綠色化學(xué)在高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)識(shí)

綠色化學(xué)在高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)識(shí)綠色化學(xué)在高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)識(shí)

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-9324〔2022〕33-0267-02

隨著公眾日益關(guān)注的環(huán)境污染問題，化學(xué)化工行業(yè)與環(huán)境愛護(hù)有著密切聯(lián)系，高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)不容無視。傳統(tǒng)的高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)在人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用，但在許多高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)中沒有很有效的利用資源，并產(chǎn)生一定的“三廢〞，對(duì)環(huán)境造成了不同程度的污染。20世紀(jì)90年代，綠色化學(xué)作為新興交叉學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。綠色化學(xué)核心內(nèi)涵是在生產(chǎn)或反饋過程中減少以致打消使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)?；瘜W(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其中重要組成局部包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)，高校實(shí)驗(yàn)室是師生學(xué)習(xí)和科研的重要場所，如何實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)科研綠色化，主動(dòng)地減少和打消實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)污染，是實(shí)施可持續(xù)開展戰(zhàn)略必然要求。

一、綠色化學(xué)及其原那么

〔一〕“綠色化學(xué)〞定義

綠色化學(xué)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(xué)。綠色化學(xué)以在使用和生產(chǎn)化學(xué)品時(shí)有效利用原材料、不產(chǎn)生廢物、防止危險(xiǎn)和有毒的試劑及溶劑為目標(biāo)，其最大的特征在于從產(chǎn)品生產(chǎn)的始端就采用科學(xué)伎倆來控制污染，通過“原子經(jīng)濟(jì)性〞的原那么來設(shè)計(jì)和實(shí)施化學(xué)轉(zhuǎn)化，在化學(xué)轉(zhuǎn)化中充沛利用每個(gè)原料每一個(gè)原子來獲得目標(biāo)產(chǎn)物，并且在生產(chǎn)過程和最終產(chǎn)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?？梢姡G色化學(xué)是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)，不僅將給傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)帶來革命性變化，是目前化學(xué)化工行業(yè)的研究熱點(diǎn)和前沿課題，是開發(fā)從始端到終端解決污染的新興學(xué)科，對(duì)愛護(hù)環(huán)境、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)開展有著重要的時(shí)代和歷史意義。

〔二〕“綠色化學(xué)〞原那么

20世紀(jì)90年代對(duì)綠色化學(xué)提出的12條原那么仍然適用于現(xiàn)代化學(xué)開展方向，也被國際公認(rèn)，其指明了該學(xué)科的開展方向。近些年，化學(xué)研究者以12條原那么為指導(dǎo)發(fā)展了深入、細(xì)致的工作，在綠色化學(xué)方面取得了突破性進(jìn)展和突出的研究成果。綠色化學(xué)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(shè)計(jì)合成辦法時(shí)應(yīng)最大限度地使所用的全部材料均轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)品中；③使反饋中使用和生成的物質(zhì)對(duì)人類和環(huán)境無毒或毒性很??；④設(shè)計(jì)化學(xué)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)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(shí)應(yīng)采用無毒物質(zhì)；⑥能量使用應(yīng)最小，并應(yīng)考慮其對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，合成辦法應(yīng)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(xué)計(jì)量試劑；⑩化學(xué)品應(yīng)設(shè)計(jì)成使用后容易降解為無害物質(zhì)的類型；11分析辦法應(yīng)能真正實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，在有害物質(zhì)形成前加以控制；12化工生產(chǎn)過程中各種物質(zhì)的選擇與使用，應(yīng)使化學(xué)事故的隱患最小。綠色化學(xué)從基本上對(duì)化學(xué)工作者提出了新的要求，要求其以全新的角度來考慮化學(xué)研究和生產(chǎn)過程。

二、高校開設(shè)“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)〞重要性

〔一〕綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)

“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)〞必須遵循“綠色化學(xué)〞提出的十二原那么，通過對(duì)指導(dǎo)思想、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、反饋過程等的改變，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)新辦法。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)藥品的使用以重復(fù)使用、回收、再生、減量、拒用等為根本原那么。

