綠色化學(xué)與綠色化學(xué)教育

尹永奎+李瑩+張海峰

[摘 要]綠色化學(xué)屬于高層級(jí)化學(xué)，同時(shí)也是創(chuàng)造性思想的體現(xiàn)。綠色化學(xué)是環(huán)境友好化的過程，其主要研究目的在于通過一個(gè)基本方法使某產(chǎn)品或過程的本質(zhì)發(fā)生改變，降低其對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的不良影響，從源頭上解決污染。這對(duì)于可持續(xù)發(fā)展而言非常重要。文章主要分析綠色化學(xué)的概念、原則、研究內(nèi)容以及方向，并提出了綠色化學(xué)教育實(shí)施的方法與意義。

[關(guān)鍵詞]綠色化學(xué)；綠色化學(xué)教育；研究動(dòng)態(tài)

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.15.022

國際化學(xué)研究的前沿內(nèi)容即綠色化學(xué)，該研究主題受到世界各國的廣泛關(guān)注?；瘜W(xué)不僅能夠?yàn)槿藗兩钐峁┍Ｕ?，還可以保護(hù)自然環(huán)境，使化學(xué)工業(yè)處于有利競爭地位?；瘜W(xué)知識(shí)以及研究成果的應(yīng)用為人們?nèi)粘Ｉ顜砀Ｒ簦谝?、食、住、行上均得到了有效?yīng)用。但是，伴隨化學(xué)品的生產(chǎn)和應(yīng)用，在一定程度上破壞了生態(tài)環(huán)境，污水、廢物、煙塵等給人們身體健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重威脅，應(yīng)引起廣泛關(guān)注。對(duì)于此，我們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到綠色化學(xué)的重要意義和價(jià)值，這也將作為素質(zhì)教育的重要內(nèi)容之一。

1 綠色化學(xué)的概念與原則

1.1 概念

綠色化學(xué)是指基本原則為原子經(jīng)濟(jì)性的化學(xué)過程和化學(xué)反應(yīng)，即在化學(xué)反應(yīng)中對(duì)每個(gè)參與反應(yīng)的原料因子進(jìn)行充分利用，在獲得新物質(zhì)的同時(shí)確保零排放，使資源得到充分利用，且不會(huì)造成環(huán)境污染問題。同時(shí)通過無毒害的催化劑、助劑以及溶劑等，生產(chǎn)出對(duì)人體健康、環(huán)境保護(hù)有積極作用的環(huán)境友好型化學(xué)產(chǎn)品。綠色化學(xué)的核心是通過化學(xué)原理使污染在源頭上得到消除。綠色化學(xué)與環(huán)境化學(xué)之間存在差異，環(huán)境化學(xué)作為一門科學(xué)，其主要研究對(duì)象是污染物，研究內(nèi)容包括污染物存在形式、分布特點(diǎn)、遷移與運(yùn)行、對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響等。綠色化學(xué)是從開始階段就通過化學(xué)原理預(yù)防污染，這也是其最大特點(diǎn)，所以綠色化學(xué)的過程及其終端才能夠?qū)崿F(xiàn)零污染與零排放。綠色化學(xué)又被稱為環(huán)境友好化學(xué)、環(huán)境無害化學(xué)、清潔化學(xué)，針對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞的反應(yīng)，綠色化學(xué)將通過新環(huán)境友好反應(yīng)將其取代。

