“低碳經濟時代”高校化學實驗室的建設與管理

劉明玉

（貴陽康養(yǎng)職業(yè)大學，貴州貴陽 550081）

“綠色低碳經濟”是目前全球發(fā)展的重要趨勢之一。同時，低碳經濟的貫徹落實，也為我國的三高經濟的發(fā)展模式帶來極為嚴峻的挑戰(zhàn)。這樣一來，堅持綠色可持續(xù)發(fā)展也成了我國經濟的發(fā)展核心。其次，推動低碳經濟發(fā)展需要高效率高潔凈的能源支持，也就需要技術創(chuàng)新和制度創(chuàng)新作為保障。但一切技術創(chuàng)新的來源依靠人才的培養(yǎng)。而高等院校的化學實驗室作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的一大關鍵孵化地，在“低碳經濟時代”同樣著面臨挑戰(zhàn)：如何快速培養(yǎng)具有環(huán)保意識的高素質人才?如何使高校實驗室一直保持綠色發(fā)展?都是需要重點關注的問題。

近年來，雖然各高校已經開始探索綠色實驗室的建設和管理，將“綠色環(huán)保”理念與實驗室的具體實踐工作相結合起來，但仍然存在不少能源消耗甚至是垃圾污染出現(xiàn)在高校實驗室中。因此，建立符合綠色發(fā)展的高校實驗室迫在眉睫。本文將從化學實驗室的現(xiàn)狀出發(fā)，分析探索在綠色環(huán)保的倡導下高校化學實驗室將如何進行科學的建設與管理? 以更好地完成新型人才的培養(yǎng)目標。

1 高校化學實驗室現(xiàn)狀以及存在的問題

因教學需要，各高校實驗室在進行教學實踐時，會使用到不同種類的大功率實驗儀器。然而，這些大功率實驗儀器的使用會極大增加實驗室的能源消耗，其次，各類不同的實驗所排出的大量廢氣、廢液以及實驗使用之后的廢棄物也給校園環(huán)境帶來了巨大的污染。與此同時由于實驗室人員流動密集，大多數(shù)實驗人員沒有樹立起綠色環(huán)保實驗意識，總是出現(xiàn)實驗用品亂倒、亂放的現(xiàn)象，在一定程度上也對學生的自身健康造成了威脅。

1.1 錯誤地使用科研儀器設備

（1）對儀器設備的應用管理缺少有效的環(huán)保意識。目前，我國高校實驗室的管理意識并沒有完全和低碳經濟的發(fā)展相適應。其問題主要體現(xiàn)在高校實驗室沒有建立綠色管理意識，不能實現(xiàn)實驗儀器設備的有效管理，導致實驗過程中出現(xiàn)大量的能源浪費。盡管激光共聚焦顯微鏡、流式細胞儀等一系列大、精、貴的重要實驗儀器設備能夠實現(xiàn)學生間的資源共享，但對某些較小型常規(guī)儀器設備而言，其共用程度并不能滿足綠色且合理的標準。以離心機的使用為例，為完成教學實踐，幾乎每個實驗室均購有2~3臺低溫、高速離心機。并且，儀器的使用時間平均每日不超過2h。另外，每件儀器都有其具體的使用記錄，在一定程度上能夠反映出儀器的使用次數(shù)以及運轉情況，但是其轉數(shù)以及溫度情況卻未能體現(xiàn)出來，這給工作人員對實驗室能源消耗的檢測工作帶來了一定的困難。

（2）能源消耗嚴重。實驗室滯后的管理水平以及不完善的管理技術，使得實驗教學的過程出現(xiàn)了大量的能耗浪費。尤其是一些學生在不能對儀器進行充分了解的情況下，經常做出的錯誤步驟，加快了能源消耗。比如說，由于某些新到實驗室的學生對實驗儀器特性十分不了解，在使用所有儀器前通通都按照提前開機預熱處理，從而增加了能源的無效浪費。殊不知，隨意以及不合理地使用儀器，不但會破壞儀器性能，還會造成實驗的失敗。

1.2 對實驗室污染物的隨意排放

有化學實驗存在的地方，就無法避免實驗廢氣的產生，例如二氧化碳、二氧化硫等；甚至是有機易揮發(fā)溶劑，例如乙醚。這些氣體排放到室內，污染的是實驗室的內部環(huán)境，排放到室外，污染的便是大氣環(huán)境。不僅是廢氣，化學實驗的過程往往還伴隨著大量的廢液產生，如廢硫酸液、廢鹽酸液，以及危害性很大的含苯類廢液、含有多環(huán)芳香族化合物類的廢液等。另外，除了廢氣廢液外，還會產生一些固體廢棄物，其中包括有遺撒的藥品、實驗后不要的廢物垃圾等，甚至有些廢棄物還具有一定的毒性，這些有毒廢棄物如不經處理就直接排放，很大程度上會與自然界中的水融合起來，從而進入河流、土壤和大氣中，對人類和生物產生危害。因此，實驗室產生的任何實驗垃圾都需要經過特定的處理才能進行排放，以免對環(huán)境造成危害。