〔二〕高校開設(shè)“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)〞的重要性

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在高?；瘜W(xué)教學(xué)中起著非常重要的作用，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的察看能力、動(dòng)手能力、分析問題能力和解決問題能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新力。高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)波及比擬多的專業(yè)、學(xué)科，實(shí)驗(yàn)工程內(nèi)容涵蓋化學(xué)、化工和環(huán)境、生物、醫(yī)藥、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、檢驗(yàn)、食品、護(hù)理等相關(guān)學(xué)科。高校中每天都有大批學(xué)生通過各種各樣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)、理解各類根底知識(shí)，耗費(fèi)的藥品種類繁多、耗費(fèi)量比擬大，時(shí)常包含有腐蝕性或有毒藥品、往往還會(huì)伴隨有毒或有害物質(zhì)的產(chǎn)生。目前，將“三廢〞直接排入環(huán)境的高校實(shí)驗(yàn)室還很多，僅有少數(shù)設(shè)有相應(yīng)處理設(shè)施。雖然獨(dú)自一個(gè)實(shí)驗(yàn)室排放三廢量不大，但整個(gè)國家或地區(qū)排放的總量還是相當(dāng)大的，不容無視其對(duì)環(huán)境的累積破環(huán)效應(yīng)，污染環(huán)境、破環(huán)生態(tài)平衡、威脅人類健康等等使社會(huì)開展走向不可持續(xù)。在高校建設(shè)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，推行綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)展綠色化學(xué)研究，宣傳綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)思想，將能夠大大減少環(huán)境污染，維持生態(tài)平衡、愛護(hù)人類健康，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)都會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義。

三、高校開設(shè)非綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原因

〔一〕資金投入缺乏和管理者思想認(rèn)識(shí)不到位

實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身花費(fèi)就很大，同時(shí)一些學(xué)校又對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資金投入缺乏，購置實(shí)驗(yàn)藥品往往也是唯價(jià)格論，能夠開設(shè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)很有限，更沒有處理實(shí)驗(yàn)“三廢〞的能力，凸顯對(duì)污染的防治無能為力。此外，實(shí)驗(yàn)管理者思想認(rèn)識(shí)缺乏，不足有效的管理辦法。實(shí)驗(yàn)室管理人員中局部存在環(huán)保意識(shí)單薄，更有甚者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的“三廢〞只是一點(diǎn)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境構(gòu)不成什么污染，完全認(rèn)為是小題大作，這就導(dǎo)致在藥品使用上存在浪費(fèi)現(xiàn)象、廢物排放處置上比擬隨意，增大了化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染。在對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)管理上有時(shí)也存在缺乏，局部實(shí)驗(yàn)管理者和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師沒有很好的要求學(xué)生，同時(shí)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中也短少相關(guān)的環(huán)保意識(shí)，存在操作不標(biāo)準(zhǔn)，亂倒廢液、廢渣，任意排放廢氣等現(xiàn)象。

〔二〕實(shí)驗(yàn)有效指導(dǎo)不足、安頓不合理

高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)上牽涉面比擬廣，往往波及實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教材等等。很多高校還一直沿用老的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，雖然實(shí)驗(yàn)教材經(jīng)過了屢次的修訂和改版，但所做實(shí)驗(yàn)多年沿襲，疏于創(chuàng)新，在這種情況下實(shí)驗(yàn)本身就是非綠色的，所以只要做實(shí)驗(yàn)，就會(huì)帶來污染。同時(shí)，通觀現(xiàn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材多數(shù)明確指出要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒉襟E、現(xiàn)象和結(jié)果討論；然而在實(shí)驗(yàn)中使用的原料、試劑、添加劑、催化劑等藥品的毒性、危害性，實(shí)驗(yàn)過程、后處理等可能產(chǎn)生的“三廢〞、帶來的環(huán)境污染以及如何減少“三廢〞產(chǎn)生或防止污染很少波及，沒有做到人文關(guān)心和環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。另外，化學(xué)“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(shí)不足，致使至今還沒有較全面的整理。四、高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)如何實(shí)現(xiàn)綠色化

根據(jù)綠色化學(xué)的十二原那么，高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)綠色化應(yīng)從下列幾個(gè)方面進(jìn)行改革?！?〕采用綠色化的化學(xué)試劑，示例選擇無毒試劑和可再生資源用作實(shí)驗(yàn)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(chǎn)物生成或毒副產(chǎn)物生成最小化的反饋條件，實(shí)現(xiàn)反饋條件綠色化；〔5〕選擇不具有原子經(jīng)濟(jì)性反饋，防止“三廢〞的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)化學(xué)反饋綠色化；〔6〕反饋的產(chǎn)物〔包括副產(chǎn)物〕應(yīng)無害、無毒、環(huán)境友好，實(shí)現(xiàn)反饋產(chǎn)物綠色化；〔7〕在保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下，選擇最小劑量的試劑、溶劑、催化劑，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)“三廢〞處理綠色化。具體措施如下：

〔一〕培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)人員的綠色化學(xué)意識(shí)

綠色化學(xué)意識(shí)的培養(yǎng)是高校綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的保證。只有實(shí)驗(yàn)管理人員、教師和學(xué)生都有很強(qiáng)的綠色化學(xué)意識(shí)，才能為高校推行綠色化學(xué)提供有效的保證。當(dāng)前，未進(jìn)行傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革的高校，在綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的知識(shí)還比擬不足，致使實(shí)驗(yàn)人員未能意識(shí)到綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性。目前實(shí)驗(yàn)人員的首要任務(wù)是更新觀念、培養(yǎng)綠色化學(xué)意識(shí)，這就要求所有與化學(xué)實(shí)驗(yàn)有關(guān)的人員充沛認(rèn)識(shí)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的迫切性和重要性，系統(tǒng)掌握化學(xué)根底知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，深入研究綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)理論和最新研究成果，積極實(shí)踐、共同探討，盡早實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)到綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，要加強(qiáng)宣傳、嚴(yán)格要求、完善教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生充沛了解綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，確?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中各個(gè)環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)綠色化。

