創(chuàng)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的途徑及方法探究

白志明

(甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程系,甘肅 天水 741025)

現(xiàn)今全球環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展是一個(gè)重要原因，它為人們帶來了驚訝的同時(shí)，也帶來了令人煩惱的環(huán)境污染問題，因此，在治理環(huán)境污染的進(jìn)程中，化學(xué)工作者對(duì)此負(fù)有不可推卸的責(zé)任.除大型工礦企業(yè)污染之外，每天數(shù)以萬計(jì)的高校、中學(xué)有大批學(xué)生在做各種各樣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中許多學(xué)校排放的廢物很少處理.雖然每次排放量不算大，但這種“聚沙成塔”的污染成分復(fù)雜.累計(jì)效應(yīng)實(shí)在不可輕視.隨著綠色化學(xué)日益深入人心,高校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室作為不可忽視的污染源,成為了環(huán)境威脅的一個(gè)重要方面.因此,創(chuàng)建高校綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室勢(shì)在必行.

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的污染特點(diǎn)

化學(xué)是一門中心科學(xué)，這門科學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)理論產(chǎn)生的基礎(chǔ)，化學(xué)的規(guī)律和成果建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，化學(xué)實(shí)驗(yàn)也是檢驗(yàn)化學(xué)理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn).

(1)污染物質(zhì)濃度大而集中，如無機(jī)酸、堿幾乎是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室所必需的，這些東西不加處理直接排放，會(huì)腐蝕下水管道，污染附近土壤;(2)種類較多，不像工廠那樣單一;(3)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室揮發(fā)性、有毒性物質(zhì)多.

2 建立綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的必要性

很多發(fā)達(dá)國(guó)家大學(xué)化學(xué)系都非常重視三廢處理問題，一般設(shè)置了由教授負(fù)責(zé)的處理本系三廢的領(lǐng)導(dǎo)班子.處理費(fèi)用投入也較大，而我國(guó)在這方面相對(duì)滯后.因此改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置和模式是相當(dāng)必要的.目前綠色化學(xué)已成為當(dāng)前化學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿，而且是21世紀(jì)化學(xué)發(fā)展的重要方向之一.它為人類解決化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供了有效的手段.綠色化學(xué)要求通過一系列的原理與方法來降低或除去化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用中有害物質(zhì)使用與產(chǎn)生，使設(shè)計(jì)的化學(xué)產(chǎn)品或過程對(duì)環(huán)境更加友好.也就是說我們要從源頭上控制污染，設(shè)計(jì)無污染的化學(xué)工藝，而不是等到污染之后再去治理.要實(shí)現(xiàn)這一過程，首先要從實(shí)驗(yàn)室開始，才能過渡到工業(yè)生產(chǎn).因此，化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)綠色化是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，以綠色化學(xué)的原則為指導(dǎo)，開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化革新是必要的，構(gòu)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室也是迫在眉捷.

3 實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室綠色化的途徑

綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是以綠色化學(xué)為指導(dǎo)，對(duì)環(huán)境無顯著毒副作用的實(shí)驗(yàn)室.綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)和任務(wù)是主動(dòng)地減少和消除實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)污染，而不是被動(dòng)地治理污染，這與綠色化學(xué)倡導(dǎo)的零污染或零排放理念是一致的.要達(dá)到綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，我認(rèn)為應(yīng)從以下幾方面著手.

3.1 培養(yǎng)教師的綠色理念

高素質(zhì)的學(xué)生需要高素質(zhì)的教師來培養(yǎng).老師要樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念,把綠色化學(xué)貫穿于化學(xué)教育之中，在實(shí)驗(yàn)態(tài)度上要養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、客觀、從容的品質(zhì).老師不僅要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)綠色化學(xué)的理論知識(shí),還要學(xué)習(xí)綠色化學(xué)技術(shù)的最新研究成果和發(fā)展方向,以及與之相關(guān)的學(xué)科知識(shí).要組織學(xué)生充分利用各種宣傳工具和媒體宣傳綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn);開放實(shí)驗(yàn)室開展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究;結(jié)合專業(yè)課程學(xué)習(xí),撰寫學(xué)術(shù)論文;在畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)中按綠色化學(xué)要求進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐;組織老師、專家、學(xué)者結(jié)合教學(xué)、科研,進(jìn)行經(jīng)常性的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì),讓綠色化學(xué)融入人才培養(yǎng)的全過程.只有老師有了綠色理念,才能在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的綠色理念.