1.3 環(huán)保意識的缺失

首先，實驗室的人員流動較大，另一方面，實驗室研究人員的數(shù)量極多，實驗室本身的能源消耗就比較大。因此，做好研究人員的綠色環(huán)保教育十分重要。能源浪費這一現(xiàn)象不止存在于對儀器的使用上，往往會體現(xiàn)在一些細枝末節(jié)的地方，例如，實驗中水流的浪費、超凈工作臺在長時間的開啟等，并時常出現(xiàn)紫外燈照射過夜以及恒溫箱烘干箱不關閉電源的情況，都會為實驗室?guī)碓S多不必要的能源浪費。

1.4 能耗監(jiān)測系統(tǒng)不完善

目前，我國能源建設系統(tǒng)尚未完善，缺少碳排放量監(jiān)控賬戶的設立。同時，高校試驗室所涉及的實驗面積廣泛、實驗內容復雜，在現(xiàn)有條件下還無法適應一些實驗工作的開展。

2 綠色環(huán)保型高校化學實驗室的建設與管理

2.1 低碳實驗室的建設

低碳實驗室的建設與管理內容大致可以包括以下12個方面：

（1）綠色藥品使用原則：減量、重復、回收、再生；

（2）結合實際實驗教學培養(yǎng)學生環(huán)保意識；

（3）綠色化實驗過程；

（4）改進實驗方法，改善實驗環(huán)境；

（5）加強實驗室設施的綠色化；

（6）充分使用原材料，減少廢棄廢液廢物的產生；

（7）實驗無汞化；

（8）實驗無苯化；

（9）實驗無鉛化；

（10）學生要嚴格遵守實驗規(guī)則，對試劑使用要符合要求；

（11）實現(xiàn)實驗廢物的回收再利用；

（12）實現(xiàn)“三廢”的分別處理與排放。

2.2 化學實驗室管理內容

（1）關于藥品的合理保管和分類。對實驗室建設來說，藥物的合理保管與利用是非常關鍵的。應當堅持將藥物數(shù)量化、科學化和精準化，以切實保障藥物存放安全。因為化工藥品通常都有著特定的化學性質，比如有易潮解的、易產生風化作用的、易于氧化的，或者容易與超臨界二氧化碳形成反應的等。那么，關于這類藥物的質量管理，就需要通過大量的預防措施來保證藥品的穩(wěn)定性，以避免風險事件的發(fā)生。例如：電石及紅磷等則必須保存在干燥器皿中，以避免潮解問題；AgNO以及HNO等則必須儲存在深色例如棕色的塑料罐中，防止藥瓶出現(xiàn)分解，造成藥品的浪費或變質。水溴則需要在加水后進行密封保存，避免揮發(fā)；堿式溶液(例如NaOH)甚至是粉末等則必須經過膠塞保存以避免產生粘連或有黏結問題。對化學試劑的配用也必須要定量和科學。化學準備過程對一個實驗而言是十分關鍵的。其中，試劑的配比極為關鍵，標準化的使用加上更為精準的測量，能夠促進實驗結果的準確產生以及實驗過程的安全科學。例如，無機實驗的過程會使用到很多的試劑，產生大量的廢水廢氣。但是如果在實驗前，能夠預先準備較多劑量的必用藥品以及低濃度溶液，然后在實驗過程中對其進行必要的稀釋，這樣就能在節(jié)約藥品的基礎上起到保護環(huán)境的作用。化學實驗的過程還會涉及藥品的提取問題。值得注意的是，藥品的提取必須依據科學的規(guī)定。如果存在不明確的提取問題，就必須以少量提取為原則。不過，有時候還會出現(xiàn)藥物已經分裝完畢，但在實驗過程中未完全使用完畢的現(xiàn)象，此時有些實驗人員為節(jié)約藥品又將剩下的原料裝回原瓶中，這種行為在實際上造成更大的資源浪費。必須注意的是，原藥劑在提取后應該避免將其再裝回原藥劑罐當中；另外，通過溶液稀釋以及用量控制等方法能夠在很大程度上解決用藥浪費的問題，十分有益于控制實驗成本，減少實驗垃圾的產生。

