化工實驗改革與綠色化學(xué)理念的運用研究

蒲艷玲

（蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，甘肅蘭州730070）

化工實驗改革與綠色化學(xué)理念的運用研究

蒲艷玲

（蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，甘肅蘭州730070）

我國改革開放以來，伴隨著國家化工技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今我國化工技術(shù)已經(jīng)排在了世界前列，化工產(chǎn)品和人們的日常生活有著緊密的聯(lián)系，特別是擁有一些高質(zhì)量要求和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化工材料等化學(xué)物品?；嶒炆婕胺秶浅V泛，如材料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、燃料等幾十種行業(yè)，近代世界各國都在不斷研究、發(fā)展化學(xué)工藝，這就造成了大面積的化學(xué)污染。隨著社會的不斷發(fā)展，國家和人民的環(huán)保理念越來越強(qiáng)，綠色化學(xué)理念也孕育而生?；诖耍饕v述化工實驗改革方法，以及把綠色化學(xué)理念融入到化工實驗之中。

化工實驗改革；綠色化學(xué)理念；環(huán)境污染；策略

近幾年，我國的化工技術(shù)有了很大的發(fā)展，逐漸推出了許多新品種，產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)和合成工藝都有很大的變化，國家、機(jī)構(gòu)、人民更加注重把綠色化學(xué)理念應(yīng)用在化工實驗中。綠色化學(xué)是傳統(tǒng)化學(xué)的升華，其最主要的特點就是源自經(jīng)濟(jì)性，即在獲得新物質(zhì)的化學(xué)實驗過程中，更加充分地利用每個原子原料，實現(xiàn)真正的“零排放”，把傳統(tǒng)化學(xué)的“粗放型”改變成現(xiàn)代化學(xué)的“集約型”，不僅是讓資源的利用更加充分，更重要的是大大減少了化工污染。所以，綠色化學(xué)理念的根本作用就是節(jié)約資源和防止污染，重新審視、革新傳統(tǒng)化學(xué)，從根本上解決化工多帶來的污染問題。

1 傳統(tǒng)化工、化學(xué)帶來的一些問題

隨著化工、化學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類生活中處處都有化學(xué)的存在，化學(xué)其實是一種能量的轉(zhuǎn)變，人類誕生初期是沒有化學(xué)存在的，自從人類第一次使用火開始，人類就已經(jīng)開始利用化學(xué)。人類通過對化學(xué)的利用，使得生活變得便捷、美好。但是，很多的化學(xué)產(chǎn)物卻對人類、生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生極大的威脅。很多老人都會說現(xiàn)如今的水沒有以前清澈，現(xiàn)如今的天沒有以前藍(lán)，現(xiàn)如今的霧霾更是在以前沒見過的。化學(xué)作為人類生活的必須品，如何減少化學(xué)、化工制品對生態(tài)的危害，取決于化學(xué)運用的途徑和控制程度。

火在人們生活中隨處可見，人們所熟知的火是一些可燃物品在空氣中發(fā)生了氧化反應(yīng)放出光和熱的過程?；鸬某霈F(xiàn)有效地解決了人們的吃、穿、住、行的質(zhì)量。人們可以通過各個媒體得知，遠(yuǎn)古時期人類在沒有使用火之前，任何食物都是生吃，這樣食物味道不好且含有各種病菌威脅。想象一下，如果在電氣化之前沒有火，人們的冬天可能會穿很多衣服，使人們的行動顯得非常笨拙。而火的利用有效地解決了這個問題。但是，如果人們對火的利用不完善，就會造成很大損失，甚至?xí){人類的生命。如果是單純的碳?xì)漕惢衔飼a(chǎn)生一氧化碳和碳粉塵，如果燃料中含有氮、硫等雜質(zhì)，則會產(chǎn)生二氧化硫和一氧化氮等有害氣體。此外，不完全燃燒的還可能產(chǎn)生一些較為復(fù)雜的物質(zhì)等。以上氣體皆對人體、生態(tài)環(huán)境有害，就算是燃燒中產(chǎn)生最多的溫室氣體如二氧化碳等，雖對人體沒有直接的影響，但是過多會直接影響生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而影響人類生活。這一系列問題都取決于人類對火的利用程度和方法。

