精細化工專業(yè)實驗的綠色化建設(shè)和教學(xué)改革探索

趙天琦， 陳曉東， 孟繁雨

（吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長春 130012）

精細化工專業(yè)實驗的綠色化建設(shè)和教學(xué)改革探索

趙天琦， 陳曉東， 孟繁雨

（吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長春 130012）

實驗室是學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和專業(yè)知識、驗證所學(xué)理論、掌握實驗技巧的場所，同時也是提高學(xué)生自身素質(zhì)和培養(yǎng)其先進思想理念的平臺。隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，有毒有害原料和溶劑的使用及廢物排放對大氣、水、土壤等造成的污染問題日益嚴重。這不僅給人類健康和生活環(huán)境帶來了嚴重的危害，更警醒人們探索綠色化學(xué)。如何改善實驗室的硬件環(huán)境，提高教師和學(xué)生的綠色化學(xué)意識，改革以往不注重環(huán)保的粗放實驗及教學(xué)模式，是一線實驗教師的責(zé)任。為實現(xiàn)精細化工專業(yè)實驗的綠色化建設(shè)，從實驗室合理規(guī)劃布局、實驗課程設(shè)置和實驗教材內(nèi)容改進、實驗室規(guī)章制度建立等方面對精細化工專業(yè)實驗進行了全方位教學(xué)實踐改革的探索，促進了專業(yè)化學(xué)實驗室的綠色化建設(shè)，培養(yǎng)了大學(xué)生綠色環(huán)保理念。

綠色化學(xué);教學(xué)改革;綠色化建設(shè);環(huán)保理念

0 引言

隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，有毒有害原料和溶劑的使用及廢物排放對大氣、水、土壤等造成的污染問題日益嚴重。這不僅給人類健康和生活環(huán)境帶來了嚴重的危害，更警醒人們探索綠色化學(xué)［1-5］，從源頭上減少或消除有毒有害廢物的產(chǎn)生，以期最終實現(xiàn)廢物的零排放［6-7］。走綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展之路［8-9］。

大學(xué)實驗室是學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和專業(yè)知識、驗證所學(xué)理論、掌握實驗技巧的場所，同時也是提高他們自身素質(zhì)和培養(yǎng)其先進思想理念的平臺。如何改善實驗室的硬件環(huán)境，提高教師和學(xué)生的綠色化學(xué)意識，改革以往不注重環(huán)保的粗放實驗及教學(xué)模式，是我們一線實驗教師的責(zé)任。為此我們利用學(xué)校搬遷，實驗室建設(shè)重新改造的契機，按照綠色環(huán)保的理念對專業(yè)實驗室重新進行了合理規(guī)劃和布局，在不影響專業(yè)實驗教學(xué)大綱要求的前提下，組織從事環(huán)?？茖W(xué)研究的實驗老教師對專業(yè)實驗教材內(nèi)容按“5R”(減量化Reduce、再利用Reuse、拒用Rejection、再生Regeneration、再循環(huán)Recycle)的原則［10-11］進行了二次整編。同時實驗室制定了一系列嚴格的符合環(huán)保要求的規(guī)章制度。并在每學(xué)期末組織實驗師生針對現(xiàn)有的實驗室綠色化建設(shè)［12］提出合理化整改建議，不斷完善實驗室的綠色化建設(shè)和教學(xué)。

1 實驗室建設(shè)面臨的困境

(1)缺乏整體布局。由于精細化工專業(yè)是國家教委80年代后期開始在全國部分高校建立的新專業(yè)，當(dāng)時學(xué)校各方面條件還不完善，是由學(xué)院從其他科室擠拼出的幾個不在一起的小房間，嚴格意義不能算是規(guī)范實驗室。更談不上合理整體布局規(guī)劃。