1.2 原則

綠色化學(xué)的應(yīng)用需要遵循一定原則，只有遵循應(yīng)用原則才能將綠色化學(xué)的實(shí)際意義充分發(fā)揮出來。綠色化學(xué)應(yīng)用原則概括起來主要包括以下內(nèi)容：第一，從廢物產(chǎn)生上進(jìn)行預(yù)防，避免產(chǎn)生之后再進(jìn)行處理。第二，化學(xué)反應(yīng)應(yīng)盡量控制能量消耗，以經(jīng)濟(jì)條件和生態(tài)環(huán)境可接受為準(zhǔn)。第三，化學(xué)反應(yīng)中盡量避免分離試劑、溶劑等輔助性物質(zhì)的應(yīng)用，若有涉及應(yīng)選擇無毒的輔助性物質(zhì)。第四，化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不僅要將原功能保持，還應(yīng)盡量減少毒性或做到無毒。第五，化學(xué)反應(yīng)所涉及的物質(zhì)應(yīng)盡量減少毒性甚至做到無毒，避免給人體健康和生態(tài)環(huán)境造成影響。第六，在最終產(chǎn)物中嵌入、并入所有起始物質(zhì)是合成方法設(shè)計(jì)的重中之重。第七，化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將產(chǎn)品本身性質(zhì)考慮在內(nèi)，當(dāng)其功能發(fā)揮之后不能在環(huán)境中滯留，應(yīng)降解成為無毒、無害的產(chǎn)物。第八，針對(duì)衍生中一些不必要的過程應(yīng)盡量避免，如臨時(shí)修改化學(xué)過程、物理過程等。第九，盡量選擇具備高選擇性的催化劑，而非依靠反應(yīng)物配料比的提高。第十，如果經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件允許應(yīng)使用可再生原材料。第十一，深入研究并開發(fā)綠色化學(xué)的分析方法，使其實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免有害物質(zhì)產(chǎn)生。第十二，化學(xué)過程中涉及的物質(zhì)應(yīng)盡量避免著火、爆炸等危險(xiǎn)事件的存在。

2 綠色化學(xué)的研究內(nèi)容和方向

2.1 研究內(nèi)容

通常情況下，化學(xué)反應(yīng)容易受以下幾方面因素影響：第一，起始物或原料性質(zhì)。第二，合成路線或試劑特點(diǎn)。第三，反應(yīng)條件。第四，目標(biāo)分子或產(chǎn)物性質(zhì)。這一系列因素之間存在著密切聯(lián)系，在一定條件下可產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，所以這些方面也是綠色化學(xué)的主要研究內(nèi)容。

綠色化學(xué)研究內(nèi)容的重點(diǎn)在于：第一，重新設(shè)計(jì)化合物，保證人體健康和生態(tài)環(huán)境，這也是研究綠色化學(xué)的重要內(nèi)容。第二，探索更安全、更新、更利于環(huán)境友好的生產(chǎn)工藝與合成路線，這部分內(nèi)容的研究可以從起始化合物以及原料的變換、新試劑引入上著手。第三，不斷改善并突破化學(xué)反應(yīng)條件，使其對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的危害降低，廢棄物排放減少。綠色化學(xué)追求更安全的理念，不僅體現(xiàn)在人體健康方面，還體現(xiàn)在整個(gè)生命周期影響下的動(dòng)物、植物等方面。在考慮直接影響的同時(shí)，不能忽視代謝物毒性等間接影響。

2.2 研究方向

綠色化學(xué)以原料、溶劑、化學(xué)反應(yīng)、催化劑、產(chǎn)品為中心展開研究，主要包括以下方面：第一，對(duì)綠色反應(yīng)進(jìn)行開發(fā)，使原子利用率得到提升。第二，選用無毒害原料。第三，在催化劑選擇上應(yīng)注意無毒害。第四，在溶劑選擇上應(yīng)注意其無毒、無害。第五，發(fā)展綠色工藝技術(shù)。第六，開發(fā)綠色產(chǎn)品。