在科技迅速發(fā)展的今天，化學(xué)可以為人類提供更好的服務(wù)，但同時也帶來了巨大的危害。例如，人類對化石燃料的開采和利用給人們解決了能源問題，但在這些化石燃料使用的過程中產(chǎn)生的二氧化碳和一些有毒氣體對大氣產(chǎn)生了極大的危害，如溫室效應(yīng)、光化學(xué)污染、臭氧空洞、霧霾和酸雨等一系類危害人類健康和生態(tài)平衡等問題。但是，現(xiàn)代化人類已經(jīng)清楚地認(rèn)識到了這些問題，人類正在進(jìn)行的新能源的研究就是在解決這一系列問題。而正是對新能源的開發(fā)和使用，使人們能夠更好地利用化學(xué)、化工為人們服務(wù)，使得人們生活環(huán)境更加干凈。

相對于化石燃料對人們的影響，有些化學(xué)反應(yīng)在戰(zhàn)爭領(lǐng)域的應(yīng)用更加高效且迅速地置人于死地，這就是常說的化學(xué)戰(zhàn)劑。常見的化學(xué)戰(zhàn)劑有沙林、芥子氣、新失能劑EA4923等。以沙林毒氣為例，沙林學(xué)名為甲氟磷酸異丙酯，化學(xué)式為（CH3）2COOPF（CH3）。其殺傷機(jī)理主要是摧毀人的神經(jīng)系統(tǒng)，一滴這樣的毒氣在幾分鐘內(nèi)就能殺死一個人。前些年，新聞總會報道哪個國家原子彈爆破成功，人們都是原子彈是核聚變，在地球上無論哪個區(qū)域爆炸，都會導(dǎo)致該區(qū)域很多年不長植物，雖然爆破都在無人島上，但這樣的試爆同樣會污染環(huán)境。而這樣的大規(guī)模殺傷性武器卻并不需要復(fù)雜的化學(xué)變化，所以特別容易被人們利用。這是化工、化學(xué)的一個大大的弊端。

化學(xué)和其他一些科學(xué)一樣給人們帶來美好生活的同時也能帶來災(zāi)難。這完全取決于人們運用化學(xué)的途徑。隨著化工、化學(xué)等問題的不斷擴(kuò)大，人類也已經(jīng)認(rèn)識到了要保護(hù)賴以生存的環(huán)境，逐漸提出了“綠色化學(xué)”的理念，并應(yīng)用到化工實驗當(dāng)中。現(xiàn)如今人類利用化學(xué)更多是利大于弊，而且弊端也逐漸被人類控制。

2 綠色化學(xué)的定義和特點

綠色化學(xué)又被稱之為“環(huán)境無害化學(xué)”“環(huán)境友好化學(xué)”“清潔化學(xué)”，綠色化學(xué)是近十年才產(chǎn)生進(jìn)而得到發(fā)展的，是一個“新化學(xué)嬰兒”。其涉及范圍廣，其中包含有機(jī)合成、生物化學(xué)、催化、分析化學(xué)等內(nèi)容。綠色化學(xué)的根本目的就是預(yù)防污染，綠色化學(xué)的理念是零排放、零污染。全球很多國家已經(jīng)把綠色化學(xué)作為新世紀(jì)化學(xué)進(jìn)展的主要方向之一。

綠色化學(xué)主要的特點是：充分利用資源和能量，采用無毒、無害的原料；在無毒、無害的條件下進(jìn)行反應(yīng)，以減少廢物向環(huán)境排放；提高原子的利用率，盡可能讓所有原料的原子都被產(chǎn)品所消耗，實現(xiàn)真正的“零排放”；利用現(xiàn)代科技生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護(hù)、人類健康的環(huán)境友好型產(chǎn)品。

