創(chuàng)建綠色化學實驗室的途徑及方法探究

白志明

(甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院 化學與環(huán)境工程系,甘肅 天水 741025)

現(xiàn)今全球環(huán)境污染問題日益嚴重，化學工業(yè)的發(fā)展是一個重要原因，它為人們帶來了驚訝的同時，也帶來了令人煩惱的環(huán)境污染問題，因此，在治理環(huán)境污染的進程中，化學工作者對此負有不可推卸的責任.除大型工礦企業(yè)污染之外，每天數(shù)以萬計的高校、中學有大批學生在做各種各樣的化學實驗，其中許多學校排放的廢物很少處理.雖然每次排放量不算大，但這種“聚沙成塔”的污染成分復雜.累計效應實在不可輕視.隨著綠色化學日益深入人心,高校的化學實驗室作為不可忽視的污染源,成為了環(huán)境威脅的一個重要方面.因此,創(chuàng)建高校綠色化學實驗室勢在必行.

1 化學實驗室的污染特點

化學是一門中心科學，這門科學離不開實驗，實驗是化學理論產(chǎn)生的基礎，化學的規(guī)律和成果建立在實驗基礎上，化學實驗也是檢驗化學理論正確與否的唯一標準.

(1)污染物質濃度大而集中，如無機酸、堿幾乎是每個實驗室所必需的，這些東西不加處理直接排放，會腐蝕下水管道，污染附近土壤;(2)種類較多，不像工廠那樣單一;(3)有機實驗室揮發(fā)性、有毒性物質多.

2 建立綠色化學實驗室的必要性

很多發(fā)達國家大學化學系都非常重視三廢處理問題，一般設置了由教授負責的處理本系三廢的領導班子.處理費用投入也較大，而我國在這方面相對滯后.因此改變傳統(tǒng)的實驗設置和模式是相當必要的.目前綠色化學已成為當前化學研究的熱點和前沿，而且是21世紀化學發(fā)展的重要方向之一.它為人類解決化學工業(yè)對環(huán)境的污染，實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展提供了有效的手段.綠色化學要求通過一系列的原理與方法來降低或除去化學產(chǎn)品設計、制造與應用中有害物質使用與產(chǎn)生，使設計的化學產(chǎn)品或過程對環(huán)境更加友好.也就是說我們要從源頭上控制污染，設計無污染的化學工藝，而不是等到污染之后再去治理.要實現(xiàn)這一過程，首先要從實驗室開始，才能過渡到工業(yè)生產(chǎn).因此，化學實驗實現(xiàn)綠色化是化學實驗教學發(fā)展的必然趨勢，以綠色化學的原則為指導，開展教學實驗的綠色化革新是必要的，構建綠色化學實驗室也是迫在眉捷.

3 實現(xiàn)化學實驗室綠色化的途徑

綠色化學實驗室是以綠色化學為指導，對環(huán)境無顯著毒副作用的實驗室.綠色化學實驗的目標和任務是主動地減少和消除實驗室的化學污染，而不是被動地治理污染，這與綠色化學倡導的零污染或零排放理念是一致的.要達到綠色化學實驗的目標，我認為應從以下幾方面著手.

3.1 培養(yǎng)教師的綠色理念

高素質的學生需要高素質的教師來培養(yǎng).老師要樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念,把綠色化學貫穿于化學教育之中，在實驗態(tài)度上要養(yǎng)成嚴謹、認真、客觀、從容的品質.老師不僅要系統(tǒng)地學習綠色化學的理論知識,還要學習綠色化學技術的最新研究成果和發(fā)展方向,以及與之相關的學科知識.要組織學生充分利用各種宣傳工具和媒體宣傳綠色化學實驗;開放實驗室開展綠色化學實驗研究;結合專業(yè)課程學習,撰寫學術論文;在畢業(yè)設計和課程設計中按綠色化學要求進行教學改革實踐;組織老師、專家、學者結合教學、科研,進行經(jīng)常性的學術報告會,讓綠色化學融入人才培養(yǎng)的全過程.只有老師有了綠色理念,才能在實驗過程中逐漸培養(yǎng)學生的綠色理念.

3.2 把以劇毒物質為主的實驗進行刪除和改進

在編寫教材時我們要大刀闊斧地刪除那些毒性大、危險性大，三廢處理困難的實驗項目，無疑符合綠色化學之要求.如無機實驗中含氰電鍍，As2O3的性質.NO2的性質和制備，Cl2的氧化性，砷酸鹽的性質等實驗.從北京師范大學等高校無機化學教研室主編的“無機化學實驗”第三版的改進上體現(xiàn)了出來，它刪除了第二版中相關內容.又在有機化學實驗，可用“肉桂酸”實驗代替“喹啉”實驗，避開了苯胺、硝基等有毒致癌試劑，可用“溴乙烷”實驗代替“溴苯”實驗，避開了笨、溴等對空氣污染大的試劑，減少對環(huán)境的污染，同時也降低了低值易耗品的費用；對于合成硝基酚，雙酚A及酚酞類化合物，由于反應不可能完全，酚類在水中的溶解度較大，這些廢液中所含的酚類都是超標的，可以加入漂白粉煮一下，以使酚類氧化分解后再倒掉，這個方法也適用于苯胺類化合物.

