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化學(xué)化工教育中的綠色可持續(xù)化學(xué)滲透教育研究

2015-06-08 17:02:07吳鵬
中國(guó)教育技術(shù)裝備 2015年5期
關(guān)鍵詞:綠色化學(xué)

吳鵬

摘 要 隨著資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重,綠色可持續(xù)化學(xué)理念逐漸受到關(guān)注。綠色化學(xué)構(gòu)建了化學(xué)化工教育的可持續(xù)發(fā)展框架,是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。分析綠色化學(xué)應(yīng)該遵循的原則、化學(xué)化工教育中開(kāi)展綠色化學(xué)教育的必要性及教學(xué)中綠色可持續(xù)化學(xué)理念的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 綠色化學(xué);可持續(xù)發(fā)展理念;化學(xué)化工教育

中圖分類(lèi)號(hào):G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1671-489X(2015)05-0046-02

1 引言

每次產(chǎn)業(yè)革命中,化學(xué)工業(yè)都扮演著十分重要的角色?;瘜W(xué)作為分子科學(xué)的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科,它對(duì)動(dòng)植物和人類(lèi)生存的物質(zhì)世界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。如果化學(xué)工業(yè)在世界上消失,那么現(xiàn)代的通信業(yè)、交通業(yè)、醫(yī)學(xué)等便不會(huì)存在。任何事物都有兩面性,化學(xué)工業(yè)在為人們生活帶來(lái)便利的同時(shí),也對(duì)全面的環(huán)境問(wèn)題產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。而從反面來(lái)講,要解決這些環(huán)境生態(tài)問(wèn)題,又離不開(kāi)化學(xué)工業(yè)的支持,只有采取新的化學(xué)技術(shù)、開(kāi)發(fā)新型的產(chǎn)品,才會(huì)提高環(huán)境質(zhì)量,緩解生態(tài)問(wèn)題。比如,研究成功的固定C02技術(shù),可以將C02轉(zhuǎn)化成具有使用價(jià)值的產(chǎn)品和可用能源。所以,為了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,專(zhuān)家學(xué)者提出綠色可持續(xù)化學(xué)理念。

綠色化學(xué)為可持續(xù)發(fā)展提供了一種重要的方法。20世紀(jì),技術(shù)創(chuàng)新是發(fā)展化學(xué)工業(yè)的動(dòng)力;進(jìn)入2l世紀(jì),綠色化學(xué)可持續(xù)發(fā)展理念成為化學(xué)工業(yè)發(fā)展的新希望。在21世紀(jì),只有遵循綠色化學(xué)可持續(xù)發(fā)展理念發(fā)展現(xiàn)代化的化學(xué)工業(yè),化工產(chǎn)品才會(huì)在國(guó)際市場(chǎng)中占有一席之地。因此,在化學(xué)化工教育中要滲透綠色可持續(xù)化學(xué)理念,培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源、社會(huì)等要素的和諧發(fā)展。

2 綠色化學(xué)所遵循的原則

為了實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的預(yù)期目標(biāo),在化學(xué)化工中需要遵循一定的原則。John C.Warner及Paul T.Anastas編寫(xiě)的Green Chemistry: Theory and Practice一書(shū)中提出12條綠色化學(xué)原則,為綠色化學(xué)提供了評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),為化學(xué)家開(kāi)發(fā)綠色化學(xué)產(chǎn)品提供了指導(dǎo)。

1)預(yù)防:最好預(yù)防產(chǎn)生化學(xué)廢物,減少產(chǎn)生后處理的麻煩。

2)原子經(jīng)濟(jì)性:最終生成的產(chǎn)物中最好包含所有反應(yīng)物,因此,在設(shè)計(jì)合成方法時(shí)要考慮將全部起始物質(zhì)嵌入至最終產(chǎn)物中。

3)設(shè)計(jì)較安全的化學(xué)物:設(shè)計(jì)化學(xué)品時(shí),在達(dá)到預(yù)期效果的情況下,盡量降低它們的毒性。

