綠色化學在高?；瘜W實驗中的認識

綠色化學在高?；瘜W實驗中的認識綠色化學在高校化學實驗中的認識

中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324〔2022〕33-0267-02

隨著公眾日益關注的環(huán)境污染問題，化學化工行業(yè)與環(huán)境愛護有著密切聯(lián)系，高?；瘜W實驗不容無視。傳統(tǒng)的高?；瘜W實驗在人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用，但在許多高校化學實驗中沒有很有效的利用資源，并產生一定的“三廢〞，對環(huán)境造成了不同程度的污染。20世紀90年代，綠色化學作為新興交叉學科應運而生。綠色化學核心內涵是在生產或反饋過程中減少以致打消使用和產生有害物質。化學是實驗科學，其中重要組成局部包括化學實驗，高校實驗室是師生學習和科研的重要場所，如何實現實驗室教學科研綠色化，主動地減少和打消實驗室的化學污染，是實施可持續(xù)開展戰(zhàn)略必然要求。

一、綠色化學及其原那么

〔一〕“綠色化學〞定義

綠色化學概念最早是在1991年ACS提出的，又稱清潔、環(huán)境無害、環(huán)境友好化學。綠色化學以在使用和生產化學品時有效利用原材料、不產生廢物、防止危險和有毒的試劑及溶劑為目標，其最大的特征在于從產品生產的始端就采用科學伎倆來控制污染，通過“原子經濟性〞的原那么來設計和實施化學轉化，在化學轉化中充沛利用每個原料每一個原子來獲得目標產物，并且在生產過程和最終產品使用中均做到零排放和零污染，它既充沛利用了資源，又避免了污染。可見，綠色化學是一門從源頭上阻止污染的化學，不僅將給傳統(tǒng)的化學工業(yè)帶來革命性變化，是目前化學化工行業(yè)的研究熱點和前沿課題，是開發(fā)從始端到終端解決污染的新興學科，對愛護環(huán)境、促進社會可持續(xù)開展有著重要的時代和歷史意義。

〔二〕“綠色化學〞原那么

20世紀90年代對綠色化學提出的12條原那么仍然適用于現代化學開展方向，也被國際公認，其指明了該學科的開展方向。近些年，化學研究者以12條原那么為指導發(fā)展了深入、細致的工作，在綠色化學方面取得了突破性進展和突出的研究成果。綠色化學12條原那么可概括為：①避免污染優(yōu)于污染形成后處理；②設計合成辦法時應最大限度地使所用的全部材料均轉化到最終產品中；③使反饋中使用和生成的物質對人類和環(huán)境無毒或毒性很?。虎茉O計化學產品時應盡量保持其成效而降低其毒性；⑤盡量不用輔助劑，需要使用時應采用無毒物質；⑥能量使用應最小，并應考慮其對環(huán)境和經濟的影響，合成辦法應在常溫、常壓下操作；⑦最大限度地使用可更新原料；⑧盡量防止不必要的衍生步驟；⑨催化試劑優(yōu)于化學計量試劑；⑩化學品應設計成使用后容易降解為無害物質的類型；11分析辦法應能真正實現在線監(jiān)測，在有害物質形成前加以控制；12化工生產過程中各種物質的選擇與使用，應使化學事故的隱患最小。綠色化學從基本上對化學工作者提出了新的要求，要求其以全新的角度來考慮化學研究和生產過程。

二、高校開設“綠色化學實驗〞重要性

〔一〕綠色化學實驗

“綠色化學實驗〞必須遵循“綠色化學〞提出的十二原那么，通過對指導思想、實驗儀器、實驗裝置、實驗內容、實驗步驟、反饋過程等的改變，對常規(guī)實驗進行改革而形成的化學實驗新辦法。綠色化學實驗對化學藥品的使用以重復使用、回收、再生、減量、拒用等為根本原那么。

〔二〕高校開設“綠色化學實驗〞的重要性

化學是一門實驗學科，實驗在高校化學教學中起著非常重要的作用，能夠很好地培養(yǎng)學生的察看能力、動手能力、分析問題能力和解決問題能力，同時激發(fā)學生的創(chuàng)新力。高校化學實驗波及比擬多的專業(yè)、學科，實驗工程內容涵蓋化學、化工和環(huán)境、生物、醫(yī)藥、醫(yī)學、農業(yè)、檢驗、食品、護理等相關學科。高校中每天都有大批學生通過各種各樣的化學實驗來學習、理解各類根底知識，耗費的藥品種類繁多、耗費量比擬大，時常包含有腐蝕性或有毒藥品、往往還會伴隨有毒或有害物質的產生。目前，將“三廢〞直接排入環(huán)境的高校實驗室還很多，僅有少數設有相應處理設施。雖然獨自一個實驗室排放三廢量不大，但整個國家或地區(qū)排放的總量還是相當大的，不容無視其對環(huán)境的累積破環(huán)效應，污染環(huán)境、破環(huán)生態(tài)平衡、威脅人類健康等等使社會開展走向不可持續(xù)。在高校建設綠色化學實驗室，推行綠色化學實驗，發(fā)展綠色化學研究，宣傳綠色化學實驗思想，將能夠大大減少環(huán)境污染，維持生態(tài)平衡、愛護人類健康，增強環(huán)保意識都會產生現實意義和歷史意義。

