以“綠色化學”為主題的新型有機化學實驗室建設的探索與實踐

黃宏妙 張強 郭占京 盧澄生

[摘 要] 以綠色化學的“5R”原則為指導，在教學實踐中通過對學生教育、改革實驗內容、實驗室廢棄物處理等三方面來考慮和解決化學實驗中出現的污染問題，減少實驗對環境的污染。經過實踐，初步構建了以綠色化學為指導，對環境無顯著毒副作用的綠色化學實驗室。

[關鍵詞] 化學實驗室;綠色化學;改革

[基金項目] 2018年度廣西中醫藥大學青年骨干教師培養（04B1805820）;2019年度廣西中醫藥大學教改課題（2019A001，2019A020）

[作者簡介] 黃宏妙（1980—），女，廣西玉林人，化學工程碩士，廣西中醫藥大學藥學院副教授，主要從事高校化學理論與教學研究;郭占? ? ? 京（1979—），男，河北保定人，化學工程博士生，廣西中醫藥大學藥學院副教授（通信作者），主要從事高校有機化學理論與? ? ? 教學研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）34-0373-02 ? ?[收稿日期] 2019-10-16

我校的有機化學實驗課和理論課一樣，是一個相對獨立的基礎教學環節，通過有機化學實驗課，一方面是驗證，把理論的東西，再回到實踐來，使學生獲得感性知識，進一步理解、掌握有機化學的原理、物質的制備和性質等;另一方面，通過實驗可以培養學生觀察、思維、獨立操作以及分析問題、解決問題的能力，同時也培養學生實事求是和嚴肅認真的科學態度和良好的實驗習慣，為學生打下良好的工作基礎。我校的有機化學實驗室對全院藥學生及部分醫學生開設有機實驗，如何順應社會發展實行實驗室綠色化，我校的設想是構造污染物零排放的綠色化學實驗室，既防止排放的物質對生態環境造成嚴重污染，也可最大限度防止生成的有毒有害對學生的人身安全造成損害。

一、構建綠色化學實驗室的必要性

化學作為一門注重理論和實踐高度關聯的學科，雖然實驗室可以讓學生全面提高這兩項綜合素質，但是任何化學實驗都會伴隨著產物和副產品的生成，高校化學實驗產生有毒有害物質的實驗更加常見，既容易對學生的人身安全形成威脅，若不合理處治這類產物，也會對環境造成嚴重的污染。目前我國境內的大量高校不注重對實驗室有毒有害物質進行處理，隨意排放后產生環境的安全威脅，此外近些年化學專業的報考比例穩步提高，學生數量增加后，實驗室的使用頻率必然上升，后果就是環境污染型生成物的總量上升，造成的環境污染更為嚴重。綠色化學實驗室的建設目的就是最大限度消除這類污染物質，通過對于有毒有害和具備環境污染性物質的高效全面處理，讓學生受到的安全威脅降低，同時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，全面充分確保對學校周邊以及整個生態系統進行全面保護[1]。

二、構建綠色化學實驗室的途徑

（一）幫助學生樹立綠色化學思想，強化學生操作規范

綠色化學思想要讓學生了解“5R”原則，只有具備這一思想的情況下，才能夠讓學生具備化學實驗中的可持續發展意識、綠色化學意識和化學原子經濟意識。綠色化學思想意識的培養中要讓學生掌握各類新型的化學實驗技能，該項工作除了理論講解，教師也要履行職責，可通過演示等方法加深學生印象。此外綠色化學實驗室已經具備了室內環境保護和維持功能，要求教師充分講解所有設備的操作方法和隱患釀成的后果，要求所有的學生都能夠正確操作實驗室中的設備，唯有如此教師才可讓學生投入到實際的實驗項目。

我校有機化學實驗第一節課，在講解實驗室守則時，將綠色化學教育貫徹于實驗室守則中。如守則中明確要求，所有產物必須經教師檢查后回收;又如，將大部分實驗更改為微量實驗，減少藥品用量。

