高校化學實驗中綠色化學的研究

趙麗娜，陸國志

（吉林師范大學 化學學院環(huán)境友好材料制備與應用省部共建教育部重點實驗室，吉林 四平 136000）

綠色化學是21世紀化學學習與教學的新挑戰(zhàn)，是當今國際化學科研的前沿。綠色化學與技術(shù)已成為世界各國政府關(guān)注的最重要的問題與任務之一，已成為國內(nèi)外企業(yè)、政府和學術(shù)界的重要研究與發(fā)展方向。

1 “綠色化學”的概念

隨著環(huán)境污染的加劇和人類對環(huán)境問題的關(guān)心，具有全新理念的“綠色化學”便應運而生[1－3]。綠色化學又稱環(huán)境友好化（environmentally friendly chemistry）、環(huán)境無害化學（environmentally benign chemistry）、清潔化學（clean chemistry），是一門具有明確的社會需求和科學目標的新興交叉學科。從科學觀點看，綠色化學是對傳統(tǒng)化學思維方式的更新和發(fā)展；從環(huán)境觀點看，綠色化學是從源頭上消滅污染；從經(jīng)濟觀點看，綠色化學是合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。

2 化學實驗綠色化的必要性

化學實驗綠色化，是21世紀大學化學實驗課程改革的重點方向和嶄新課題。大學實驗綠色化研究一直是國內(nèi)外關(guān)注的實驗教學研究課題之一[4]。近年來，許多高校都在積極探索，并取得了明顯的成效。以綠色化為理念構(gòu)建大學實驗化學新體制，是針對我國高等院校實驗教學中普遍存在的環(huán)境污染問題開展的研究，針對性強，科學、合理、系統(tǒng)，目標明確，體現(xiàn)了環(huán)境保護和綠色化學的要求[5]。綠色化學教育已成為現(xiàn)階段我國化學教育的重要組成部分，通過研究與實踐，對實驗室常見廢棄物進行處理，減少化學實驗產(chǎn)生的污染，實現(xiàn)實驗過程的綠色化和環(huán)境的保護，實現(xiàn)學生環(huán)境保護和綠色化的自覺意識以及綜合素質(zhì)的提高。

3 導致高校化學實驗室污染環(huán)境的原因

3.1 資金投入和認識程度不夠

不少高校由于實驗教學資金投入不足，經(jīng)費只能勉強用于購買實驗藥品，更沒有直接處理實驗廢棄物的設備和能力，因而對污染的防治顯得無能為力[6－7]。另一方面，有些學校對環(huán)保認識不到位，只知道強調(diào)教學質(zhì)量，實驗室缺乏科學的管理，如藥品的管理、學生實驗操作的管理，部分實驗室人員的環(huán)保意識十分薄弱，甚至認為實驗室產(chǎn)生的這點污染對環(huán)境來說算不了什么。在這些錯誤觀念下，許多實驗室出現(xiàn)把化學廢物直接倒入下水道、垃圾桶，氣體廢物直接用通風櫥排入大氣等隨意排放化學廢棄物的現(xiàn)象，而許多學生在實驗中更是沒有相關(guān)的環(huán)保意識，操作中違規(guī)的現(xiàn)象普遍存在，亂倒廢液，亂丟雜物。

3.2 實驗內(nèi)容不合理

實驗教材的內(nèi)容、實驗題目的設計及實驗操作過程等不盡合理，造成污染的可能。很多高校還一直沿用十幾年前的實驗教材，實驗內(nèi)容一成不變，缺乏創(chuàng)新，一些化學實驗教材只要求學生懂得實驗目的、實驗步驟和實驗結(jié)果，對于實驗可能帶來的環(huán)境污染以及如何避免污染則只字未提，缺乏環(huán)保意識和人文關(guān)懷，不利于學生的全面發(fā)展。

3.3 缺少專門的化學廢棄物回收處理的理論指導

化學廢棄物種類紛繁復雜，其收集流程工作十分繁瑣，我國至今還沒有出版此類書籍。因此，建議有關(guān)從事化學教學及科研工作的學者，能出版一些有關(guān)化學實驗室污染治理方面的書籍，以便參照使用，更好地進行環(huán)境保護。

4 實現(xiàn)高校實驗室綠色化的途徑

4.1 樹立綠色化理念，提高環(huán)保意識

在實驗教學上，需經(jīng)常教育學生、感染學生，增強學生的環(huán)境意識[8－9]。綠色化學教育，以綠色觀念體系為指導來認識化學科學，營造綠色氛圍，規(guī)范人們行為，最終達到高校化學綠色化的目的。同時樹立綠色意識要認識到，化學正在經(jīng)歷從傳統(tǒng)化學轉(zhuǎn)變到綠色化學，綠色化學不僅是科研戰(zhàn)線的任務，在整個化學領(lǐng)域都要實現(xiàn)從傳統(tǒng)化學到綠色化學的轉(zhuǎn)變，化學教育戰(zhàn)線承擔著普及、宣傳、教育、研究的重要任務。

