高校基礎化學實驗綠色化教學與實踐探索

張勃

【摘要】本文在分析高?；A化學實驗教學存在問題和實驗室污染原因的基礎上，探討了化學實驗教學綠色化改革、促進實驗室污染防治的對策：把綠色化學理念貫穿到化學實驗教學始終，引導推進實驗教學內容不斷創新；重視實驗教學對學生實驗廢液等“三廢”的認識和處理能力訓練；探索更加綠色環保的實驗技術和手段；規范化學實驗教學管理促進落實成效。

【關鍵詞】高校；基礎化學實驗室；綠色化；污染防治

今年國家十三五規劃綱要明確提出綠色文明生態理念，作為高?；瘜W實驗室，經常涉及較多有毒有害化學試劑，如強酸、強堿、強氧化、強還原等腐蝕試劑、重金屬鹽和強揮發的有機試劑，以及實驗產生的“三廢”等，由此可能帶來室內外環境污染問題。這對高校如何踐行綠色文明理念，做好實驗室污染防治工作提出了更高要求。本文試圖通過以基礎化學實驗教學為例，進行分析探討，降低實驗室“三廢”產量，從源頭上控制實驗室化學污染問題。

一、基礎化學實驗教學現狀和問題

基礎化學實驗教學經過多年發展，實驗內容已經由驗證性的性質實驗為主向以綜合性實驗項目為主傾斜，更加重視學生操作技能、綜合及創新能力的培養，但是，化學實驗開設在考慮學生實驗綜合能力提升時，對因實驗可能導致的污染及環境危害重視不夠。根據高?；瘜W實驗教材對比發現，絕大多數教材涉及“三廢”處理篇幅很少，實驗使用試劑的相關毒害及環境影響陳述的不多，學生在實驗過程對可能導致污染的預判和實際應對辦法不足，實驗室內外往往各種氣味混雜，已成為化學實驗室一大特色，這些不僅影響實驗教學效果和學生做實驗的興趣，也危害到師生的身體健康。近年，隨著高校學生人數不斷增加，實驗室試劑用量也成倍增加，并伴隨著實驗室產生的“三廢”不斷攀升，廢液和廢棄物處理的高昂費用也給高校帶來沉重經濟負擔，以至于有的實驗室把未經處理的廢液隨意傾倒，以降低開支。

二、化學實驗室形成污染原因分析

化學實驗室污染物處理不當，除了造成環境污染，也威脅到周邊人群的安全，而實驗教學是產生實驗室“三廢”的最主要源頭，只要從化學實驗教學去分析，找原因，才能最大程度的控制污染的發生。

1、對化學品的危害性重視不足

引起室內和環境污染的一切有毒有害化學危險品都可稱為污染物，從對人身損害看，可分為急性癥狀和慢性癥狀，引起急性癥狀的，有急性中毒、呼吸道灼傷、眼睛損傷、皮膚腐蝕等，慢性癥狀的，有致畸、致癌、誘發突變、骨損害等，從環境危害看，造成大氣、水體和土壤重金屬超標等污染，導致生態系統平衡破壞，從化學方面看，易燃易爆、強腐蝕、強氧化等可能引起強烈化學反應導致重大消防安全。一些高?；瘜W院或系在實驗教學計劃開設時，往往缺少足夠的論證和認識，缺少相應的制度約束和管理，如，試劑的毒性和危害性，實驗過程的防范措施，廢棄物的處理等，導致實驗室的污染控制不力。

2、基礎化學實驗教學過程引起污染的原因

根據對基礎化學實驗教學過程進行梳理，引起導致污染的原因大概有以下幾方面原因：

（1）實驗教學計劃與實際實驗不統一。實驗化學實驗教學內容決定實驗試劑的購置種類、數量和三廢排放。實驗室藥品試劑都是依據本學期或本學年實驗課程開設計劃進行統計集中采購，由于實驗內容的變更，一些試劑未能使用或使用剩余，在日常儲存保管過程引起揮發、變質或泄露等原因導致環境污染。

（2）實驗項目設置方面缺少創新。例如，性質實驗開設過多，導致試劑用量大且種類繁多，在經過配制分裝、使用、清洗、廢液收集等環節，產生大量廢液，還有揮發出的氣體，缺少有效的控制手段，往往通過大氣自然稀釋，造成室內外空氣污染。性質實驗產生的廢液由于成分復雜，很難產生綜合利用價值，回收率低，只能廢棄，導致廢液量的增加。

（3）實驗設計問題。一些制備實驗步驟過多，試劑濃度過高且用量大，條件要求苛刻，在實際操作中往往很難把握，導致實驗效率不高，浪費較大?；颦h境友好性試劑的選擇欠妥，實驗設計不周密，廢棄物處理沒能充分融入實驗過程，產生大量毒害的廢物等。

（4）實驗教學監管在控制污染方面缺失。僅僅滿足于實驗教學任務的完成，對各實驗課程實驗項目很少從環境保護角度進行控制“三廢”排放，缺乏進行整體設計和考量，實驗產物之間循環利用不多，加大了廢棄物的產生。

（5）實驗教學組織不周。學生隨意加大試劑用量，廢液隨意傾倒，藥品隨意拋灑，實驗教學過程所產生的廢棄物，沒能按要求回收，隨意傾倒，導致實驗設施損壞及周圍環境的污染。

