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綠色化學(xué)論文

更新時(shí)間：2015-03-30         來源：網(wǎng)絡(luò)                 字?jǐn)?shù)：3000字

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一、轉(zhuǎn)變觀念，將綠色化學(xué)的理念引入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是化學(xué)教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維、動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)起著重要的作用。但絕大多數(shù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不可避免地對(duì)環(huán)境造成了污染。［４］以大學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，使用到的化學(xué)藥品有１００多種。其中不乏各種毒性較大的物質(zhì)：如鋇鹽、鉛鹽、鎘鹽、鉻鹽等各種金屬鹽類；硫化氫、氯氣、二氧化氮、二氧化硫等有刺激性或有毒氣體；四氯化碳、乙醚、丙酮等各種有機(jī)溶劑。［５］因此，對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化改革，全面推行綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)舜髣?shì)所趨。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是以綠色化學(xué)為指導(dǎo)思想，用預(yù)防化學(xué)污染的新思想和新技術(shù)，對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革而形成的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新方法。它的具體內(nèi)涵體現(xiàn)在使用化學(xué)品遵循的“５Ｒ”原則上：［６－９］１．Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ—減量（減少試劑用量，提高轉(zhuǎn)化率，可減少“三廢”排放量）；２．Ｒｅｕｓｅ—重復(fù)使用（催化劑、載體等，應(yīng)有重復(fù)使用的設(shè)計(jì)，可降低成本、減少?gòu)U棄物）；３．Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ—回收使用（回收未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物、催化劑、穩(wěn)定劑等非反應(yīng)試劑）；４．Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ—再生利用（變廢為寶，是節(jié)省資源，減少污染的有效途徑）；５．Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ一拒用（拒絕使用無法回收、無法替代的毒副作用、污染作用明顯的原料，是杜絕污染的最根本方法）。具體來說，就是化學(xué)試劑、化學(xué)反應(yīng)、途徑、產(chǎn)物、劑量等等的綠色化。

二、改革教學(xué)內(nèi)容和手段，將綠色化學(xué)的理念

滲透入實(shí)驗(yàn)過程作為高校化學(xué)教師，應(yīng)不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教材和教學(xué)內(nèi)容，將綠色化學(xué)的理念融入到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)具有綠色化學(xué)意識(shí)的化學(xué)人才，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。主要的改進(jìn)手段有以下幾點(diǎn)。

（一）反應(yīng)試劑綠色化

不管是無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)還是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，都多多少少要使用到有毒有害的反應(yīng)試劑。反應(yīng)試劑的調(diào)整對(duì)實(shí)驗(yàn)綠色化進(jìn)程意義重大。如無機(jī)元素化學(xué)實(shí)驗(yàn)中將鑒定Ｂｒ－、Ｉ－時(shí)使用的氯水改為雙氧水，既可以省去制備氯氣的煩瑣操作，避免氯氣、氯水對(duì)環(huán)境及健康造成的不良影響，又可以讓學(xué)生靈活運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)。［１０］有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中“苯乙酮的制備”要用大量苯，此實(shí)驗(yàn)可用生理毒性比苯小得多的甲苯代替”；［１１］傳統(tǒng)的“己二酸的制備”實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材是以環(huán)己醇為原料、用硝酸作為氧化劑的傳統(tǒng)工藝，硝酸是危險(xiǎn)、有強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，副產(chǎn)的ＮＯ會(huì)破壞臭氧層，而且該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，極易飛速升溫而失控。“己二酸的制備”可以采用綠色合成工藝，即以環(huán)己烯為原料，以Ｈ２Ｏ２為氧化劑合成己二酸，該工藝以綠色氧化劑Ｈ２Ｏ２代替ＨＮＯ３，反應(yīng)條件溫和，，易于控制。［１２］

