農科院校化學實驗現狀及綠色化途徑

梁丹　于寶義　曲江蘭　趙汗青　高娃　賈臨芳

摘要 ? ?本文以北京農學院化學實驗教學為例，分析了農科院校化學實驗室污染現狀，探討了加強化學實驗綠色化途徑，包括樹立環保意識，實驗內容與方法綠色化，開展微型、半微量化學實驗，開展仿真實驗教學，完善化學實驗室管理等，以期為打造綠色化學實驗室提供參考。

關鍵詞 ? ?化學實驗;綠色化;現狀;途徑

中圖分類號 ? ?G642;O6-4 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）19-0253-02

化學實驗課是農科院校理工科專業的一門基礎課。化學實驗室是進行實驗教學及本科生和研究生科研活動的重要場所。學生從事實驗活動，是提高學生綜合能力的重要手段，既能提高學生的思考能力、動手能力，也能提高學生應變能力。隨著高校的擴招、學生人數的激增及科研活動的進行，高校的化學實驗室每天都在進行各種實驗。實驗中要用到的試劑種類繁多、數量較大，實驗中產生的“三廢”勢必會造成不同程度的污染，帶來的環境問題不可忽視。如何減少和治理化學實驗污染，加強高校化學實驗的綠色化，即有效治理和減少化學實驗造成的各種污染具有重要的意義[1-3]。本文以北京農學院化學教學實驗為例，分析了農科院校化學實驗室污染現狀，探討了降低化學實驗造成的污染、實現化學實驗綠色化的有效途徑。

1 ? ?農科院校化學實驗室現狀

以北京農學院為例，本科學生化學實驗由基礎化學實驗和專業化學實驗兩部分構成。基礎化學實驗面向全校6個理工科學院10余個專業開設[4]，專業化學實驗雖只面向應用化學專業，但開設的化學實驗包括農藥獸藥殘留檢測等實驗在內的近10門化學實驗課。化學實驗課的受眾多、涉及面廣。同時，近年來高校不斷擴招，各個學校進行化學實驗的本科生及研究生人數也隨之增多，實驗所產生的污染物數量迅速增長，種類增多。因此，以可持續發展戰略為依托，從源頭上降低污染物的產生，加強化學實驗綠色化，打造綠色化學實驗室，具有重要意義。

2 ? ?加強化學實驗綠色化的途徑

2.1 ? ?樹立環保意識

學生是高校化學實驗室使用的主體。很多學生沒有提前預習實驗課內容，做實驗時會手忙腳亂，使實驗藥品傾灑，甚至打翻試劑瓶，造成藥品浪費;有的學生會因為加錯藥品或加錯試劑劑量而導致實驗失敗后重做，造成化學藥品或試劑的過量消耗;有的學生隨意拋灑藥品，甚至將未處理的廢液隨意倒入下水道等，既浪費了化學試劑，又使實驗室被污染。因此，在學生開展化學實驗之前，教師應向學生提出必要的要求。在思想上，要樹立環保意識，學生可以通過圖片、視頻等真正意識到實驗中由于環保意識淡薄、未按實驗要求操作等造成的危害;利用開展知識競賽等手段督促學生主動學習與綠色化學有關的知識，讓學生了解環保的重要性。在行動上，讓學生養成化學實驗前預習的習慣，做到實驗內容與實驗過程心中有數，避免因人為失誤而造成實驗失敗。

2.2 ? ?實驗內容與方法綠色化

首先，教師應在保障有效培養學生實驗技能的前提下，開設環境友好型實驗內容，將對環境造成污染較大的實驗內容刪除或替代。如無機化學實驗中，刪減了氧化還原、電化學實驗中與生成硫化氫氣體的相關實驗;有機化學實驗中，將致癌物萘替換成食品香料肉桂酸進行熔點的測定;環境監測實驗中，需要用到六價鉻離子的實驗，用四價鉻的藥品代替，減少了環境污染。其次，在實驗效果不受影響的情況下，教師應對實驗方法進行改進。如在基礎型實驗——普通化學實驗中，化學反應速率常數、活化能的測定實驗面向全校20多個班開展，所需實驗試劑品種多、數量大，產生的廢液量多，且產物碘單質不易在實驗室進行回收再利用。通過反復實驗得出，將實驗劑量縮小1/2進行實驗，測得的反應速率、活化能值不受影響;將本實驗的7組實驗縮減為4組實驗，也能根據實驗數據有效計算得出實驗結果。通過對實驗方法進行改進，既減少了實驗所需藥品的消耗，又極大地減少了實驗室廢液的產生。再次，合理安排實驗內容及實驗項目順序也有利于減少污染。教師可以通過調整實驗順序甚至打破各門實驗課的界限，找出各實驗內容之間的相關性，使上一個實驗的產物可以作為下一個實驗的原料。如有機化學實驗中，苯甲酸的提純和熔點的測定實驗，可以利用它們都要用到苯甲酸進行實驗這一聯系，將2個實驗設計成串聯實驗，先做苯甲酸提純實驗，再將提純后的苯甲酸作為原材料進行熔點的測定;普通化學實驗中，通過硫酸銅的提純實驗提純的產品，可以作為分析化學實驗膽礬中銅的測定的實驗藥品。實驗試劑循環使用，既提高了實驗藥品的使用率，又減少了實驗對環境的污染。

