以“綠色化學(xué)”為主題的新型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探索與實(shí)踐

黃宏妙 張強(qiáng) 郭占京 盧澄生

[摘 要] 以綠色化學(xué)的“5R”原則為指導(dǎo)，在教學(xué)實(shí)踐中通過對(duì)學(xué)生教育、改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)室廢棄物處理等三方面來考慮和解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的污染問題，減少實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染。經(jīng)過實(shí)踐，初步構(gòu)建了以綠色化學(xué)為指導(dǎo)，對(duì)環(huán)境無顯著毒副作用的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

[關(guān)鍵詞] 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室;綠色化學(xué);改革

[基金項(xiàng)目] 2018年度廣西中醫(yī)藥大學(xué)青年骨干教師培養(yǎng)（04B1805820）;2019年度廣西中醫(yī)藥大學(xué)教改課題（2019A001，2019A020）

[作者簡(jiǎn)介] 黃宏妙（1980—），女，廣西玉林人，化學(xué)工程碩士，廣西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院副教授，主要從事高?；瘜W(xué)理論與教學(xué)研究;郭占? ? ? 京（1979—），男，河北保定人，化學(xué)工程博士生，廣西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院副教授（通信作者），主要從事高校有機(jī)化學(xué)理論與? ? ? 教學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）34-0373-02 ? ?[收稿日期] 2019-10-16

我校的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課和理論課一樣，是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)，通過有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，一方面是驗(yàn)證，把理論的東西，再回到實(shí)踐來，使學(xué)生獲得感性知識(shí)，進(jìn)一步理解、掌握有機(jī)化學(xué)的原理、物質(zhì)的制備和性質(zhì)等;另一方面，通過實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生觀察、思維、獨(dú)立操作以及分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，為學(xué)生打下良好的工作基礎(chǔ)。我校的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)全院藥學(xué)生及部分醫(yī)學(xué)生開設(shè)有機(jī)實(shí)驗(yàn)，如何順應(yīng)社會(huì)發(fā)展實(shí)行實(shí)驗(yàn)室綠色化，我校的設(shè)想是構(gòu)造污染物零排放的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，既防止排放的物質(zhì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也可最大限度防止生成的有毒有害對(duì)學(xué)生的人身安全造成損害。

一、構(gòu)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的必要性

化學(xué)作為一門注重理論和實(shí)踐高度關(guān)聯(lián)的學(xué)科，雖然實(shí)驗(yàn)室可以讓學(xué)生全面提高這兩項(xiàng)綜合素質(zhì)，但是任何化學(xué)實(shí)驗(yàn)都會(huì)伴隨著產(chǎn)物和副產(chǎn)品的生成，高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)更加常見，既容易對(duì)學(xué)生的人身安全形成威脅，若不合理處治這類產(chǎn)物，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。目前我國(guó)境內(nèi)的大量高校不注重對(duì)實(shí)驗(yàn)室有毒有害物質(zhì)進(jìn)行處理，隨意排放后產(chǎn)生環(huán)境的安全威脅，此外近些年化學(xué)專業(yè)的報(bào)考比例穩(wěn)步提高，學(xué)生數(shù)量增加后，實(shí)驗(yàn)室的使用頻率必然上升，后果就是環(huán)境污染型生成物的總量上升，造成的環(huán)境污染更為嚴(yán)重。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)目的就是最大限度消除這類污染物質(zhì)，通過對(duì)于有毒有害和具備環(huán)境污染性物質(zhì)的高效全面處理，讓學(xué)生受到的安全威脅降低，同時(shí)也可防止生成的有毒有害氣體、液體和固體形成空氣污染、土壤污染和地下水污染等問題，全面充分確保對(duì)學(xué)校周邊以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行全面保護(hù)[1]。