（二）常量實(shí)驗(yàn)微量化、半微量化

盡管很多實(shí)驗(yàn)經(jīng)過改進(jìn)以后，所用原料毒性很小或基本無毒，但排放量大了仍會(huì)造成污染。應(yīng)此，實(shí)驗(yàn)的微量化和半微量化不僅是減少試劑用量的簡(jiǎn)單問題，也是走綠色化學(xué)之路的必然選擇。自從２０世紀(jì)８０年代美國(guó)科學(xué)家在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的微型制備實(shí)驗(yàn)研究中取得成功后，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究與應(yīng)用就成為一種趨勢(shì)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是以盡可能少的反應(yīng)物質(zhì)來獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)。雖然其試劑用量一般只是常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的１／１０乃至更少，但其效果卻可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以大大減少試劑用量、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、降低環(huán)境污染，也有利于強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和環(huán)保意識(shí)。［５］如在無機(jī)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)不用加熱和不需要沉淀分離的實(shí)驗(yàn)，改在點(diǎn)滴板上進(jìn)行，試劑用量可減低到原來的１／２～１／５。有機(jī)實(shí)驗(yàn)中的如乙酸乙酯的制備、從茶葉中提取咖啡因等實(shí)驗(yàn)改成半微量實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)品產(chǎn)率和質(zhì)量仍能得到一定保證。［１１］

（三）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ窖h(huán)化

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是“原料—產(chǎn)物—廢棄物”的單向線性系統(tǒng)，特征是原料的高消耗性以及產(chǎn)物對(duì)人和環(huán)境的高污染性，隨著資源的短缺甚至枯竭，人類生存環(huán)境的不斷惡化，這種傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ秸谑艿角八从械奶魬?zhàn)，人們?cè)絹碓角宄卣J(rèn)識(shí)到它的種種缺陷和不足。“循環(huán)實(shí)驗(yàn)”的根本在于“循環(huán)”兩字———充分利用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，綠色化處理實(shí)驗(yàn)廢物。循環(huán)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭话阌袃煞N：［１３］１．原料—產(chǎn)物（原料）—產(chǎn)物（無毒、低毒廢物）；例如：乙酰水楊酸的制備～提純—含量分析（酸堿滴定法）。本實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物為乙酸酐和水楊酸，常溫條件下生成乙酰水楊酸，在下一輪乙酰水楊酸的提純及含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)中作為樣品使用。２．原料—產(chǎn)物（原料）—產(chǎn)物—原料。例如：以配位連續(xù)滴定法測(cè)定混合液中的Ｂｉ�。常停校猓玻x子，是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。按照傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，供學(xué)生測(cè)定的混合試液幾乎都是由分析純的硝酸鹽試劑配制而成。以前在學(xué)生完成分析實(shí)驗(yàn)之后，含有Ｂｉ�。常停校猓玻珡U液也就隨下水管排掉。這些廢液如不回收，既污染環(huán)境又浪費(fèi)資源。在該實(shí)驗(yàn)過程中，如以硫化鈉為沉淀劑處理含Ｂｉ�。常停校猓玻膹U液，則Ｂｉ�。常停校猓玻粤蚧锍恋淼男问交厥�，然后用稀硝酸加以溶解，并通過硝酸用量的控制，使再生后試液的酸度恰為滴定所需的ｐＨ值，這樣就可供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中反復(fù)使用。［１４］

