基于高校绿色化学实验教学的研究
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作者: 晏小红
摘 要： 本文对绿色化学进行概述，提出了高校化学实验绿色化的必要性和可行性，提出了实现高校绿色化学实验教学的途径。
关键词： 高校 绿色化学 化学实验
当前，全球十大环境问题中，有八大环境问题都与化学化工生产有关。由此，很多人对化学工业提出质疑，认为化学是环境变差的罪魁祸首，对化学产生一种莫名其妙的恐惧心理。在这种形势下，综合考虑环保、经济、社会，以及化学工业自身发展的要求，具有全新理念的“绿色化学”（Green Chemistry）应运而生［１］。由于社会的不断进步，人们的环保意识不断提高，科学实验（包括实验教学）中的环境保护问题越来越受到人们的重视。化学实验是化学教学过程中的重要环节，通过开展绿色化学实验研究，推进化学实验教学的绿色化，有利于培养学生的环境保护意识和创新意识。这也将是今后化学实验教学的必然选择。
1.绿色化学概述
进入21世纪，人类正面临着有史以来最严重的环境危机，为了根治环境污染，人们开始从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学，提出了“绿色化学”这一新概念。
1.1绿色化学的概念
绿色化学是指用化学的技术，原理和方法去消除对人体健康，安全和生态环境有毒有害的化学品，绿色化学又称清洁化学（Clean Chemistry）、环境友好型化学（Environally Friendly Chemistry）和环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry），与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术［2］。绿色化学主要是利用化学原理以及所有相关的技术和方法，来减少或消除化学反应对生态和环境的污染。它的主要任务是研究新的化学反应体系，包括新的合成方法和路线，探索新的反应条件，寻求新的包括生物资源在内的化学原料，开发能够代替挥发性有机溶剂的溶剂，无毒无害的高效催化剂，减少副产物产生的合成方法，设计和研究新的绿色化学品等。
1.2绿色化学的特点
绿色化学综合起来应该具备以下几个特点:（1）化学反应的原子经济性［3］，应保证化学反应中每个原子都参与反应并全部转化为产物。（2）化学反应中的试剂，溶剂，催化剂，目标产物，化学反应条件都是无毒无害的。（3）化学工艺是闭路循环的，整个流程只有原料和必需的能量输入，产出的是产品，其余的物质和能量是内部循环，对环境无影响［2］。（4）过程和终端均为零排放或零污染。
1.3绿色化学的原则
绿色化学的具体内涵体现在使用化学品应遵循的“4R”原则［4］:（1）拒用危害品原则（Rejection）:在化学反应过程中拒绝使用一些无法替代，又无法回收和重复使用的有毒有害物质，这是杜绝污染的最根本办法。（2）减量使用原则（Reduction）:对教学需要又无法替代的使用有毒物质或产生有毒物质的实验，可通过减量使用原则加以控制。（3）循环使用原则（Recycling）:包括回收未反映的原料，副产物以及助溶剂，催化剂等非反应试剂。（4）重新利用原则（Reuse）：循环使用和重新利用可有效实现“省资源，少污染，减成本”的目标要求，既是减少废物排放的需要，又是降低实验成本的需要。
2.实施高校绿色化学实验教学的必要性和可行性
化学是一门实践性和应用性很强的学科，化学知识广泛深刻地渗透进个人和社会生活的各个方面，化学实验是化学教学的重要组成部分，根据教育部拟定的基础课实验教学示范中心建设标准，化学实验课占理论课时数的120%左右。在我国的高校里，每天都有大批学生在进行各种各样的化学实验，所用的化学药品种类多，消耗量大，而且大部分有毒或有腐蚀性，有的实验过程还伴随有毒气体的产生，有的实验生成物就是有毒物质。大多数高校对学生每次实验所产生的污染物很少进行处理，而是直接排向环境中。学生在完成实验获取知识和技能的同时，也造成环境的污染。因此，在高校化学实验教学中加强绿色化学教育，对传统化学实验进行大胆的绿色化改革，并实施绿色化学实验，使学生知道并参与怎样减少化学实验污染及污染治理的实践，培养学生的环境保护和可持续发展意识，具有重要的现实意义和必要性。同时以绿色化学的原则为指导，结合化学教学实验自身的特点，实现化学教学实验绿色化的改革是势在必行的。
3.实验高校绿色化学实验教学的途径
优良的教学方法是有效实施实验教学绿色化的保障，它直接影响到教学效果。纵观化学专业的教学计划，学生至少有两到三学期的时间在实验室，因而实验教学方法是否得当成为实验真正绿色化的又一关键点。实验教学中遵从绿色化可从以下几方面进行。
（1）改进或删除有毒性的实验项目