二、構(gòu)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的途徑

（一）幫助學(xué)生樹立綠色化學(xué)思想，強(qiáng)化學(xué)生操作規(guī)范

綠色化學(xué)思想要讓學(xué)生了解“5R”原則，只有具備這一思想的情況下，才能夠讓學(xué)生具備化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)、綠色化學(xué)意識(shí)和化學(xué)原子經(jīng)濟(jì)意識(shí)。綠色化學(xué)思想意識(shí)的培養(yǎng)中要讓學(xué)生掌握各類新型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，該項(xiàng)工作除了理論講解，教師也要履行職責(zé)，可通過演示等方法加深學(xué)生印象。此外綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具備了室內(nèi)環(huán)境保護(hù)和維持功能，要求教師充分講解所有設(shè)備的操作方法和隱患釀成的后果，要求所有的學(xué)生都能夠正確操作實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備，唯有如此教師才可讓學(xué)生投入到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

我校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)第一節(jié)課，在講解實(shí)驗(yàn)室守則時(shí)，將綠色化學(xué)教育貫徹于實(shí)驗(yàn)室守則中。如守則中明確要求，所有產(chǎn)物必須經(jīng)教師檢查后回收;又如，將大部分實(shí)驗(yàn)更改為微量實(shí)驗(yàn)，減少藥品用量。

（二）精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式

教學(xué)內(nèi)容選擇升級(jí)的前提是教學(xué)質(zhì)量保障與教學(xué)目標(biāo)達(dá)成，而綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)理念成為整個(gè)體系的保障思想，對(duì)實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行改進(jìn)，在綠色化學(xué)原則的指導(dǎo)下盡量減少對(duì)環(huán)境的污染。

1.選擇對(duì)環(huán)境影響小或有毒藥品可被替代的實(shí)驗(yàn)。理論作為所有化學(xué)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)性管理體系，只有在學(xué)生掌握理論的情況下，才需要通過實(shí)驗(yàn)加深印象，考慮到學(xué)生的在知識(shí)驗(yàn)證中出現(xiàn)誤操作的概率提高，所以要盡量選擇對(duì)環(huán)境影響較小且操作更加安全的藥品。替代藥品的選擇前提是能夠獲取同一個(gè)實(shí)驗(yàn)成果，同時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作流程方面和被替代的藥品使用相似，才能夠通過實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生知識(shí)掌握水平。此外要嚴(yán)格分析生成“三廢”的處理難度，在學(xué)生經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)后，甚至可讓其討論替代的藥品，不但創(chuàng)建了綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，也讓學(xué)生可將知識(shí)活學(xué)活用。如本校在熔點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，原來一直使用濃硫酸作為浴液。濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性，當(dāng)沾染雜質(zhì)時(shí)易變黑，影響熔點(diǎn)觀測(cè)，故濃硫酸變黑后只能更換，更換下來的濃硫酸對(duì)環(huán)境污染大，后續(xù)處理困難。在綠色化學(xué)原則的指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)階段的熔點(diǎn)浴液全部更換為甲基硅油。甲基硅油具有卓越的耐熱性，能夠作為測(cè)熔點(diǎn)的熱載體，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐氧化穩(wěn)定性和耐候性好，故在使用過程中只需添加損耗的甲基硅油即可，無須頻繁更換。

2.改用儀器實(shí)驗(yàn)代替常規(guī)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重依賴試劑和溶液，而在當(dāng)前開發(fā)的多種新型實(shí)驗(yàn)儀器操作中，可變更這一現(xiàn)狀，大幅降低了對(duì)試劑的使用量。比如傳統(tǒng)的熔點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)要消耗大量濃硫酸（約50ml/人）及測(cè)試樣品。在綠色化學(xué)原則的指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)階段采用微量熔點(diǎn)測(cè)定儀進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，僅消耗樣品（2mg/人），不消耗試劑。這一方法在降低實(shí)驗(yàn)成本的同時(shí)，縮短了檢測(cè)時(shí)間和消耗的能源總量，并大幅降低環(huán)境污染，同時(shí)，使用儀器分析順應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，為學(xué)生就業(yè)提供了新的技能。