（四）實(shí)驗(yàn)技術(shù)（儀器）更合理化

在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，Ｕ型管水銀壓力計(jì)和貝克曼溫度計(jì)使用頻率曾經(jīng)很高。但這兩種儀表都含有汞，容易造成實(shí)驗(yàn)室汞污染�？蓪ⅲ招凸芩y壓力計(jì)改換為壓力傳感器，不僅能達(dá)到無汞的目的，而且還使壓力測(cè)量讀數(shù)更準(zhǔn)、更快；傳統(tǒng)的貝克曼溫度計(jì)也可換為“ＳＷＣ－Ⅱ型數(shù)字貝克曼溫度計(jì)”，既省時(shí)又安全，效果也很好。［１５］而在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，微波輻射法的運(yùn)用也為實(shí)驗(yàn)綠色化開辟了一條新的道路。與常規(guī)加熱法相比，微波輻射促進(jìn)合成方法可以顯著地節(jié)能，提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，減少污染，且能實(shí)現(xiàn)一些常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)。微型實(shí)驗(yàn)、小量一半微量實(shí)驗(yàn)可以據(jù)以有選擇地改造為微波化學(xué)實(shí)驗(yàn)。微波化學(xué)反應(yīng)直接或間接地減少了環(huán)境污染。作為一種新技術(shù)，應(yīng)大力研究和推廣，使之形成新的實(shí)驗(yàn)體系。［５，１６］

（五）計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)幫助實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化［２，４，１３，１７］

利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助教學(xué)是近年來新興起來的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段�；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)屬于消耗性實(shí)驗(yàn)，常規(guī)的、傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)不可避免地會(huì)消耗許多藥品和大量的水資源。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)（仿真實(shí)驗(yàn)）是一種化學(xué)試劑和儀器裝置“零投入”和“廢棄物零排放”的特殊實(shí)驗(yàn)方式，特別適合于演示實(shí)驗(yàn)。我們利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、裝置、流程、實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行仿真，用文字、聲音、圖像、動(dòng)畫的效果，讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)屏幕上所做實(shí)驗(yàn)達(dá)到身臨其境的感受，如在直觀的情景中“實(shí)驗(yàn)”。如醚的過氧化物爆炸、有毒溶劑的燃燒、砷化物的相互轉(zhuǎn)化、膠體的電泳、硫化氫的性質(zhì)與制取等。學(xué)生可以反復(fù)地操作練習(xí)，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，觀察實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象變化。實(shí)驗(yàn)軟件本身就帶有較高的趣味性和游戲性，既可以大大提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，又可以減少環(huán)境污染和實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)。

三、培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)，妥善處理實(shí)驗(yàn)室“三廢”［１８，１９］

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師必須適時(shí)灌輸綠色化學(xué)思想，讓學(xué)生充分理解和接納綠色化學(xué)知識(shí)；教導(dǎo)學(xué)生依據(jù)“５Ｒ”原則來考慮和解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的污染問題，做到實(shí)驗(yàn)藥品的減量化、循環(huán)或回收再利用，選擇污染少、裝置簡(jiǎn)單、產(chǎn)物易分離、安全性高的實(shí)驗(yàn)方法，在無法避免使用或產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)時(shí)，必須采取有效的保護(hù)和消害處理措施；引導(dǎo)學(xué)生觀察和認(rèn)識(shí)生活、生產(chǎn)中的綠色化學(xué)現(xiàn)象，鞏固和加深綠色化學(xué)知識(shí)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室要積極創(chuàng)造條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)后的“三廢”進(jìn)行無害化處理。如無機(jī)實(shí)驗(yàn)室首先要對(duì)廢液收集桶中的各種酸堿和金屬溶液進(jìn)行預(yù)處理，有針對(duì)性地加入一些中和劑和沉淀劑。預(yù)處理后的廢液可通過專用管道排到指定處作無害化處理。有機(jī)實(shí)驗(yàn)室更應(yīng)對(duì)各種廢液分類收集后處理。玻璃廢渣、廢瓶、或有毒廢渣集中存放后可由學(xué)校統(tǒng)一收集處理。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)裝有通風(fēng)櫥、排風(fēng)機(jī)等，有條件的還可安裝正壓送風(fēng)系統(tǒng)。正壓送風(fēng)系統(tǒng)采用從天花板送風(fēng)口壓入新鮮空氣，可以把實(shí)驗(yàn)室中的煙霧從門、窗或是實(shí)驗(yàn)室墻角專用的出風(fēng)口中壓出，能更有效的處理實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的煙霧。

作者：殷馨 王海文 工作單位：華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

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