3.3 發(fā)展微型化學實驗，減少環(huán)境污染

微型化學操作技術是以盡可能少的試劑來獲取所需的化學信息的實驗方法.其試劑用量為對應常規(guī)實驗數(shù)的十分之一至千分之一.開展微型化學實驗有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，增強環(huán)境意識.其優(yōu)越性有如下幾點:

(1)微型化學實驗，特別是微型制備方法，并非常規(guī)化學實驗的簡單縮小，其中相當一部分是近代科研方法的模擬(在近期大量文獻中，有機合成多是毫摩爾級的).它將合成與鑒定融為一體，利用紅外、色譜、核磁共振等現(xiàn)代儀器對實驗制得的少量產(chǎn)物進行組成與結構的測試.通過由常量到微型實驗的方法演變，使學生體會到如何利用化學基本原理來重新設計、改造、組合各種儀器裝置，以滿足不同規(guī)格的實驗要求.這個靈活應用知識的過程，對活躍學生的思路，激發(fā)他們的創(chuàng)造力將起到積極的作用.另外，微型制備實驗把合成產(chǎn)物的數(shù)量控制在不超過后續(xù)測試的需用量作為原則.這樣，既滿足實驗所需獲取的化學信息的要求，又大幅度地降低原料試劑的用量，減少化學反應對環(huán)境的污染，其經(jīng)濟效益是顯而易見的.同時，試劑量可使反應時間縮小，一些實驗現(xiàn)象更易觀察，有良好的教學效果.

(2)采用微型化學實驗對教師進行教學內容方法的改革是一個促進，特別是中學化學實驗，由于經(jīng)費緊張，開出的實驗少，有些學校干脆不開實驗，只是教師演示而已.微型化學實驗安全節(jié)省，解除了實驗教師的不少后顧之憂.他們可更放手在采用開放型和探索型的實驗教學方式去因材施教.如對同一實驗項目，可設計幾種不同的原料或幾個不同的用量，由學生選做.改變過去那種實驗內容和實驗要求過于統(tǒng)一的格局，充分地調動學生的學習積極性，使他們在主動探索的氣氛中，做好微型化學實驗.微型化學實驗的儀器、藥劑、滴瓶小巧便攜，為課堂上邊講邊做提供了方便.有的學校在元素與化合物的教學中，每堂結合講解內容做幾個微型實驗從而改變過去敘述性內容教學枯燥乏味的情況，收到較好的效果.微型化學實驗還為開展課余的化學科技活動增添了新的內容和手段.

3.4 實驗室廢棄物的處理

(1)實驗室應設酸槽和廢堿槽，一段時間后，將其進行中和達到規(guī)定的pH值6—9后再排放;(2)貴重的藥品的廢液也要經(jīng)化學處理后再排放;(3)對一些有毒有機難溶物要經(jīng)過蒸餾回收處理后再排放.這些方法能增強學生的環(huán)保意識，使他們知道化學試劑的使用原則，明確即使是點滴量的化學藥品，也能發(fā)生顯著反應，所以不能隨意排放，污染我們賴以生存的地球.

3.5 增加設計性、綜合性實驗，提高科技含量

當今時代，科學技術日新月異的發(fā)展，促進了各學科之間的滲透，學科間的界限也將變的越來越模糊，因此，如何培養(yǎng)學生綜合應用各化學學科的理論知識和實驗技能來解決實際問題的能力，成為一個迫切的課題，是值得我們在校師生關注和思考的.

3.6 建設模擬化學仿真實驗

一般化學實驗都會消耗大量的藥品和產(chǎn)生許多廢棄物,對于那些藥品消耗量大或易爆、操作不易控制或必須使用有毒有害試劑的實驗,采用多媒體進行模擬化學仿真是行之有效的方法之一.如:有機化合物的性質實驗等,注重培養(yǎng)的是學生的觀察能力,而對培養(yǎng)學生動手能力無多大的幫助,且準備這類實驗需耗費大量人力、物力,會造成一定的污染,而實驗效果往往并不理想.如何讓學生既能觀察到實驗中的有趣現(xiàn)象,以驗證理論,又避免浪費和污染,CAI課件就能很好地實現(xiàn)這個目的.由于多媒體化學實驗CAI課件對實驗原理、儀器、藥品和實驗過程做了詳細的描述,并使用視圖、聲音、動圖等效果,讓學生有身臨其境的感覺,故而能使學生在輕松愉快的環(huán)境中學會化學原理和實驗方法,有效地克服實驗帶來的污染和不安全因素.達到了我們教學預期的目的.

世界需要綠色化，人類文明的重要組成部分——科學實驗首先綠色化，對于推動納米科技的發(fā)展，實驗手段和技術改進有極好作用.構建綠色化學實驗室，符合環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為保護環(huán)境盡一份力，我們高校教師和當代大學生有不可推卸的責任.

[1]梁起.“綠色化學”實驗的探索[J].實驗技術與管理,2004,21(1):109-111.

[2]張旭.王益民.馬文權.高等學校綠色化學實驗室措施初探[J].實驗室科學,2006,3(3):55-56.

[3]洪麗雅.高校化學實驗室的建設[J].實驗室研究與探索,2008(7).

[4]張國榮,楊靜,郭麗萍,等.大學綠色化學實驗體系設想[J].高等工程教育研究,2002(6): 81-82.