了解綠色化學(xué)的有關(guān)知識，利用自己的言行去感染學(xué)生，使其逐漸產(chǎn)生綠色化學(xué)意識。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師必須適時灌輸綠色化學(xué)思想，讓學(xué)生充分理解和接納綠色化學(xué)知識；引導(dǎo)學(xué)生觀察和認(rèn)識生活、生產(chǎn)中的綠色化學(xué)現(xiàn)象，鞏固和加深綠色化學(xué)知識。教師必須采取積極有效的方法和途徑，切實(shí)提高學(xué)生的綠色化學(xué)意識，使學(xué)生在潛移默化中受到良好的綠色化學(xué)教育，培養(yǎng)綠色化學(xué)能力。

2.2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用新的方法與技術(shù)，在能獲取所需化學(xué)實(shí)驗(yàn)信息的前提下，采用“盡可能少劑量實(shí)驗(yàn)”以減少或消除實(shí)驗(yàn)廢物。采用微型化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，不僅可以大大減少試劑用量，縮短實(shí)驗(yàn)時間，降低環(huán)境污染，而且有利于強(qiáng)化學(xué)生的動手操作能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)保意識。對于耗量大、污染重、成本高的化學(xué)試驗(yàn)，開設(shè)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)尤為重要［5］。

2.3 設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)課中，可以開設(shè)一些綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，即將幾部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)為一種綜合性實(shí)驗(yàn)。比如有機(jī)合成的粗產(chǎn)物，在分離提純、精制后，對得到的純產(chǎn)物進(jìn)行物理常數(shù)測定。這樣既可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)時間和原料，還可以通過物理常數(shù)的測定檢查學(xué)生合成的產(chǎn)品的純度和質(zhì)量［6］。

近年來，我們化學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列的改革，把各個孤立的實(shí)驗(yàn)綜合串聯(lián)起來，按照項(xiàng)目對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分類。對同一門課程各個實(shí)驗(yàn)以及各門課程實(shí)驗(yàn)間存在的關(guān)系進(jìn)行研究并加以理順，通過合理安排實(shí)驗(yàn)次序，打破學(xué)科間的壁壘，開展綜合性實(shí)驗(yàn)。通過以上方法，不僅使學(xué)生了解了實(shí)驗(yàn)的多步性和重復(fù)性，加深了對實(shí)驗(yàn)的印象，還可使試劑循環(huán)使用。節(jié)約了成本，又減少實(shí)驗(yàn)污染物的排放，達(dá)到環(huán)保的目的。

2.4 化學(xué)試劑的綠色化

在實(shí)驗(yàn)過程中要盡量使用無毒無害的試劑和溶劑，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綠色化。由于水、超臨界流體既價廉易得又對環(huán)境無害，故應(yīng)盡量選擇。盡量避免有毒有害和揮發(fā)性有機(jī)溶劑的使用，尤其是鹵代烴溶劑的使用。例如：用水作為分散劑的水溶性涂料的制備已成為全世界涂料工業(yè)的新方向，用超臨界二氧化碳代替有機(jī)溶劑作為油漆、涂料的噴霧劑和泡沫塑料的發(fā)泡劑也已經(jīng)取得較大進(jìn)展。

2.5 妥善處理實(shí)驗(yàn)室的三廢

實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境維護(hù)規(guī)范化、制度化，對每次產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣進(jìn)行處理。用過的酸類、堿類、鹽類等各種廢液、廢渣分別倒入各自的回收容器內(nèi)，按照國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。可采取中和、吸收、燃燒、回收循環(huán)利用等方法來處理廢棄物；對于實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生大量有害及腐蝕性的氣體，在通風(fēng)櫥內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，并將尾氣進(jìn)行集中收集，采用吸收、中和等方法集中處理；對于重金屬液一般采用回收的方法進(jìn)行處理。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，是綠色化學(xué)研究的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)無污染目標(biāo)的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的道路曲折而漫長，要真正綠色化，還有很多工作等待人們?nèi)ド钊搿⑷娴靥接?。我們作為高校的教師，有?zé)任和義務(wù)為國家和社會培養(yǎng)更多的具有綠色化學(xué)意識和綠色化學(xué)技術(shù)的高級人才，保持社會持續(xù)穩(wěn)定和發(fā)展。

［1］李健雄.淺談綠色化學(xué)［J］.2013，（1）：75－77.

［2］蔡萬玲.綠色化學(xué)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.2004，23（1）：96－98.

［3］周成勇.樹立綠色化學(xué)觀念改革化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.長治學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（5）：76－79.

［4］張鳳秀，葉霞.綠色化學(xué)在我國化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用［J］.大學(xué)化學(xué)，2010，25（3）：29－34.

［5］朱金苗，童小偉，汪小波.化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綠色化學(xué)［J］.合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，28（3）：104－106.

［6］姜建輝，蔣卉.民族學(xué)生有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革探索［J］.化學(xué)教育，2007，2：38－39.