4.2 加大投入，完善設施

要降低實驗室中所產(chǎn)生的廢棄物對環(huán)境的不良影響，適當?shù)耐度氡夭豢缮佟Ｈ缭谕L管道的出風口加裝氣體處理裝置，在各實驗室統(tǒng)一設立廢液、固體廢棄物的分類系統(tǒng)，并定期由學校相關(guān)部門統(tǒng)一收集處理，甚至可以在校內(nèi)建立廢水處理系統(tǒng)，一方面可以保證校內(nèi)產(chǎn)生的污水得到適當?shù)膬艋赃_到環(huán)保法規(guī)的標準，另一方面可以作為學生的教學基地，更好地在學生中開展環(huán)保教育。

4.3 實驗內(nèi)容綠色化

現(xiàn)行實驗教材應根據(jù)教學內(nèi)容，依據(jù)綠色化學原理，仔細挖掘教材內(nèi)涵，發(fā)現(xiàn)綠色化學素材，精心編排實驗內(nèi)容[10－11]，具體包括：

（1）化學試劑的綠色化。應盡量選擇無毒無害試劑的實驗。

（2）溶劑的綠色化。盡量選擇水作溶劑，避免有毒有害和揮發(fā)性有機溶劑的使用。

（3）催化劑的綠色化。采用無毒無害的物質(zhì)作催化劑，如固體酸堿、TiO2、酶等。

（4）化學反應的綠色化。盡量使化學反應具有較高的轉(zhuǎn)化率，提高試劑的利用程度；應盡量使化學反應具有較高的選擇性，提高實驗的效果，避免副產(chǎn)物帶來的環(huán)境污染問題。

（5）反應產(chǎn)物的綠色化。盡量使反應的生成物（產(chǎn)物和副產(chǎn)物）無毒無害，是環(huán)境友好產(chǎn)品，或以一種環(huán)境友好狀態(tài)存在，如固態(tài)產(chǎn)物。

4.4 推廣微型化實驗

化學實驗微型化是近幾年發(fā)展起來的化學實驗的革新內(nèi)容，是目前解決化學實驗廢氣、廢液、廢物處理等環(huán)境問題的理想途徑之一。由于其實際用量大大減少，也減少了相關(guān)輔助材料、水電的消耗，降低了實驗成本，同時，也使爆炸、燃燒、中毒等事故的發(fā)生率大大降低，提高了實驗的安全性。由于三廢量很少，改善了實驗條件，極大地減少了環(huán)境污染。因此微型化學實驗具有減少污染、安全、節(jié)約成本等優(yōu)點，是實現(xiàn)綠色化學的最可行的措施。

4.5 開展串聯(lián)實驗

以往的化學實驗課程通常把各個實驗孤立起來，這樣就會因為重復實驗而加重對環(huán)境的污染[12]。化學實驗的串聯(lián)可將多個實驗或多步實驗，按照它們的內(nèi)在聯(lián)系，有機地串聯(lián)起來，使上一個實驗的產(chǎn)物成為下一個實驗的原料使用，合理利用實驗原料，有機地組合。這樣既可以減少重復性操作的次數(shù)、縮短實驗時間，也可減少污染物產(chǎn)生的數(shù)量，實現(xiàn)化學實驗綠色化。例如，在有機實驗教學中可以把乙酸乙酯的制備與折光率的測定實驗串聯(lián)、把苯甲酸的制備與熔點的測定串聯(lián)、把無機化學中溶液的配制與分析化學中酸堿中和滴定實驗串聯(lián)等，都能達到很好的綠色化效果。

4.6 利用現(xiàn)代化手段模仿化學實驗

對于一些必須使用有毒害試劑、易燃易爆、操作不易控制的實驗題目，采用多媒體進行化學模擬仿真是很有必要的[13]。CAI課件一方面可以很好地讓學生觀察到實驗中的有趣現(xiàn)象，以驗證理論，另一方面又可避免藥品的浪費和環(huán)境的污染。有了多媒體化學實驗課件對實驗原理、儀器、藥品和操作步驟作了詳細的描述，并使用視圖、聲音、動畫等效果，使學生在輕松愉快的氛圍中學會了化學原理和實驗方法，同時還有效地避免了實驗帶來的污染和不安全因素。

4.7 正確引導，妥善處理化學實驗廢棄物

實驗過程中總有一些廢液、廢氣和廢渣需要排放。隨時收集，集中處理和回收使用，是對綠色化學實驗室的基本要求。對廢液處理，例如：對于含酸、堿類廢液采取將它們中和的方法進行排放；對廢氣采取溶液吸附法和固體吸收法處理；對廢渣主要采用掩埋法處理，對有些廢渣進行化學處理后深埋在遠離居民區(qū)的指定地點，有些則可直接掩埋。

5 結(jié)束語

建設綠色化學實驗室，采取切實可行的有效措施防止和消除實驗室造成的環(huán)境污染，是每一位化學工作者必須履行的責任和義務。因此，以綠色化學思想為指導，堅持“5R”原則（減量、循環(huán)、回收、再生、拒用），以綠色化學為理念構(gòu)建大學化學實驗新體制、開展大學化學實驗課的教學，具有重要的現(xiàn)實意義。

（References）

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[12]楊曉芬.綠色化學與高等化學教育[J].陰山學刊：自然科學版，2006（4）：94-95.

[13]周立亞，龔福忠，王凡，等.創(chuàng)建綠色化學實驗室的探討[J].實驗技術(shù)與管理，2010，27（6）：174-176.