(2)實驗課程設(shè)置不合理。建專業(yè)實驗室之初，由于缺少綠色化學(xué)的思想理念，教師編寫的原始實驗教材重點是以實驗內(nèi)容與所開專業(yè)課配套為著眼點，單方面強調(diào)學(xué)生的專業(yè)知識的實踐提高，沒有考慮要同時兼顧綠色化學(xué)內(nèi)容。

(3)缺少綠色化實驗室建設(shè)的管理體系。實驗室沒有一套相對完善的與綠色化［13-14］實驗室建設(shè)相適應(yīng)的規(guī)章制度，教師和學(xué)生無行為規(guī)范可依。

2 實驗室的綠色化建設(shè)

新建實驗室后，我們以實驗室綠色化建設(shè)為核心加強了實驗室的排風(fēng)系統(tǒng)等硬件建設(shè)、對實驗室的布局進行了整體規(guī)劃。

2.1 實驗室綠色化的硬件保障和措施

學(xué)校對易產(chǎn)生污染的各實驗室加裝了大功率通排風(fēng)系統(tǒng)，為了防止實驗過程中所產(chǎn)生的廢氣對實驗室及周圍環(huán)境造成污染，根據(jù)廢氣污染物的具體性質(zhì)和數(shù)量，安排產(chǎn)生有害氣體的實驗在通風(fēng)櫥柜中進行，并選擇了適當(dāng)?shù)姆椒▽λ鼈冞M行凈化處理。例如:采取燃燒法、吸收法、吸附法等，在廢氣排放前加以凈化，確保有良好的實驗環(huán)境條件，保證了實驗區(qū)周圍大氣環(huán)境的達標。解決了有毒氣體的污染問題。

其次對實驗產(chǎn)生的有害液體，利用專業(yè)特有的精餾等設(shè)備優(yōu)勢，采取混合液體集中精餾加以回收循環(huán)利用，個別有毒有害固體物質(zhì)不能回收利用的，采取集中收集，定期送到學(xué)校指定場所統(tǒng)一處理，解決了有毒液體、固體的污染問題，在實驗室建設(shè)規(guī)劃的硬件措施上為實驗室的綠色化提供了科學(xué)保障。

2.2 實驗室的合理布局和科學(xué)管理

實驗室新建后，專業(yè)實驗室按功能進行了合理劃分:教師批改作業(yè)的資料室、實驗準備室、藥品儲備室、合成類實驗室、測試類實驗室等。其中對易產(chǎn)生污染的合成類實驗室:每個試驗臺旁專設(shè)有針對不同實驗的相應(yīng)的回收瓶具和裝置，并貼有對應(yīng)標簽，方便學(xué)生實驗過程中隨時對產(chǎn)生的有毒有害化學(xué)品的回收利用;對易產(chǎn)生污染的藥品儲備室:各類藥品嚴格執(zhí)行分類存放分開保管等科學(xué)措施。如:無機類按酸、堿、鹽分類、有機類按官能團分類、其他雜類按表面活性劑、香精等分類。尤其對劇毒、易爆藥品，專門保存在特制的墻柜里，并加鎖。對強腐蝕性、強氧化性藥品也用瓷磚砌成專柜存放。同時做到注意化學(xué)藥品的存放期限，室內(nèi)恒溫、恒濕、保持通風(fēng)通暢等保障措施?？傊瑢嶒炇业乃幤贩诸惔娣挪嵤┛茖W(xué)管理，既能減少實驗藥品的浪費，節(jié)約經(jīng)費開支，又能降低化學(xué)藥品對環(huán)境的污染，是構(gòu)建綠色化學(xué)實驗室建設(shè)的一項重要環(huán)節(jié)。顯著提高了實驗室的綠色化科學(xué)化管理水平。

3 實驗課程設(shè)置的改進

建立綠色化學(xué)實驗室，其根本目的是從節(jié)約資源和防治污染的觀點來重新審視和改革傳統(tǒng)化學(xué)與化工實驗，按照“5R”原則解決化學(xué)與化工實驗中出現(xiàn)的污染問題，目的是減少和消除對環(huán)境的污染，培養(yǎng)并提高學(xué)生的綠色環(huán)保意識和專業(yè)知識技能。