三、高校開設非綠色化學實驗的原因

〔一〕資金投入缺乏和管理者思想認識不到位

實驗教學本身花費就很大，同時一些學校又對實驗教學資金投入缺乏，購置實驗藥品往往也是唯價格論，能夠開設的化學實驗很有限，更沒有處理實驗“三廢〞的能力，凸顯對污染的防治無能為力。此外，實驗管理者思想認識缺乏，不足有效的管理辦法。實驗室管理人員中局部存在環(huán)保意識單薄，更有甚者認為實驗室產生的“三廢〞只是一點點，對環(huán)境構不成什么污染，完全認為是小題大作，這就導致在藥品使用上存在浪費現象、廢物排放處置上比擬隨意，增大了化學實驗對環(huán)境的污染。在對學生實驗管理上有時也存在缺乏，局部實驗管理者和實驗指導老師沒有很好的要求學生，同時學生在實驗中也短少相關的環(huán)保意識，存在操作不標準，亂倒廢液、廢渣，任意排放廢氣等現象。

〔二〕實驗有效指導不足、安頓不合理

高校化學實驗在教學上牽涉面比擬廣，往往波及實驗方案、實驗內容、實驗教材等等。很多高校還一直沿用老的實驗內容，雖然實驗教材經過了屢次的修訂和改版，但所做實驗多年沿襲，疏于創(chuàng)新，在這種情況下實驗本身就是非綠色的，所以只要做實驗，就會帶來污染。同時，通觀現行的化學實驗教材多數明確指出要求學生掌握實驗目的、步驟、現象和結果討論；然而在實驗中使用的原料、試劑、添加劑、催化劑等藥品的毒性、危害性，實驗過程、后處理等可能產生的“三廢〞、帶來的環(huán)境污染以及如何減少“三廢〞產生或防止污染很少波及，沒有做到人文關心和環(huán)保意識的培養(yǎng)。另外，化學“三廢〞的種類較多，處理辦法各異，耗資較大，再加上大家環(huán)保意識不足，致使至今還沒有較全面的整理。四、高?；瘜W實驗如何實現綠色化

根據綠色化學的十二原那么，高?；瘜W實驗實現綠色化應從下列幾個方面進行改革?！?〕采用綠色化的化學試劑，示例選擇無毒試劑和可再生資源用作實驗試劑；〔2〕采用綠色化的溶劑，示例選擇揮發(fā)性小、無害的溶液，防止有毒有害溶劑的使用；〔3〕采用綠色的催化劑，示例選取無害、無毒、無腐蝕性的催化劑；〔4〕選擇無毒副產物生成或毒副產物生成最小化的反饋條件，實現反饋條件綠色化；〔5〕選擇不具有原子經濟性反饋，防止“三廢〞的產生，實現化學反饋綠色化；〔6〕反饋的產物〔包括副產物〕應無害、無毒、環(huán)境友好，實現反饋產物綠色化；〔7〕在保證實驗效果的前提下，選擇最小劑量的試劑、溶劑、催化劑，實現劑量綠色化；〔8〕合理分類收集“三廢〞，并做好無毒、無害化處理，實現“三廢〞處理綠色化。具體措施如下：

〔一〕培養(yǎng)實驗人員的綠色化學意識

綠色化學意識的培養(yǎng)是高校綠色化學實驗的保證。只有實驗管理人員、教師和學生都有很強的綠色化學意識，才能為高校推行綠色化學提供有效的保證。當前，未進行傳統(tǒng)化學實驗教學內容改革的高校，在綠色化學實驗方面的知識還比擬不足，致使實驗人員未能意識到綠色化學實驗的重要性。目前實驗人員的首要任務是更新觀念、培養(yǎng)綠色化學意識，這就要求所有與化學實驗有關的人員充沛認識綠色化學實驗的迫切性和重要性，系統(tǒng)掌握化學根底知識和實驗技能，深入研究綠色化學實驗理論和最新研究成果，積極實踐、共同探討，盡早實現傳統(tǒng)化學實驗到綠色化學實驗教學的轉變。同時，要加強宣傳、嚴格要求、完善教學環(huán)節(jié)，使學生充沛了解綠色化學實驗，養(yǎng)成良好的實驗習慣，確?；瘜W實驗教學中各個環(huán)節(jié)均實現綠色化。