3 綠色化學(xué)教育實(shí)施的方法和意義

3.1 實(shí)施方法

首先，通過化學(xué)知識(shí)滲透綠色化學(xué)意識(shí)。綠色化學(xué)的相關(guān)教育是中學(xué)化學(xué)教育工作的重點(diǎn)內(nèi)容。由于中學(xué)化學(xué)課程中包括了化工生產(chǎn)相關(guān)知識(shí)，這是滲透綠色化學(xué)意識(shí)的素材，在傳授知識(shí)過程中可通過實(shí)例講解、對(duì)比的方式逐漸滲透給學(xué)生，使學(xué)生建立綠色化學(xué)意識(shí)。例如：可通過三個(gè)途徑固定氮：一是人工化學(xué)固定；二是苜蓿與豆科植物根部瘤菌固定；三是閃電固定。其中人工化學(xué)固定的方式工藝復(fù)雜且能源消耗較高，生產(chǎn)過程會(huì)影響環(huán)境。而植物根部瘤菌固定的方式不僅不會(huì)造成能源消耗，還不需要機(jī)械設(shè)備等，同時(shí)不會(huì)污染環(huán)境，此種固定氮的方法體現(xiàn)了綠色化學(xué)。其次，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)滲透綠色化學(xué)意識(shí)。在綠色化學(xué)應(yīng)用原則中要求化學(xué)過程中涉及的物質(zhì)應(yīng)盡量避免著火、爆炸等危險(xiǎn)事件的存在。這可以在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到體現(xiàn)，進(jìn)而引起學(xué)生思考。例如：在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，藥品取用應(yīng)定量化，部分藥品的取用需要通過微型化操作或取最小量；在氫氣、乙烯、甲烷等物質(zhì)點(diǎn)燃之前應(yīng)先檢驗(yàn)其純度；在銀氨溶液配置過程中，應(yīng)做到隨配隨用，不能長時(shí)間放置等；稀釋濃硫酸過程中應(yīng)謹(jǐn)防其爆沸等。最后，通過社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中滲透綠色化學(xué)意識(shí)?；瘜W(xué)教育除具備知識(shí)性特點(diǎn)之外，還具備社會(huì)性、開放性特點(diǎn)，因此可由學(xué)校組織，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入造紙廠進(jìn)行參觀，對(duì)其污水排放給環(huán)境帶來的影響進(jìn)行深入了解，讓學(xué)生在參觀過程中親身體驗(yàn)到綠色化學(xué)的重要意義，豐富學(xué)生感受，增強(qiáng)學(xué)生意識(shí)。

3.2 實(shí)施意義

伴隨著環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重，人們對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注程度也隨之提升。在化學(xué)工業(yè)方面，人們提出了諸多質(zhì)疑，懷疑化學(xué)的科學(xué)性。人們認(rèn)為環(huán)境污染嚴(yán)重的根本原因是化學(xué)。對(duì)于此，化學(xué)研究者除堅(jiān)信化學(xué)屬于中心科學(xué)之外，還應(yīng)做好宣傳工作。首先，應(yīng)面向?qū)W生進(jìn)行宣傳，將化學(xué)在人們生活質(zhì)量提升、身體健康、社會(huì)發(fā)展等方面的積極影響介紹給學(xué)生，并宣傳化學(xué)在科學(xué)技術(shù)中的關(guān)鍵性地位。其次，在化學(xué)研究方面應(yīng)做好反思工作，積極總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并努力改進(jìn)和完善，以綠色化學(xué)應(yīng)用的基本原則為依據(jù)，對(duì)合成路線進(jìn)行深入研究，對(duì)生產(chǎn)工藝和技術(shù)進(jìn)行認(rèn)真檢討，探索出新反應(yīng)條件，使原子合成路線得到突破，開發(fā)并生產(chǎn)出更新、更安全的化學(xué)物，讓化學(xué)工業(yè)成為綠色工業(yè)。為社會(huì)發(fā)展提供更多、更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)材料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好。

4 結(jié) 論

綠色化學(xué)不僅是一種思想，也是一個(gè)方針、政策，是科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代社會(huì)之間存在聯(lián)系的體現(xiàn)。就化學(xué)本身來說，綠色化學(xué)是化學(xué)研究的新階段，應(yīng)將綠色化學(xué)的思想和理念深入到教育工作中，使學(xué)生們充分認(rèn)識(shí)綠色化學(xué)，形成綠色意識(shí)，不斷發(fā)掘和培養(yǎng)學(xué)生在綠色化學(xué)研究方面的能力，使其將來有能力為化學(xué)研究貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)：

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