化工精化實驗室因做實驗的學(xué)生很多，綠色化學(xué)教育的問題與師生的身體健康息息相關(guān)，影響較大，危害明顯。因此，教師與實驗技術(shù)人員在綠色化學(xué)教育方面意識要加強。近年來我們在實驗設(shè)置和實驗教材內(nèi)容等多方面探索了一系列綠色化改進措施。

3.1 減少試劑用量

實驗試劑的用量盡可能少。將制備實驗的試劑用量減至最少，性質(zhì)實驗采用半微量分析的方法，減少了藥品浪費，降低實驗污染。

3.2 大力倡導(dǎo)采用綠色實驗技術(shù)手段

實驗污染主要是由實驗中所用的高毒試劑引起的，在保證實驗效果目標的前提下，盡量采用微波等環(huán)保方法對實驗儀器進行洗滌;用超臨界水等無毒害、無污染或低毒害、低污染的試劑替代毒性較強的試劑;用酒精溫度計和儀表式溫度計代替水銀溫度計避免可能帶來的汞污染。再如我們在精化專業(yè)實驗中讓學(xué)生采用高粱籽殼作原料提取制備綠色環(huán)保型染發(fā)劑，學(xué)生們試驗后，頗有感悟。

3.3 調(diào)整實驗教材內(nèi)容，多途徑實現(xiàn)綠色化

3.3.1 利用可再生資源合成化學(xué)品

用可再生資源［15-16］或其副產(chǎn)品做化工原料，是綠色化學(xué)的一項戰(zhàn)略任務(wù)。我們在精化專業(yè)實驗講義內(nèi)容編排上把精細化學(xué)品合成的幾類不同實驗的原料都統(tǒng)一以農(nóng)作物玉米秸棉籽殼提取物糠醛為原料，由糠醛原料出發(fā)分別制備:屬基礎(chǔ)化工原料塑料增塑劑、食品防腐劑用的糠酸 、屬食品酸味添加劑用的富馬酸(反丁烯二酸)和黏合劑基礎(chǔ)原料用的糠酮樹脂，再用糠酮樹脂制備黏合劑。探索出利用由可再生資源糠醛出發(fā)合成多類精化產(chǎn)品的可持續(xù)化環(huán)保實驗途徑。

3.3.2 采用了一條龍循環(huán)實驗

一條龍實驗的含義是把多個相關(guān)實驗有機地結(jié)合起來，把前一個實驗所得到的產(chǎn)品(結(jié)果)，作為下一個實驗的原料，從而形成了多個實驗串聯(lián)在一起的一條龍實驗。這種實驗的特點是能盡量減少中間環(huán)節(jié)的物料排放，同時也節(jié)省了后續(xù)實驗所需的化學(xué)藥品原料。

例如:我們利用上一個實驗合成的產(chǎn)物N，N-二甲基十二烷胺做下一合成反應(yīng)十二烷基甜菜堿的原料來合成兩性表面活性劑十二烷基甜菜堿，再把該十二烷基甜菜堿做為測量表面活性劑性能實驗─表面張力實驗和泡沫高度測量實驗的配劑，其實驗后的廢液還可收集起來作實驗室洗刷燒杯、燒瓶類的洗滌劑用。充分實現(xiàn)了綠色節(jié)約環(huán)保。