3.2 把以劇毒物質(zhì)為主的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行刪除和改進(jìn)

在編寫教材時(shí)我們要大刀闊斧地刪除那些毒性大、危險(xiǎn)性大，三廢處理困難的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，無疑符合綠色化學(xué)之要求.如無機(jī)實(shí)驗(yàn)中含氰電鍍，As2O3的性質(zhì).NO2的性質(zhì)和制備，Cl2的氧化性，砷酸鹽的性質(zhì)等實(shí)驗(yàn).從北京師范大學(xué)等高校無機(jī)化學(xué)教研室主編的“無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”第三版的改進(jìn)上體現(xiàn)了出來，它刪除了第二版中相關(guān)內(nèi)容.又在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可用“肉桂酸”實(shí)驗(yàn)代替“喹啉”實(shí)驗(yàn)，避開了苯胺、硝基等有毒致癌試劑，可用“溴乙烷”實(shí)驗(yàn)代替“溴苯”實(shí)驗(yàn)，避開了笨、溴等對(duì)空氣污染大的試劑，減少對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也降低了低值易耗品的費(fèi)用；對(duì)于合成硝基酚，雙酚A及酚酞類化合物，由于反應(yīng)不可能完全，酚類在水中的溶解度較大，這些廢液中所含的酚類都是超標(biāo)的，可以加入漂白粉煮一下，以使酚類氧化分解后再倒掉，這個(gè)方法也適用于苯胺類化合物.

3.3 發(fā)展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，減少環(huán)境污染

微型化學(xué)操作技術(shù)是以盡可能少的試劑來獲取所需的化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法.其試劑用量為對(duì)應(yīng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)數(shù)的十分之一至千分之一.開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，增強(qiáng)環(huán)境意識(shí).其優(yōu)越性有如下幾點(diǎn):

(1)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，特別是微型制備方法，并非常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單縮小，其中相當(dāng)一部分是近代科研方法的模擬(在近期大量文獻(xiàn)中，有機(jī)合成多是毫摩爾級(jí)的).它將合成與鑒定融為一體，利用紅外、色譜、核磁共振等現(xiàn)代儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)制得的少量產(chǎn)物進(jìn)行組成與結(jié)構(gòu)的測(cè)試.通過由常量到微型實(shí)驗(yàn)的方法演變，使學(xué)生體會(huì)到如何利用化學(xué)基本原理來重新設(shè)計(jì)、改造、組合各種儀器裝置，以滿足不同規(guī)格的實(shí)驗(yàn)要求.這個(gè)靈活應(yīng)用知識(shí)的過程，對(duì)活躍學(xué)生的思路，激發(fā)他們的創(chuàng)造力將起到積極的作用.另外，微型制備實(shí)驗(yàn)把合成產(chǎn)物的數(shù)量控制在不超過后續(xù)測(cè)試的需用量作為原則.這樣，既滿足實(shí)驗(yàn)所需獲取的化學(xué)信息的要求，又大幅度地降低原料試劑的用量，減少化學(xué)反應(yīng)對(duì)環(huán)境的污染，其經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的.同時(shí)，試劑量可使反應(yīng)時(shí)間縮小，一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更易觀察，有良好的教學(xué)效果.