依据绿色化学教学的要求，对实验教学课程体系进行重组，在保证实验教学的前提下，充分考虑试剂和产物的毒性以及整个实验过程所产生的“三废”对环境的污染情况，尽量选择低毒，污染较小且后处理容易的实验项目，改进或删除那些对环境污染大，毒性大，危害性大，“三废”处理困难的实验项目，并用有环保或有实际意义的实验项目代替。
（2）选用绿色原料，绿色溶剂，绿色催化剂
实现同一变换可能存在几种可供选择的原料，溶剂，催化剂。只要可能，实验过程中应尽量寻找实现同一变换最无害的试剂替代有毒有害的试剂；通过改变反应的溶剂，用不易挥发，无害溶剂来代替挥发，有毒的溶剂；用高效，无毒，无害的催化剂代替腐蚀性严重的催化剂。
（3）推广微量，半微量或减量化实验
微型化学实验是以微小量的试剂，在微量化的仪器装置中进行的化学实验。其特点是保证实验效果的同时，大大减少试剂用量，缩短实验时间，降低水电能的消耗，节约了实验经费，大大减少污染排放量，保护了环境。推广微量，半微量或减量化实验，能减少环境污染，是实现化学实验绿色化的一个重要途径。
（4）将某几个实验合并在一起
将几个实验合并在一起，开展串联实验，使本来存在几次污染的的实验变为一次污染，甚至没有污染。而且使前面实验的产物成为后面实验的原料。通过以上方法，可使试剂循环使用，不但能提高试剂的利用率，降低实验费用，而且在一定程度上减轻常规实验对环境的污染。
（5）引进微波，超声波技术
微波作为一种新型能量形式，具有反应条件温和，操作方便，时间短（节能）产率高，产品易纯化，减少用量或不用溶剂，对环境友好等优点。超声波化学利用超声波的空化作用，可提高许多反应的速度，改善目的产物的选择性，改善催化剂的表面形态，提高催化活性组分在载体上的分散性等［5］。在化学实验中引入微波，超声波技术，不但能减少环境污染，节约能源，而且有助于学生对相关的先进科学技术的了解，激发求知欲。这些技术的引入对增强化学实验内容的绿色化有十分重要的作用，因而也是实现化学实验绿色化的一个重要方法。
（6）采用现代教学手段，模拟化学仿真实验
利用计算机模拟仿真手段，简单的验证性实验可以让学生在计算机上进行模拟。一些实验条件高，危险性大或必须使用较多有毒有害的试剂，并在整个实验过程中排放较多有毒气体、有毒废水，给师生身体健康带来极大危害，且对环境破坏较大，而目前又无法通过改进而减少污染实现绿色化的实验，这次实验利用计算机多媒体技术既让学生学会了实验方式，又使那些毒性大、危险性较大、试剂昂贵的实验变成了绿色化的实验自始至终不会对人体和环境造成污染。
（7）妥善处理实验后废弃物
化学实验产生的废弃物，如果直接排放，不但会造成环境污染，而且会淡化学生的环保意识，养成不良的习惯。因此，对实验产生的废弃物应进行洁净化处理，真正实现化学实验绿色化。实验废弃物的处理应根据“变废为宝，化害为利，分别处理”的原则，首先考虑回收再用，然后根据废弃物的性质分别采取可行的物化方法、化学方法或生物方法进行处理。
（8）利用一些成品化的仪器来完成化学实验
利用一些成品化的仪器来完成化学实验，这种仪器和药品可循环使用，不存在污染毒害。
（9）注重实验室的绿色化管理
化学实验室是安全隐患较多的地方，因此实验技术人员要加强实验室绿色化管理。在实验室配制的化学试剂，要注意安全绿色化保管，防止挥发、风化、潮解、见光受热、氧化燃烧、爆炸，以及试剂间的相互作用。我们要根据化学试剂的特性进行分类，按一定的规则和顺序妥善保存。有剧毒性的试剂，不管浓度大小，使用多少就配制多少，已配好未用完的溶液要作无害化处理。实验结束后，我要求每一个学生仔细清洗好自己的仪器，并要打扫自己区域的桌面和试剂台面，无污染的废弃物直接处理，其他一律按规定的地点存放，促使学生养成实验时尽量少污染、零排放的绿色化学意识，养成了善始善终的好习惯。
4.结语
绿色化学是应用化学的技术和工艺去减少或消灭污染。绿色化学符合经济可持续发展的要求，其根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革现在的整个化学和化工。在高校化学实验中实验绿色化，加强绿色化教育，让人类赖以生存的地球环境会变得更加美好。
参考文献：
［1］白少伟.绿色化学理念及其在新教材中的体现［J］.化学教育，2005，（7）:14-15.
［2］钱诗靖.绿色化学及化学实验绿色化的研究［J］.齐齐哈尔医学院学报，2004，25，（11）:1288-1289.
［3］马春生.在高中化学教学之中渗透课程标准的理念［J］.化学教学，2005，（3）:1-5.
［4］邢晓轲，郑俊霞.高校绿色化学实验教学措施初探［J］.漯河职业技术学院学报，2008，7，（2）:92-93.
［5］江玉萍.浅谈高校化学实验的绿色化［J］.实验技术与管理.2005，22，（7）:94-97.
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