3.3.3 多方法實現(xiàn)實驗室廢水治理

(1)利用實驗有的廢水呈強酸性，有的呈強堿性，可利用廢水自身的酸堿中和，達到廢水治理的目的。

(2)利用膜過濾方法進行廢水處理。

(3)上面的廢水可通過實驗室的水循環(huán)泵進行循環(huán)利用。如:做實驗反應(yīng)的冷卻水循環(huán)利用等。

3.3.4 畢業(yè)論文結(jié)合教師科研開展綠色課題研究

組織專業(yè)畢業(yè)學(xué)生以超臨界水為綠色溶劑開展油頁巖中石油提取研究。用酶選擇性催化在室溫水中一系列反應(yīng)實現(xiàn)工業(yè)上廢水污染治理等綠色環(huán)保課題研究。以及開展具有綠色化性能的油脂基表面活性劑的研發(fā)。同時鼓勵和引導(dǎo)專業(yè)學(xué)生開展不使用有機溶劑參加反應(yīng)的研磨法固相反應(yīng)、微波促進的固相反應(yīng)及高溫固相反應(yīng)等多方面環(huán)保型課題的探究。

3.3.5 充分發(fā)揮教學(xué)多媒體仿真實驗的作用

在實驗教學(xué)中，計算機仿真實驗(模擬化學(xué)實驗輔助教學(xué))是一種化學(xué)試劑和儀器裝置零投入零廢棄物排放的特殊實驗方式，特別是某些毒害或危險性較大的化學(xué)實驗可以采用這種方式，可防止付出高昂的環(huán)境代價，是減少重復(fù)污染的有效方法。

我們在易出錯較危險的真空減壓操作實驗和較復(fù)雜的精餾實驗等教學(xué)中引入了各種多媒體仿真教學(xué)軟件，拷貝給學(xué)生，作為他們實驗前預(yù)演的資料。提高學(xué)生對關(guān)鍵知識點的掌握和興趣，強化了學(xué)生實驗動手能力、樹立了環(huán)保觀念。

4 強化培養(yǎng)大學(xué)生綠色環(huán)保理念

每學(xué)期開學(xué)實驗前，首先組織學(xué)生熟悉各實驗室，尤其要認真學(xué)習(xí)各實驗室的規(guī)章制度，然后參觀資料室，那里陳列有歷屆有關(guān)對實驗室開展綠色化學(xué)實踐的體會、合理化建議，也有學(xué)生們在綠色化學(xué)研究方面的論文。還有實驗教師搜集的有關(guān)綠色化學(xué)的相關(guān)書籍和資料。最后要求每名學(xué)生寫出一篇以實驗室綠色化建設(shè)相關(guān)的書面報告。加強本專業(yè)學(xué)生對實驗過程綠色化教學(xué)認識［17-18］，提高他們的綠色環(huán)保理念。

學(xué)期實驗結(jié)束后，我們組織學(xué)生舉行公開討論，由每個小組闡述結(jié)合實驗內(nèi)容在綠色化學(xué)方面提出可行的改進和建議或展示他們的實驗成果。對有價值的放到資料室存檔。

通過這一環(huán)節(jié)的相互學(xué)習(xí)、相互交流，加深了學(xué)生對綠色化學(xué)的進一步的理解和認識。

5 結(jié)語

多年的一線實驗教學(xué)實踐，我們深切體會到探索精細化工專業(yè)實驗室的綠色化建設(shè)和實驗教學(xué)改革是全方位的，不僅要抓好實驗室硬件方面建設(shè)，還要抓好實驗教材內(nèi)容等軟件方面的建設(shè)，更要不斷探索學(xué)生創(chuàng)新能力、綠色環(huán)保理念的提高和培養(yǎng)，使綠色環(huán)保理念深深植根于他們的內(nèi)心深處。相信不斷探索實驗室的綠色化建設(shè)，不斷提高實驗內(nèi)容綠色化水平，促進師生綠色化學(xué)理念的更新，是我們化學(xué)工作者刻不容緩的責(zé)任，走可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保之路，將永遠是我們走向美好未來的不懈追求目標。

［1］ 閔恩澤，傅 軍.綠色化學(xué)的進展［J］.化學(xué)通報，1999(1):10-15.

MIN En-ze，F(xiàn)U Jun.The progress of green chemistry［J］.Journal of chemistry，1999(1):10-15.