(2)采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容方法的改革是一個(gè)促進(jìn)，特別是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于經(jīng)費(fèi)緊張，開出的實(shí)驗(yàn)少，有些學(xué)校干脆不開實(shí)驗(yàn)，只是教師演示而已.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全節(jié)省，解除了實(shí)驗(yàn)教師的不少后顧之憂.他們可更放手在采用開放型和探索型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式去因材施教.如對(duì)同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可設(shè)計(jì)幾種不同的原料或幾個(gè)不同的用量，由學(xué)生選做.改變過去那種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求過于統(tǒng)一的格局，充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使他們?cè)谥鲃?dòng)探索的氣氛中，做好微型化學(xué)實(shí)驗(yàn).微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器、藥劑、滴瓶小巧便攜，為課堂上邊講邊做提供了方便.有的學(xué)校在元素與化合物的教學(xué)中，每堂結(jié)合講解內(nèi)容做幾個(gè)微型實(shí)驗(yàn)從而改變過去敘述性內(nèi)容教學(xué)枯燥乏味的情況，收到較好的效果.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)還為開展課余的化學(xué)科技活動(dòng)增添了新的內(nèi)容和手段.

3.4 實(shí)驗(yàn)室廢棄物的處理

(1)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)酸槽和廢堿槽，一段時(shí)間后，將其進(jìn)行中和達(dá)到規(guī)定的pH值6—9后再排放;(2)貴重的藥品的廢液也要經(jīng)化學(xué)處理后再排放;(3)對(duì)一些有毒有機(jī)難溶物要經(jīng)過蒸餾回收處理后再排放.這些方法能增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，使他們知道化學(xué)試劑的使用原則，明確即使是點(diǎn)滴量的化學(xué)藥品，也能發(fā)生顯著反應(yīng)，所以不能隨意排放，污染我們賴以生存的地球.

3.5 增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，提高科技含量

當(dāng)今時(shí)代，科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，促進(jìn)了各學(xué)科之間的滲透，學(xué)科間的界限也將變的越來越模糊，因此，如何培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用各化學(xué)學(xué)科的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能來解決實(shí)際問題的能力，成為一個(gè)迫切的課題，是值得我們?cè)谛熒P(guān)注和思考的.

3.6 建設(shè)模擬化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)

一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)都會(huì)消耗大量的藥品和產(chǎn)生許多廢棄物,對(duì)于那些藥品消耗量大或易爆、操作不易控制或必須使用有毒有害試劑的實(shí)驗(yàn),采用多媒體進(jìn)行模擬化學(xué)仿真是行之有效的方法之一.如:有機(jī)化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等,注重培養(yǎng)的是學(xué)生的觀察能力,而對(duì)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力無多大的幫助,且準(zhǔn)備這類實(shí)驗(yàn)需耗費(fèi)大量人力、物力,會(huì)造成一定的污染,而實(shí)驗(yàn)效果往往并不理想.如何讓學(xué)生既能觀察到實(shí)驗(yàn)中的有趣現(xiàn)象,以驗(yàn)證理論,又避免浪費(fèi)和污染,CAI課件就能很好地實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的.由于多媒體化學(xué)實(shí)驗(yàn)CAI課件對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、儀器、藥品和實(shí)驗(yàn)過程做了詳細(xì)的描述,并使用視圖、聲音、動(dòng)圖等效果,讓學(xué)生有身臨其境的感覺,故而能使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中學(xué)會(huì)化學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)方法,有效地克服實(shí)驗(yàn)帶來的污染和不安全因素.達(dá)到了我們教學(xué)預(yù)期的目的.

世界需要綠色化，人類文明的重要組成部分——科學(xué)實(shí)驗(yàn)首先綠色化，對(duì)于推動(dòng)納米科技的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)手段和技術(shù)改進(jìn)有極好作用.構(gòu)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，符合環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為保護(hù)環(huán)境盡一份力，我們高校教師和當(dāng)代大學(xué)生有不可推卸的責(zé)任.

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[2]張旭.王益民.馬文權(quán).高等學(xué)校綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室措施初探[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2006,3(3):55-56.

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