3.制作多媒體實(shí)驗(yàn)。某些實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求學(xué)生掌握，但是實(shí)驗(yàn)生成物毒性較大、預(yù)防措施作用有限或者“三廢”難以處理時(shí)，則可考慮不讓學(xué)生參與到具體的實(shí)驗(yàn)中，而是通過使用多媒體設(shè)備讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)方法等內(nèi)容。如本校根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將部分專業(yè)的有機(jī)化合物鑒別實(shí)驗(yàn)，性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)調(diào)整為演示授課，讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，既可以讓學(xué)生看到相關(guān)化合物的鑒別過程，又減少了試劑消耗及廢棄物排出。

4.開展半微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。一些實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生必須掌握，但是不但本身具備較高危險(xiǎn)性，同時(shí)由于消耗的藥品較多，且生成物難以處理，不符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行原則，這類實(shí)驗(yàn)課考慮使用“半衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)技術(shù)”降低污染物生成量，并降低實(shí)驗(yàn)中的能耗和藥品成本。這一方法的指導(dǎo)思想是大幅降低實(shí)驗(yàn)藥品的使用量，通常情況下是原有使用量的1/3到1/2，同時(shí)要求學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)原理和知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵后，自主或半自主分析對(duì)于其余反應(yīng)物的投入量，并研究實(shí)驗(yàn)條件是否也要被優(yōu)化和改變。作用方法上來看，這一實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)思想并非對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品的簡(jiǎn)單減半，而是要同時(shí)考慮多個(gè)因素，既能夠降低實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)副產(chǎn)物的生成量，產(chǎn)物毒性處理和控制工作難度也適當(dāng)下降，同時(shí)符合綠色節(jié)能原則?？梢哉f這一原則的落實(shí)中，能夠全面深度滿足綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)建設(shè)目的，深度符合我國(guó)提出的各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)要求[2]。

（三）實(shí)驗(yàn)室廢棄物的處理

廢棄物的處理綜合處理辦法體系包括分類收集、回收利用、合理存儲(chǔ)等多種方式，同時(shí)一些所謂“廢棄試劑”可被回收使用。如熔點(diǎn)測(cè)定污染的大量濃硫酸，我們可以嘗試使用硝酸鉀消色，也可以嘗試以被污染的濃硫酸為合成試劑進(jìn)行合成反應(yīng)，增加合成實(shí)驗(yàn)的操作難度。通過這種形式，讓學(xué)生自主或半自主參與到廢棄物處理制度的制定方法與發(fā)展原則，讓學(xué)生可以更好總結(jié)對(duì)于各類廢棄物的處理方法，讓學(xué)生的實(shí)踐能力獲得自主性提高，為其后續(xù)的學(xué)習(xí)、發(fā)展以及就業(yè)過程夯實(shí)基礎(chǔ)，使學(xué)生切身感受目前化學(xué)工業(yè)的發(fā)展路徑與“5R”精神的使用方法與獲取的成效。

三、結(jié)語

高校綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是環(huán)保要求、師生安全保障、高校實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本降低等多方面要求的統(tǒng)一實(shí)施路徑，所以對(duì)其的建設(shè)有很高的必要性，建設(shè)過程要采用不同手段減少污染物的產(chǎn)生，主動(dòng)地減少和消除實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)污染，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色化改革是勢(shì)在必行的。為了順應(yīng)時(shí)代要求，盡量達(dá)到綠色化學(xué)倡導(dǎo)的零污染或零排放，本校經(jīng)過實(shí)踐，初步構(gòu)建了以綠色化學(xué)為指導(dǎo)，對(duì)環(huán)境無顯著毒副作用的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

參考文獻(xiàn)

[1]孫宏.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中綠色化學(xué)教育的實(shí)踐[J].高師理科學(xué)刊，2008，28（3）：28-29.

[2]杜群.高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室綠色化建設(shè)研究[J].硅谷，2013（2）：133.