以綠色化學(xué)為導(dǎo)向的高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

陳福山，張立明

(九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江 332005)

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)，原則上是用化學(xué)的或物理生物的技術(shù)和方法來減少甚至消除那些對(duì)人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑等的使用及其產(chǎn)物、副產(chǎn)物產(chǎn)生。綠色化學(xué)的最終目的在于不再使用有毒、有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)方法[1]。隨著世界綠色化的浪潮，高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該充分利用自己的學(xué)科優(yōu)勢，大力貫徹綠色化學(xué)思想，積極實(shí)施和推廣實(shí)驗(yàn)綠色化，以此為原則，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作，使實(shí)驗(yàn)室的“三廢”排放降低到最低程度，即使產(chǎn)生也得到妥善的處理，實(shí)驗(yàn)室的安全性和環(huán)境質(zhì)量得到提升，師生的健康得到有效保護(hù)，綠色化學(xué)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)得到強(qiáng)化[2]。

1 轉(zhuǎn)變觀念，將綠色化學(xué)的理念引入高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》綠色化教育大眾化的背景下，本科教育的主要目標(biāo)是更新知識(shí)、傳授技藝、提高學(xué)習(xí)者解決實(shí)際問題的能力，充分挖掘和引導(dǎo)學(xué)習(xí)者潛在的需求，使之成為現(xiàn)實(shí)層面上的市場和社會(huì)發(fā)展需求[3]。所以高校要在不斷的實(shí)踐探究中通過教育思想、教育觀念的更新轉(zhuǎn)換，在教學(xué)過程中注重課程的實(shí)用性，同時(shí)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，使學(xué)生在理論和實(shí)踐的結(jié)合中，更能發(fā)揮潛力，獲得成功。綠色化技術(shù)是我國在高分子化學(xué)工業(yè)過程工業(yè)資源利用升級(jí)換代的關(guān)鍵共性問題，運(yùn)用環(huán)境優(yōu)先的綠色過程工程理論和方法，研究開發(fā)資源(原料資源、能源資源)高效、清潔、循環(huán)利用的新理論、新過程和原創(chuàng)性替代技術(shù)，形成行業(yè)清潔生產(chǎn)新技術(shù)，引領(lǐng)我國高分子化學(xué)工業(yè)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展具有十分重要的意義[4]。

高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為高分子材料及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課， 主要涵蓋聚合物合成、大分子反應(yīng)、聚合物結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)學(xué)科，注重培養(yǎng)學(xué)生理性思維和動(dòng)手能力的科學(xué)，同時(shí)也是《聚合物合成工藝》《聚合物工程》等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)學(xué)科。教師不僅要熟悉綠色化學(xué)，還有熟悉《聚合物合成工藝》《聚合物工程》，這樣，在教學(xué)中才能有的放矢，切中學(xué)科要害、學(xué)科前沿、生產(chǎn)實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生理解可持續(xù)發(fā)展觀念，樹立綠色理念，形成知識(shí)面寬，對(duì)高分子科學(xué)技術(shù)、聚合物生產(chǎn)發(fā)展的新方向有敏銳的洞察力，培養(yǎng)能將發(fā)現(xiàn)的一般自然規(guī)律，能夠解決復(fù)雜的工程技術(shù)問題，同時(shí)具備一定的認(rèn)識(shí)客觀世界和改造客觀世界的雙重能力，具有較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用能力和綜合職業(yè)能力的高等技術(shù)應(yīng)用型專門人才[5]。

2 反應(yīng)小量化

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要優(yōu)越性在于：由于試劑量大大減少，從而較大減少了相關(guān)輔助材料、水電的消耗，降低了實(shí)驗(yàn)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(yīng)減少，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性；由于產(chǎn)生的“三廢”很少，改善了實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件，減少了對(duì)環(huán)境的污染。因此，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有減少污染、安全、節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)與時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，是高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的一種重要手段。在高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，我們對(duì)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化探索。在保證實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)踐證明，試劑減量之后與常量相比合成時(shí)間有所縮短，有更多時(shí)間用于產(chǎn)品處理，這樣既不影響實(shí)驗(yàn)效果，又充分節(jié)約試劑。通過多年的教學(xué)實(shí)踐，效果很好。針對(duì)高分子的特點(diǎn)是分子量大、粘度高的特點(diǎn)，李青山等[6]設(shè)計(jì)合理的微型裝置，對(duì)連鎖聚合、逐步聚合、高分子反應(yīng)的微型化進(jìn)行了探索，并得到了初步具體可行性的方法。

3 實(shí)驗(yàn)過程綠色化

從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、合成到后處理嚴(yán)格綠色化措施。為此，我們改建了實(shí)驗(yàn)室，為每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)建立通風(fēng)櫥，實(shí)驗(yàn)裝置盡量全封閉化，避免易揮發(fā)單體和有機(jī)溶劑揮發(fā)，比如試用三口燒瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一般三個(gè)孔都連接密閉，一個(gè)口插攪拌器，一個(gè)插恒壓漏斗，一個(gè)插回流冷凝裝置，具體根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)“低”排放、“低”污染[7]。

高分子實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢棄物,種類繁多、成分復(fù)雜。為此,應(yīng)根據(jù)廢棄物的性質(zhì)、成分等因素進(jìn)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(xué)方法處理。一般廢液,采用中和、萃取、化學(xué)沉淀等方法進(jìn)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(biāo)簽,定期送交專業(yè)機(jī)構(gòu)綜合處理,絕不允許不經(jīng)處理就直接倒入下水道。這樣不但科學(xué)有效的處理了實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的廢棄物從而保護(hù)了環(huán)境,而且又能在廢液的處理過程中培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、并處理問題的能力[8]。

4 實(shí)施網(wǎng)絡(luò)虛擬與仿真實(shí)驗(yàn)

利用網(wǎng)絡(luò)虛擬與仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助教學(xué)是近年來新興起來的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段[9]。為此我院專門構(gòu)建虛擬仿真中心，中心支持云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等專業(yè)模擬，實(shí)現(xiàn)了高分子課程實(shí)驗(yàn)和技能模擬操作，系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)功能之外，還提供強(qiáng)大的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、提取、分析能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程結(jié)果全自動(dòng)記錄處理，方便學(xué)生分析學(xué)習(xí)，書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告[10]。由于仿真實(shí)驗(yàn)不需要任何實(shí)驗(yàn)試劑和耗材，不僅能夠節(jié)省大量的化學(xué)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(diǎn)形成圖像，具有直觀性、重現(xiàn)性，可調(diào)控性、安全性、廉價(jià)性等一系列優(yōu)點(diǎn)[11-13]。

5 結(jié)論

高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化就是以綠色化學(xué)的理念和原則來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作。通過改變觀念、減少反應(yīng)的用量、密閉操作及仿真實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)室的“三廢”排放降低到最低程度，師生的綠色化學(xué)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)得到強(qiáng)化。

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