〔二〕廢除污染、毒性大的化學(xué)實(shí)驗(yàn)

依據(jù)高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，在保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的前提下，修訂實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，選擇污染小、毒性低、后續(xù)處理更環(huán)保的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容代替污染大、毒性高、“三廢〞產(chǎn)生多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，來完成高等學(xué)校對(duì)學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)根本操作方面要求的目的。這樣不僅防止了實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，還增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

〔三〕尋找有毒有害試劑、溶劑、催化劑的替代品

化學(xué)轉(zhuǎn)化往往存在多種途徑，高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)按照無毒或低毒化原那么選擇實(shí)驗(yàn)藥品，盡量尋找選擇無毒試劑和可再生資源用作實(shí)驗(yàn)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(jìn)行的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)腐蝕性催化劑。示例陽離子沉淀實(shí)驗(yàn)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(xué)實(shí)驗(yàn)

在滿足教學(xué)大綱要求通過高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)獲取化學(xué)信息的量，積極推廣減量、半微量或微量化學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過試劑用量、輔助材料、水電耗費(fèi)的減少也可以大大降低實(shí)驗(yàn)本錢，也就能夠緩解學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有限投入的壓力；其次也能夠減少實(shí)驗(yàn)過程中比方爆炸、中毒、焚燒等事故的發(fā)生，使得實(shí)驗(yàn)更具有平安性；同時(shí)由于用料的減少，實(shí)驗(yàn)中“三廢〞的排放也將減少，對(duì)環(huán)境的污染將減小，實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件將會(huì)得到一定的改善。在保證高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的前提下，應(yīng)大力推進(jìn)微量實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和推廣。在沒有更好的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的情況下，通過微量實(shí)驗(yàn)減少污染也是目前實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的一個(gè)重要途徑。

〔五〕發(fā)展串聯(lián)實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在理論課開設(shè)的同時(shí)或緊跟理論課來開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，每個(gè)實(shí)驗(yàn)根本上都是獨(dú)自開設(shè)的、孤立的，因重復(fù)實(shí)驗(yàn)增加實(shí)驗(yàn)投入和“三廢〞的產(chǎn)生。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類、整合實(shí)驗(yàn)課程，將存在關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究并調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，打破學(xué)科間、實(shí)驗(yàn)間的壁壘，發(fā)展串聯(lián)實(shí)驗(yàn)。如把無機(jī)實(shí)驗(yàn)中溶液的配制與分析實(shí)驗(yàn)中滴定串聯(lián)，有機(jī)實(shí)驗(yàn)中化合物的合成與提純與儀器分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)品純度測定串聯(lián)，合成實(shí)驗(yàn)與化學(xué)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)。經(jīng)串聯(lián)以后開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，可提高試劑的利用率，減少環(huán)境污染，降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。

〔六〕開設(shè)微波、超聲等先進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)

在高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中引入微波、超聲波等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)、開設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)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(xué)生對(duì)相關(guān)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的深入了解，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

〔七〕建立虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

伴隨著當(dāng)前信息技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速開展，在國家信息化開展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域和管理過程中的應(yīng)用正在逐步深入，有力促進(jìn)了教育模式、教學(xué)辦法和學(xué)習(xí)方式的深刻變革。針對(duì)放射性、高危險(xiǎn)、高污染、學(xué)生難以理解的抽象的理論和概念，以及中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有毒有害、易燃易爆等真實(shí)實(shí)驗(yàn)難以發(fā)展的實(shí)驗(yàn)工程，設(shè)計(jì)并建設(shè)一系列化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)工程，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)開放共享。根據(jù)?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(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。目前已立項(xiàng)兩批國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工程。

〔八〕處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的三廢

實(shí)驗(yàn)室在“三廢〞管理、處置上應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化、制度化，根據(jù)“變廢為寶、化害為利、分別處理〞的原那么，隨時(shí)收集、集中處理和回收使用。對(duì)“三廢〞進(jìn)行分別處理：廢氣，實(shí)驗(yàn)室中凡可能產(chǎn)生有害廢氣的操作都應(yīng)在有通風(fēng)裝置的條件下進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)根據(jù)廢氣的種類和性質(zhì)進(jìn)行溶液吸收法或固體吸收法來進(jìn)行處理；廢渣，經(jīng)回收、提取有用物質(zhì)后，其殘?jiān)刹捎醚诼穹ㄌ幚恚?/p>