2.3 ? ?開展微型、半微量化學實驗

與常量實驗相比，微型化學實驗試劑約為常量實驗的1/1 000～1/10，其具有實驗現象明顯、速度快、節約、安全、可有效減少污染等優點[5]。微型實驗裝置一般很小，固體藥量在0.12 g以下，液體藥量在0.15 mL以下。如普通化學實驗及無機化學實驗中，性質實驗要用滴管量取試劑，用試管操作，每步實驗使用試劑最小量為1～2 mL。若采用微型實驗裝置移液槍和點滴板代替常規實驗中的滴管和試管，可以把試劑使用量從1～2 mL降低到0.05～0.15 mL即可完成實驗，節省藥品、減少污染的效果十分顯著。但是，在實際工作中，有些實驗無法完全用微型實驗裝置完成。進行半微量實驗或減量實驗既可以保證實驗效果，又能保證節能減排。如在有機化學實驗中，可以把250 mL平底燒瓶改成50 mL圓底燒瓶進行實驗，同時將實驗藥品相應減少，依然可以完成溶液的蒸餾操作[4]。

2.4 ? ?開展仿真實驗教學，達到污染“零排放”

綠色化學的最佳理想狀態是在不影響實驗效果的情況下，實現化學污染“零釋放”[6]。運用計算機仿真模擬技術模擬化學實驗真正做到了沒有任何污染排放的效果。如儀器分析實驗，要求本科學生熟練掌握包括氣相色譜儀、紅外光譜分析儀等幾種大型儀器的使用方法。但是，由于實驗室設備資源有限、學生實驗課時間有限等條件限制，不能保證每個學生都動手操作儀器。設計購買的新型仿真軟件可以保證每個學生獨立使用一套操作軟件[7]，這種軟件是仿照大型儀器的實驗方法和原理設計的，能模仿儀器的使用環境，既節能減排，又滿足了學習者的求知欲。利用計算機技術仿真模擬實驗適用于藥品繁多、實驗危險系數大、產品污染環境且不容易回收的化學實驗上。利用計算機技術模擬實驗裝置、展開實驗內容的學習，學生通過圖像、動作等觀察實驗現象和操作的同時領會實驗原理和方法，消除了實驗中可能出現的危險因素且不會造成環境污染。這種新型實驗教學手段增強了學生對化學實驗的學習興趣，效果較好[8]。

2.5 ? ?完善化學實驗室管理

2.5.1 ? ?完善化學實驗室硬件設施。通風設備是化學實驗室中最基本的設施。為保證實驗室空氣流通、保障學生及教師的健康，必須安裝通風櫥和排風扇。實驗室添置凈氣型藥品柜，將實驗中及實驗完成后的藥品及時放入藥品柜，以避免有些實驗藥品揮發，造成空氣污染。

打造綠色化實驗室，首先要保證實驗室環境的綠色化。學生在干凈整潔的實驗室做實驗，才不會被外界環境干擾，從而減少實驗的錯誤率。學生實驗完成后，主動進行實驗臺面及藥品的整理、實驗玻璃儀器的清洗等工作。教師根據班級學生人數安排值日生，完成實驗室的全面清潔，養成保持化學實驗室環境衛生的良好習慣[9]。

2.5.2 ? ?完善化學實驗室管理制度。制定嚴格的實驗室管理制度，并張貼于實驗室醒目的位置，有助于提醒學生嚴格按照實驗要求進行實驗操作，避免由于操作失誤造成重復實驗，導致實驗藥品的浪費[10]。在實驗室固定位置設置廢液、廢固回收處，并張貼明顯標識，引導學生及時將實驗產生的廢物回收處理，加強實驗人員綠色環保意識，實現化學實驗室綠色化。

3 ? ?參考文獻

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

[2] 阿納斯塔斯P T，沃納J C.綠色化學理論與應用[M].北京：科學出版社，2002.

[3] 王春娜.綠色化學實驗探討[J].北京農學院學報，2007，6（增刊1）：100-101.

[4] 梁丹，趙建莊，于寶義.都市型農林院校普通化學實驗綠色微型化探討[J].現代農業科技，2017（16）：78-82.

[5] SINGH M M.Microscale chemistry and green chemistry：com-plementary pedagogies[J].Journal of Hangzhou Teachers Colle-ge，1999，76（12）：1684-1686.

[6] 劉艷.芻議基礎化學實驗的綠色化[J].大學教育，2013（9）：50-51.

[7] 卜曉莉.基礎化學實驗的綠色化改革初探[J].廣州化工，2013，40（7）：149.

[8] 張勃.高校基礎化學實驗綠色化教學與實踐探索[J].新西部，2016（29）：134-135.

[9] 賈金亮，朱麗.淺談高校基礎化學實驗的綠色化[J].廣州化工，2011，38（8）：177.

[10] 石巖.高校化學教學中融入綠色化學的策略[J].學周刊，2015（35）：24.