3 如何在綠色化學(xué)理念下完成化工實驗

3.1 改革化工實驗內(nèi)容，建立綠色化工理念

綠色化學(xué)理念是在化工化學(xué)領(lǐng)域的一種可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施，更是受到了全世界的關(guān)注。綠色化工理念是在研究和設(shè)計過程中，科研與生產(chǎn)過程中實現(xiàn)沒有或者非常小的環(huán)境污染問題，并且在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面進(jìn)行化學(xué)的過程?？傊G色化學(xué)理念是從根本上阻止化學(xué)所帶來的污染。綠色化學(xué)預(yù)防化學(xué)污染的核心是“4R”，分別是不用危害品（reject）、減少用量（reduce）、循環(huán)使用（recycle）、收回重用（reuse）。為了把化學(xué)用品對人類和自然的危害降低到最低程度，充分發(fā)揮化學(xué)化工造福人類的作用，在現(xiàn)在化工實驗過程中通常都是在不影響實驗結(jié)果的前提下，盡可能選擇那些合成路線毒性小、三廢（廢氣、廢水、廢渣）污染少的實驗。例如，根據(jù)表面活性劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究成果，研究和改進(jìn)分子結(jié)構(gòu)，設(shè)計易生物降解、對人體溫和的表面活性劑；在香料制作過程中用無環(huán)境污染的臭氧化反應(yīng)來代替重鉻酸鹽氧化；在合成氨基甲酰咪唑類農(nóng)藥時，用安全的實際“雙光氣”（雙光氣，氯甲酸三氯甲酯的別稱，化學(xué)式ClCO2CCl3）、“三光氣”（三光氣，又稱固體光氣，化學(xué)式為C3Cl6O3）等代替劇毒物“光氣”進(jìn)行?；?，從而達(dá)到綠色合成的目的。

3.2 突出微型化學(xué)實驗作用，適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展要求

所謂的微型化學(xué)實驗（Microscale Chemical Experiment），就是以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息的實驗方法和技術(shù)。雖然微型化學(xué)實驗試劑用量一般只為常規(guī)實驗用量的幾十分之一甚至幾千分之一，但是其效果可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。這是近20年發(fā)展迅速的一種化學(xué)實驗的新方法、新技術(shù)，其具有很多“微特征”，如儀器微型化、試劑微型化等，正常實驗過程中微型化學(xué)實驗用量要比常規(guī)化學(xué)實驗節(jié)約90%以上。微型化學(xué)實驗具有省原料、少污染、快速、安全且便攜等特點，但并不是單單地縮減了常規(guī)實驗試劑用量，而是要在微量化的條件下對化學(xué)實驗進(jìn)行重新設(shè)計、再表現(xiàn)，從而達(dá)到用最少的試劑來獲得更多的化學(xué)信息的目的。

實踐證明，在化工實驗過程中，采用微型實驗所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益是非常可觀的。陳耀祖先生提出：“采用微型化學(xué)儀器可以節(jié)約試劑和時間，并得以訓(xùn)練學(xué)生細(xì)心操作的技巧，使教學(xué)者得以在有限學(xué)時之內(nèi)、有限經(jīng)費條件下完成實驗教學(xué)的要求。所以，應(yīng)該給予支持和鼓勵，使之日臻完善，并加以推廣。”從上述的講話中可知，微型實驗不僅僅能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、保護(hù)環(huán)境，更能給予學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實驗提供幫助。