〔二〕廢除污染、毒性大的化學實驗

依據高?；瘜W實驗教學的要求，在保證實驗教學任務的前提下，修訂實驗課程教學體系，更新實驗教學內容，選擇污染小、毒性低、后續(xù)處理更環(huán)保的實驗內容代替污染大、毒性高、“三廢〞產生多的實驗內容，來完成高等學校對學生在化學實驗根本操作方面要求的目的。這樣不僅防止了實驗對環(huán)境的污染，還增強了學生的環(huán)保意識。

〔三〕尋找有毒有害試劑、溶劑、催化劑的替代品

化學轉化往往存在多種途徑，高?；瘜W實驗教學應按照無毒或低毒化原那么選擇實驗藥品，盡量尋找選擇無毒試劑和可再生資源用作實驗試劑。選擇揮發(fā)性小、無害的溶液，防止有毒有害溶劑的使用。示例，能夠在水中進行的實驗盡量使用水作為溶劑，使用更平安的甲苯代替苯。用無害、無毒、無腐蝕性的催化劑代替強腐蝕性催化劑。示例陽離子沉淀實驗中使用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氫反饋，乙酸乙酯制備中催化劑使用固體酸代替濃硫酸。

〔四〕推廣減量、半微量或微量化學實驗

在滿足教學大綱要求通過高?；瘜W實驗獲取化學信息的量，積極推廣減量、半微量或微量化學實驗。通過試劑用量、輔助材料、水電耗費的減少也可以大大降低實驗本錢，也就能夠緩解學校對實驗教學有限投入的壓力；其次也能夠減少實驗過程中比方爆炸、中毒、焚燒等事故的發(fā)生，使得實驗更具有平安性；同時由于用料的減少，實驗中“三廢〞的排放也將減少，對環(huán)境的污染將減小，實驗環(huán)境條件將會得到一定的改善。在保證高校實驗教學效果的前提下，應大力推進微量實驗的開發(fā)和推廣。在沒有更好的實驗計劃的情況下，通過微量實驗減少污染也是目前實現化學實驗綠色化的一個重要途徑。

〔五〕發(fā)展串聯(lián)實驗

傳統(tǒng)化學實驗教學是在理論課開設的同時或緊跟理論課來開設實驗課程，每個實驗根本上都是獨自開設的、孤立的，因重復實驗增加實驗投入和“三廢〞的產生。通過對實驗進行分類、整合實驗課程，將存在關聯(lián)的實驗進行研究并調整實驗內容，打破學科間、實驗間的壁壘，發(fā)展串聯(lián)實驗。如把無機實驗中溶液的配制與分析實驗中滴定串聯(lián)，有機實驗中化合物的合成與提純與儀器分析實驗中產品純度測定串聯(lián)，合成實驗與化學動力學實驗串聯(lián)。經串聯(lián)以后開設的實驗課程，可提高試劑的利用率，減少環(huán)境污染，降低實驗費用。

〔六〕開設微波、超聲等先進技術實驗

在高?；瘜W實驗中引入微波、超聲波等先進技術，設計、開設相關的實驗工程，比方微波輔助提取、微波灼燒、微波消化、超聲提取、超聲催化。微波、超聲波等先進技術實驗的開設將大大減少環(huán)境污染、提高效率、節(jié)約能源，更有助于拓展學生對相關先進科學技術的深入了解，激發(fā)學習興趣，提高學習效率。

〔七〕建立虛擬仿真化學實驗室

伴隨著當前信息技術及互聯(lián)網技術的快速開展，在國家信息化開展戰(zhàn)略指導下，虛擬現實技術在教育教學領域和管理過程中的應用正在逐步深入，有力促進了教育模式、教學辦法和學習方式的深刻變革。針對放射性、高危險、高污染、學生難以理解的抽象的理論和概念，以及中學化學實驗中有毒有害、易燃易爆等真實實驗難以發(fā)展的實驗工程，設計并建設一系列化學虛擬仿真實驗工程，通過虛擬仿真實驗教學平臺實現開放共享。根據?教育信息化十年開展規(guī)劃〔2022-2022年〕》，教育部高等教育司已在2022年發(fā)展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作。目前已立項兩批國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工程。

〔八〕處理化學實驗中的三廢

實驗室在“三廢〞管理、處置上應該標準化、制度化，根據“變廢為寶、化害為利、分別處理〞的原那么，隨時收集、集中處理和回收使用。對“三廢〞進行分別處理：廢氣，實驗室中凡可能產生有害廢氣的操作都應在有通風裝置的條件下進行，同時應根據廢氣的種類和性質進行溶液吸收法或固體吸收法來進行處理；廢渣，經回收、提取有用物質后，其殘渣可采用掩埋法處理；