（二）精選實驗內容和改進實驗方式

教學內容選擇升級的前提是教學質量保障與教學目標達成，而綠色化學實驗理念成為整個體系的保障思想，對實驗方式進行改進，在綠色化學原則的指導下盡量減少對環境的污染。

1.選擇對環境影響小或有毒藥品可被替代的實驗。理論作為所有化學實驗的指導性管理體系，只有在學生掌握理論的情況下，才需要通過實驗加深印象，考慮到學生的在知識驗證中出現誤操作的概率提高，所以要盡量選擇對環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實驗成果，同時實驗現象、操作流程方面和被替代的藥品使用相似，才能夠通過實驗提高學生知識掌握水平。此外要嚴格分析生成“三廢”的處理難度，在學生經過長時間的學習后，甚至可讓其討論替代的藥品，不但創建了綠色化學實驗室，也讓學生可將知識活學活用。如本校在熔點測定實驗中，原來一直使用濃硫酸作為浴液。濃硫酸具有強腐蝕性，當沾染雜質時易變黑，影響熔點觀測，故濃硫酸變黑后只能更換，更換下來的濃硫酸對環境污染大，后續處理困難。在綠色化學原則的指導下，實驗室現階段的熔點浴液全部更換為甲基硅油。甲基硅油具有卓越的耐熱性，能夠作為測熔點的熱載體，且化學性質穩定，耐氧化穩定性和耐候性好，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.改用儀器實驗代替常規實驗。傳統化學實驗嚴重依賴試劑和溶液，而在當前開發的多種新型實驗儀器操作中，可變更這一現狀，大幅降低了對試劑的使用量。比如傳統的熔點測定實驗要消耗大量濃硫酸（約50ml/人）及測試樣品。在綠色化學原則的指導下，實驗室現階段采用微量熔點測定儀進行熔點測定實驗，僅消耗樣品（2mg/人），不消耗試劑。這一方法在降低實驗成本的同時，縮短了檢測時間和消耗的能源總量，并大幅降低環境污染，同時，使用儀器分析順應社會發展需求，為學生就業提供了新的技能。

3.制作多媒體實驗。某些實驗教學大綱要求學生掌握，但是實驗生成物毒性較大、預防措施作用有限或者“三廢”難以處理時，則可考慮不讓學生參與到具體的實驗中，而是通過使用多媒體設備讓學生了解實驗流程、實驗方法等內容。如本校根據實驗內容，將部分專業的有機化合物鑒別實驗，性質驗證實驗調整為演示授課，讓學生在計算機上進行模擬實驗，既可以讓學生看到相關化合物的鑒別過程，又減少了試劑消耗及廢棄物排出。

4.開展半微型化學實驗。一些實驗要求學生必須掌握，但是不但本身具備較高危險性，同時由于消耗的藥品較多，且生成物難以處理，不符合綠色化學實驗室的運行原則，這類實驗課考慮使用“半衛星實驗技術”降低污染物生成量，并降低實驗中的能耗和藥品成本。這一方法的指導思想是大幅降低實驗藥品的使用量，通常情況下是原有使用量的1/3到1/2，同時要求學生在掌握實驗原理和知識點的內涵后，自主或半自主分析對于其余反應物的投入量，并研究實驗條件是否也要被優化和改變。作用方法上來看，這一實驗指導思想并非對實驗藥品的簡單減半，而是要同時考慮多個因素，既能夠降低實驗過程中相關副產物的生成量，產物毒性處理和控制工作難度也適當下降，同時符合綠色節能原則。可以說這一原則的落實中，能夠全面深度滿足綠色化學實驗室的各項建設目的，深度符合我國提出的各項環境保護要求[2]。

（三）實驗室廢棄物的處理

廢棄物的處理綜合處理辦法體系包括分類收集、回收利用、合理存儲等多種方式，同時一些所謂“廢棄試劑”可被回收使用。如熔點測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行合成反應，增加合成實驗的操作難度。通過這種形式，讓學生自主或半自主參與到廢棄物處理制度的制定方法與發展原則，讓學生可以更好總結對于各類廢棄物的處理方法，讓學生的實踐能力獲得自主性提高，為其后續的學習、發展以及就業過程夯實基礎，使學生切身感受目前化學工業的發展路徑與“5R”精神的使用方法與獲取的成效。

三、結語

高校綠色化學實驗室的建設是環保要求、師生安全保障、高校實驗室運行成本降低等多方面要求的統一實施路徑，所以對其的建設有很高的必要性，建設過程要采用不同手段減少污染物的產生，主動地減少和消除實驗室的化學污染，開展實驗教學的綠色化改革是勢在必行的。為了順應時代要求，盡量達到綠色化學倡導的零污染或零排放，本校經過實踐，初步構建了以綠色化學為指導，對環境無顯著毒副作用的綠色化學實驗室。

參考文獻

[1]孫宏.有機化學實驗教學中綠色化學教育的實踐[J].高師理科學刊，2008，28（3）：28-29.

[2]杜群.高校化學實驗室綠色化建設研究[J].硅谷，2013（2）：133.