3.3 將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于化工生產(chǎn)中

微波加熱技術(shù)，是微波能使物料中極性分子與微波電磁場相互作用的結(jié)果，在外加交變電磁場作用下，物料內(nèi)極性分子極化并隨外加交變電磁場極性變更而交變?nèi)∠?，如此眾多的極性分子因頻繁相互摩擦損耗，是電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。這是20世紀(jì)80年代興起的一項有機(jī)合成技術(shù)。傳統(tǒng)的外來加熱方法是由外來的熱能的輻射、傳導(dǎo)和對流來進(jìn)行的，而微波加熱技術(shù)是通過偶極分子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)兩種機(jī)理來實現(xiàn)的，分子偶極是以每秒24.5億次的高速旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生損耗、摩擦進(jìn)而實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，因為分子偶極旋轉(zhuǎn)是在物質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行的，所以也叫做內(nèi)加熱。內(nèi)加熱具有加熱速度快、反映敏捷、受熱表面均勻等特點。所以，無論對于有機(jī)干反應(yīng)和濕反應(yīng)，都可以大大提高反應(yīng)效率。此外，現(xiàn)如今的反應(yīng)裝置簡單，而且操作方便，具有反映速度快、出產(chǎn)率高、產(chǎn)物易純化等優(yōu)點。

3.4 將化工實驗與有機(jī)技術(shù)相結(jié)合

有機(jī)合成技術(shù)是指以農(nóng)藥、醫(yī)藥和一些功能性化合物為典型的化工用品，這些化工品具備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)化合物，化工產(chǎn)業(yè)的高效產(chǎn)量表明了化工有機(jī)化學(xué)積極作用，有機(jī)合成技術(shù)是獲取相關(guān)化工物品最便捷的方式。有機(jī)合成技術(shù)和化工產(chǎn)業(yè)有著密切的聯(lián)系，在化工有機(jī)合成的目的上和方向上，都是在一定程度的時間內(nèi)，利用固定的資源和手段，以環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、便捷為渠道，進(jìn)而生產(chǎn)出價優(yōu)、質(zhì)優(yōu)等化工產(chǎn)品。

3.5 將生物催化技術(shù)引入化工實驗中

生物催化技術(shù)具有選擇性高、環(huán)境好、污染低等優(yōu)勢，生物催化技術(shù)是僅次于醫(yī)藥技術(shù)和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)，能做到化工實驗過程綠色化和經(jīng)濟(jì)化的主要支撐，生物催化就是在綠色化學(xué)理念中孕育而生的，而且技術(shù)相對其他新的技術(shù)成熟，所以生物催化作為現(xiàn)如今化工實驗主流技術(shù)之一。

4 結(jié)語

現(xiàn)如今化工用品已成為人類生活中必不可少的生活用品。而化工實驗是化學(xué)發(fā)展的重要渠道之一，只有通過不斷的實驗，經(jīng)過反復(fù)的推敲，才能呈現(xiàn)更好的化工產(chǎn)品。但是，化工試驗所帶來的負(fù)面影響也是非常大的，綠色化學(xué)理念的推出有效地控制了化工業(yè)負(fù)面影響，只有不斷地加深人類對綠色化學(xué)的理念，才能真正做到人與自然共存的局面。

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Study on Chemical Experiment Reform and the Application of Green Chemistry Concept

Pu Yan-ling
(College of Chemical and Biological Engineering, LanZhou JiaoTong University, Gansu Lanzhou 730070)

Since the reform and opening-up of our country, along with the continuous development of national chemical technology, now our country chemical technology has been ranked in the forefront of the world, chemical products and people's daily life has a close relationship, especially with some high quality requirements and the structure of complex chemical materials and chemical products. Chemical experiment involves a very wide range, such as materials, pesticides, pharmaceuticals, fuel and other industries, the modern world is in constant research and development of chemical processes, which resulted in a large area of chemical pollution. With the continuous development of society, the concept of environmental protection of the country and the people is getting stronger and stronger, and the green chemistry idea is also pregnant. Based on this, this papermainly studied the chemical experiment reform method, and the idea of green chemistry into the chemical experiment.

Chemical experiment reform; Green chemistry concept; Environmental pollution; Strategy

O6-2

A

2096-0387（2016）04-0069-04

蒲艷玲（1970-），女，甘肅隴南人，本科，高級工程師，研究方向：化工實驗。