（2）利用合理手段處理一般實驗室的化學廢水。酸堿液是大多數(shù)實驗室會產生的廢棄溶液，合理處置這些溶劑的主要方法就是通過添加其他試劑進行中和，pH待達到排放標準后，方可實現(xiàn)排污。例如，在處理實驗廢水廢堿液時，就需要使用到石灰乳、碳酸鈉水等溶液對其進行中和，將其pH降低到合理的范圍之后，再進行排放。這種方法能夠有效降低實驗室廢水的污染程度，為自然環(huán)境的保護提供了有效的保障。總之，對于一般的鹽溶液、廢液來說采取以上方式均可以進行污染去除，但是對具有病害分子的鹽溶液則必須先要用化學法進行相關處理以后，再進行排放。其次，一些含有有色重金屬元素離子的廢液對環(huán)境的影響是十分嚴重的，此時就必須用到強堿或是硫化鈉對其進行處理、沉淀，此后再通過過濾分離的方式將沉淀殘余埋置于地下。同時，有部分化學實驗的殘余能夠進行反復的使用，尤其是對于分組實驗中遺留的藥物來說，在實驗結束后，其會留下大量的殘液剩余，因此必須進行相應的回收使用工作。這種回收利用的方法既做到了綠色環(huán)保又體現(xiàn)了高校的低碳理念。高校實驗室不僅要將以上步驟嚴格運用到具體的實驗教學中，還要將其中有關的低碳思維傳輸?shù)綄W生的學習習慣中去。

（3）達到綠色的化學實驗教學。最有效且能夠實現(xiàn)快速降低實驗室污染的方法就是盡可能減少化學物質的劑量，在相同實驗條件下，也能夠通過選用一些對環(huán)境污染產生較小損害的化學藥品完成化學試驗。另外一個是，作為化學實驗教育工作者，可利用奇思妙想，通過改進實驗的方法，通過改善實驗儀器的性能，從而實現(xiàn)降低藥品的浪費的目的。這也是當前化學實踐教育中從根源減少污染的一種比較行之有效的方式。也可以通過以下幾種方式實現(xiàn)綠色的實驗教學：

①用小型化學實驗代替一般實驗。小型化學實驗的教學過程，需要使用到微量化學設備，其是一種能夠使用少量化學藥劑完成精準實驗的實驗方法。這種實驗方法能夠在減少藥品浪費的同時提高化學實驗的質量。其主要優(yōu)點為教師可以合理地限制化學試劑的用量，僅需要常規(guī)化學實驗劑量的1/10，就可以達到降低實驗排廢量，控制化學污染以及減少實驗時間的效果。

②設計綜合性的化學實驗。教師可運用階段化的課程成果，從小到大的設計綜合化學實驗。例如，對有機合成反應的粗產物，在分別提純和精練之后，即可進行所得純產品的物理常數(shù)計算。在課堂上，教師可以通過測定物理常數(shù)來檢測學生實驗中合成產物的品質及其純度。

③研究和應用無毒性的替代藥物。在有機化學實驗過程中，必須使用對人類健康和環(huán)境影響較小的有機化學藥劑。如此一來，煤油相對于四氯化碳在有機化學實驗中所產生的劇毒光氣而言，就具有了某種意義上的安全。同時，通過選擇自行設計的化學產品，又或者選用能夠產生特定環(huán)保意義的化學實驗器具，也是能夠促進降低或者減少對化學品污染的一種非常好的辦法。

（4）化學實驗管理的低碳化。環(huán)境對人的影響往往是潛移默化的。良好的實驗環(huán)境能夠幫助學生養(yǎng)成良好的學習習慣，同時，低碳化的實踐思維也可以幫助學生們迅速樹立起對低化碳環(huán)保實驗工作的強烈愿望。在實驗操作的過程中，做到實驗柜臺的整齊擺放，并保證實驗儀器設備的隨時清潔，就可以在一定程度上使學生們形成良好的環(huán)保意識。同時，盡管化學的不斷進步可以為人們的生命質量帶來益處，但也需要對化學實驗污染物對環(huán)境的危害產生重視。因此，在對實驗室進行綠色低碳的設計規(guī)劃中，要加入對學生實踐精神的培養(yǎng)、實驗習慣的養(yǎng)成、實踐態(tài)度規(guī)范等的教育活動。潛移默化地為其灌輸綠色環(huán)保意識。其次，在實驗室的管理規(guī)范上，要從減少水、電、紙、氣、藥品的用量為出發(fā)點，逐步完善低碳實驗室的管理條例。例如，要加強對實驗用水的管控，增加水的循環(huán)使用；強化實驗室用電管理，合理運用儀器，注意及時斷電；最后就是注意紙張的回收利用。

（5）更換先進通風設備。無管通風設備可以在能量節(jié)省的基礎上減少噪聲，同時，還可以結合垃圾裝置減少垃圾對大氣環(huán)境的污染。并且，要使學生形成隨手關窗的良好習慣，以減輕冷暖空氣外泄造成的高能耗。

3 結束語

低碳生活已然成了當今社會經濟發(fā)展的主要潮流，高等院校作為培養(yǎng)人才的重要場所，其承擔著教學、科研和生產服務等多項任務。只有建設好綠色高校實驗室，做好綠色發(fā)展的教育傳承，才能完成國家給予高校的重擔。因此，各高校要積極開展綠色實驗室發(fā)展工作，為培養(yǎng)新時代創(chuàng)新型環(huán)保人才做出貢獻。