［2］ 白雅琴.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的新的化學(xué)——綠色化學(xué)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2003，29(1):103-105.

BAI Ya-qin.Sustainable development strategy of new chemicalgreen chemistry ［J］.Journal of Inner Mongolia Petrochemical.2003，29(1):103-105.

［3］ 楊雙春，楊蘭英.2008年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎項目介紹［J］.精細化工，2008，25(8):729-732.

YANG SHuang-chun， YANG Lan-ying. In 2008 the American presidential green chemistry challenge awards program introduction［J］.Journal of Fine Chemical Industry，2008，25(8):729-732.

［4］ 李勝方，鄒 濤，黃衛(wèi)東，等.精細化工專業(yè)課教學(xué)中的綠色化學(xué)探討［J］.理工學(xué)院學(xué)報，2010，26(4):56-58.

LI SHeng-fang，ZOH Tao，HUANG Wei-dong，et al.Fine chemical specialized course teaching of green chemistry study［J］.Journal of Institute of Technology，2010，26(4):56-58.

［5］ 梁 起，黃華珍，唐建鋒，等.綠色化學(xué)實驗的探索［J］.實驗技術(shù)與管理，2004，21(1):109-111.

LIANG Qi，Huang Hua-zhen，Tang Jian-feng，et al.Exploration of green chemistry experiment［J］.Journal of Experimental Technology and Management，2004，21(1):109-111.

［6］ 賈壽華，盛 峰，王玉華.搞好“三廢”綜合治理，創(chuàng)建綠色化學(xué)實驗室［J］.實驗技術(shù)與管理，2004，21(2):139-142.

JIA SHou-hua，SHENG Feng，WANG Yu-hua.We will improve all facets of"three wastes"，to create green chemistry laboratory［J］.Journal of Experimental Technology and Management，2004，21(2):139-142.

［7］ 徐 飛，李生英，張 梅，等.大學(xué)無機化學(xué)實驗中“三廢”的綠色化處理［J］.實驗室科學(xué)，2008(2):170-173.

XU Fei，LI Sheng-ying Zhang Mei，et al.University of inorganic chemistry experiment in the greening of"three wastes"treatment［J］.Journal of Laboratory Science，2008(2):170-173.

［8］ 韋新生.21世紀精細化工的發(fā)展［J］.化學(xué)推進劑與高分子材料，2005，3(2):10-14.

WEI Xin-sheng.The development of fine chemical industry in the 21st century ［J］.Chemical Propellant and Polymer Materials，2005，3(2):10-14.

［9］ 韓秋燕.我國精細與專用化學(xué)品發(fā)展展望［J］.化工技術(shù)經(jīng)濟，2003，21(2):1-5，14.

Han Qiu-yan.Fine and specialty chemicals development prospect in China［J］.Journal of Chemical Technology Economy，2003，21(2):1-5，14.

［10］ 徐常龍，曹小華，劉新強，等.綠色化學(xué)實驗設(shè)計初探［J］.實驗技術(shù)與管 理，2009，26(11):137-139.

XU CHang-long， CAO Xiao-hua， LIU Xin-jiang，et al. Green chemistry experiment design study［J］.Journal of Experimental Technology and Management，2009，26(11)，137-139.

［11］ 楊延梅.提倡綠色化學(xué)實驗，推動實驗教學(xué)改革［J］.高校實驗室工作研究，2011，108(2):3-4，98.

YANG Yan-mei. Advocate green chemistry experiment， promote experiment teaching reform ［J］.University Laboratory Research，2011，108(2):3-4.98.

［12］ 李紅霞，王坤杰，宋玉民.化學(xué)實驗室綠色化建設(shè)研究［J］.甘肅科技，2009，25(16):169-171.

LI Hong-xia，WANG Kun-jie，SONG Yu-min.Green chemistry lab construction research ［J］. JournalofGansu Science and Technology，2009，25(16):169-171.