三、重視發揮實驗教學改革在實驗室污染防治方面作用

結合以上原因，保證基礎化學實驗更環保，使實驗試劑的選用更科學，實驗室“三廢”排放量更少，室內空氣污染降到最低，在化學實驗教學中，可以從以下幾個方面嘗試：

1、把綠色化學理念貫穿到化學實驗教學始終

綠色化概念在上個世紀被提出，后又延伸至化學領域，提出綠色化學概念，綠色化學概念經過多年發展，形成被普遍接受的綠色化學的十條準則。其核心就是無毒害、無污染，效率高，原子經濟性等。這些準則無疑為今天化學實驗教學的改革指明了方向，高?；瘜W實驗的開設應該突出綠色環保理念，并貫穿到實驗教學的每一個環節。這樣不僅能促進實驗室污染防治，還能培養學生綠色化學理念的形成，并在其今后工作和生活中倡導綠色理念產生積極影響。

2、以綠色化學理念為引導，推進實驗教學內容的不斷創新

對原有實驗內容在滿足專業技能培養基礎上，進行綠色評價，更換或減少實驗對環境和健康危害大的內容，增設更加安全綠色的實驗項目，逐步實現化學實驗綠色化。如，以教學內容的基本載體.教材作為控制污染的源頭，開發綠色化的實驗教材，Ⅲ對傳統實驗進行改進，替換毒性更大的重金屬pb2+和Cr042-等辦法優化實驗內容，從實驗設計到實驗結果進行綠色化滲透的八條原則，滲透綠色理念。

3、重視實驗教學對學生實驗廢液等“三廢”的認識和處理能力訓練

實驗室三廢的產生是危害周邊環境的主要污染源，引導學生認識實驗可能產生的實驗結果，對產品結果有可能產生的危害，如何處理和排除安全隱患，是否具有回收利用價值，怎樣才能得到實驗結果前提下，滿足廢物量的最小化等，在實驗開始之前，可以引導學生查閱資料等方式能有提前預判，避免實驗過程盲目，甚至實驗過程無法控制的后果。掌握廢液收集分類前處理辦法。通過實驗室廢棄物回收與利用實驗項目的開展，寧夏大學基礎化學實驗中心原來需要由專業公司處理的化學廢棄物的費用和基礎化學實驗室購買試劑的費用都大幅減少。在藥品使用方面遵循5R原則，提出主動減少和消除污染。

4、探索更加綠色環保的實驗技術和手段

（1）化學實驗微型化。實驗的微型化在上個世紀八十年代形成研究熱潮，由于設備昂貴易耗，難于普及，好多高校還是在沿用常規的實驗裝置。對于高校專業技術人員來說，如何更廣泛普及實驗微型化，還需不斷改進和探索相關技術。

（2）發揮現代先進儀器在實驗中的作用。高校分析儀器設施越來越多、也越來越先進，在分析測試方面具有用量少，效率高，數據準確，更多推廣儀器使用替代傳統化學測試手段，是減少三廢的有效途徑。

（3）提高多媒體技術與實驗的有效結合。絕大部分的實驗教學還是采用傳統的方式，教師課前手寫板書實驗原理、集中講解、現場動手示范操作進行實驗教學，虛擬、仿真等信息技術手段未能在實驗教學中推廣應用。對于毒害大、環境污染大的實驗，通過多媒體模擬替代實驗，進行相關實驗軟件開發研究，完善學生知識結構，提高實驗技術能力，豐富實驗教學手段，尤其是控制實驗“三廢”產生，實現綠色實驗具有不可替代的優勢。

（4）加強綠色實驗研究開發。對于原有經典化學實驗按照綠色化學準則進行評價，使其更趨綠色環保，而那些毒性大、污染大的傳統實驗如果不能改造，果斷刪除，開設新的實驗來替代。利用實驗廢棄物，如廢液開發新的實驗，減少廢液排放，這樣實驗可以根據各校產生廢液的實際情況進行研究開發。利用生活廢棄物進行開發，以食用廢棄物貝殼作為原料，突顯了綠色化與實用性，有助于提高學生的創新能力與實驗操作技能，合理利用環保資源，使實驗更加經濟性，也有利于培養學生的環境保護意識。

借鑒吸收先進的化學科研成果向實驗項目的轉化，體現高效、節能、環保和原子經濟性，在實驗開發方面，可以向科研前沿理念靠攏，如化學制備實驗的一鍋法，實驗操作步驟更少，產率高，盡可能減少實驗反應物外泄，同時減少產物處理分離時溶劑的大量使用，最終實現化學實驗教學零排放目標。

四、規范化學實驗教學管理促進落實成效

以改革實驗教學促進實驗室污染防治，推動化學實驗和實驗室綠色化，必須通過教學管理加以落實。首先，系領導和全體教師能在思想上高度重視，形成共識。其次，成立領導小組，制定相關落實措施和辦法。第三，爭取學校（院）的經費支持。第四，推廣實踐，不斷改進和優化，形成化學實驗教學一大亮點和特色。

五、結語

解決化學實驗室污染，是每一個學校都要面對的一個難題，解決起來面臨各種各樣的困難，重視程度不高，缺少積極性和主動性，以至于相應的處理機制不很健全，這給實驗室和周圍環境帶來了不可忽視的安全隱患。通過從化學實驗及教學組織著手，控制化學污染源頭，規避污染廢料處理的難題和高昂成本，減輕高校經濟負擔，應該是一個非常有效可行的辦法。此外，高校實驗教師和專業技術人員應不斷學習和探索，相互交流，推廣先進實驗教學管理經驗，使高校化學實驗室污染防治機制不斷走向完善。