［13］ 孫 華，汪 軍，尹延斌.農(nóng)業(yè)院?；A(chǔ)化學(xué)實驗室的綠色化探索與實踐［J］.高校實驗室工作研究，2009，101:67，70.

SUN Hua，WANG Jun，YIN Yan-bin.Agricultural colleges greening exploration and practice of basic chemistry laboratory［J］.Journal of Colleges and Universities Laboratory Research，2009，101:67，70.

［14］ 張少峰.化學(xué)實驗教學(xué)綠色化的探討［J］.陰山學(xué)刊，2006，20(4):96-97.

ZHANG SHao-feng.The greening of chemistry experiment teaching to explore［J］.Journal of Yinshan，2006，20(4):96-97.

［15］ 岑沛霖，穆江華，趙春暉，等.從可再生資源獲得新型綠色“平臺化合物”乙酞丙酸的研究與開發(fā)［J］.生物加工過程，2003(1):17-22.

CEN Pei-Lin， MU Jiang-ua， ZHAO Chun-hui，etal. From renewable resources for new green"platform compound b phthalein"research and development of propionic acid ［J］.Journal of Biological Processes，2003(1):17-22.

［16］ 吳 燕，衣守志，劉丹鳳，等.實驗室乙醇-環(huán)己烷廢液的分離與回收［J］.中國輕工教育，2006，35:27-28.

WU Yan，YI SHou-zhi，LIU Dan-feng，et al.Laboratory separation of ethanol-cyclohexane liquid waste and recycling［J］.Journal of China Light Industry Education，2006，35:27-28.

［17］ 李克華，李愛國，童金強，等.實驗教學(xué)改革與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］.長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009(2):399-400.

LI Ke-hua，Li Ai-guo，TONG Jin-qiang，et al.The experimental teaching reform and the students＇innovative ability training ［J］.Journal of Yangtze University(Natural Science Edition)，2009(2):399-400.

［18］ 方巧芳.在化學(xué)實驗中滲透綠色化學(xué)的教育思想［J］.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006，6(6):86-88.

FANG Qiao-fang.Infiltration ofgreen chemistry in chemistry experiments education thought［J］.Journal of Jinhua Professional Technology Institute，2006，6(6):86-88.

The Exploration of Greening Construction and Teaching Reform on Specialized Experiment of Fine Chemical Industry

ZHAO Tian-qi，CHEN Xiao-dong，MENG Fan-yu
(Chemical College，Jilin University，Changchun 130012，China)

Laboratory is the place where students study the basic and professional knowledge，test the learned theories and master experimental skills.It also provides a platform for students to improve their own quality and to develop the advanced idea.With the rapid development of chemical industry，the pollution problem to the atmosphere，water，soil caused by the use of poisonous and harmful materials and solvent and waste emissions is becoming more and more serious.This has brought serious harm to human health and living environment.Meanwhile，it alerts people to explore green chemistry.It is our responsibility as a frontline experimental teachers to improve laboratory hardware environment，to improve the teachers＇and students＇consciousness of green chemistry，and to reform the past extensive experiments and teaching model without paying attention to the environmental protection.In order to achieve the greening construction of specialized experiment of fine chemical industry，the comprehensive exploration of experimental teaching practice reform on specialized experiment of fine chemical industry，such as reasonable planning and layout of the laboratory，experimental curriculum and improvement of experimental teaching material，the establishment of laboratory regulations et al，has been carried out，and will help to further promote the greening construction of fine chemical lab and foster the college students’concept of green environmental protection.

green chemistry;educational reform;green construction;the concept of environmental protection

TQ 396

A

1006－7167(2014)05－0144－04

2013－06－19

教育部“十二五”質(zhì)量工程項目(20120820)

趙天琦(1963－)，男，吉林長春人，碩士，高級工程師，研究方向:主要從事有機和精細化學(xué)品合成實驗教學(xué)與研究。

Tel:15526636118;E-mail:zhaotq@jlu.edu.cn