4)有節(jié)能效益的設(shè)計(jì):化學(xué)過(guò)程中應(yīng)盡量減少能量消耗,合成方法盡可能以外界壓力和溫度為導(dǎo)向。

5)低毒害化學(xué)合成:化學(xué)合成時(shí),采用的原料和生成的化學(xué)產(chǎn)物盡量無(wú)毒或者是毒性較低。

6)使用的輔助劑和溶劑比較安全:盡量降低分離試劑和溶劑等的使用量,并且盡量使用無(wú)毒的化學(xué)試劑。

7)應(yīng)用可再生反應(yīng)物:只要滿足經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的要求,反應(yīng)物原料采取可再生資源,避免使用真正耗盡的原材料。

8)催化劑:使用高效催化劑,而不是靠提高反應(yīng)物配料比。

9)減少運(yùn)用衍生物:避免或者是減少不必要的衍生過(guò)程,因?yàn)檠苌^(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生廢物,浪費(fèi)資源,影響環(huán)境。

10)及時(shí)分析,預(yù)防污染:進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)分析方法,在有害物質(zhì)生成之前進(jìn)行控制。

11)設(shè)計(jì)可降解產(chǎn)物:化學(xué)產(chǎn)物應(yīng)設(shè)計(jì)成使用后可降解,生成的降解產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無(wú)毒害。

12)安全化學(xué),預(yù)防危險(xiǎn):在化學(xué)過(guò)程中,考慮使用的物質(zhì)及物質(zhì)形態(tài),提高安全性,降低化學(xué)事故發(fā)生概率。

3 在化學(xué)化工教育中滲透綠色可持續(xù)化學(xué)理念的必要性

高?;瘜W(xué)化工教育肩負(fù)著培養(yǎng)綠色化學(xué)開(kāi)發(fā)人才的重要責(zé)任。只有學(xué)生充分理解和接受了綠色可持續(xù)化學(xué)理念,才能促進(jìn)綠色化學(xué)的發(fā)展,在今后的工作中充分貫徹實(shí)施綠色化學(xué)開(kāi)發(fā),降低能源損耗和對(duì)環(huán)境的破壞,促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。在化學(xué)化工教育中,由于涉及很多產(chǎn)品生產(chǎn)途徑和過(guò)程安全等問(wèn)題,只有內(nèi)容新穎,并和實(shí)際的化學(xué)工程緊密相聯(lián),才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。所以,化工教育要不斷進(jìn)行教學(xué)改革,豐富教學(xué)內(nèi)容。將綠色化學(xué)的最新理念和最新研究成果引入化工教育中,能夠補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容,增強(qiáng)環(huán)保意識(shí),提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。開(kāi)展綠色可持續(xù)化學(xué)教育,能夠讓學(xué)生了解化學(xué)和社會(huì)的密切關(guān)系,培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展理念,促進(jìn)我國(guó)資源友好型社會(huì)的建設(shè)。

4 教學(xué)中綠色可持續(xù)化學(xué)理念的培養(yǎng)

在化學(xué)基礎(chǔ)教育中,學(xué)生已經(jīng)對(duì)綠色化學(xué)有了初步的了解。高中化學(xué)課程建設(shè)目標(biāo)中已經(jīng)明確指出,要突出綠色化學(xué)思想,讓學(xué)生充分理解化學(xué)對(duì)于社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步的重要作用;并且在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也明確提出“以綠色化學(xué)理念為指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,提高實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)”“一定要以綠色化學(xué)為指導(dǎo),提高環(huán)境保護(hù)意識(shí)”。在高校化學(xué)化工教育中,樹(shù)立綠色可持續(xù)化學(xué)理念是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。形成綠色可持續(xù)化學(xué)理念主要有以下途徑:

1)開(kāi)設(shè)綠色化學(xué)選修課;

2)開(kāi)展綠色可持續(xù)化學(xué)專(zhuān)題講座;

3)在教學(xué)中潛移默化地貫徹綠色可持續(xù)化學(xué)理念。

在教學(xué)中貫徹綠色可持續(xù)化學(xué)理念的措施主要有三方面:催化劑、化學(xué)反應(yīng)原料、溶劑。

1)催化劑的綠色化主要是指貫徹研究高效催化劑理念,提高原子利用率,避免產(chǎn)生副產(chǎn)物。

2)化學(xué)反應(yīng)原料的綠色化主要指采用無(wú)毒、無(wú)害和可再生資源作為原料。例如,學(xué)生知道95%以上有機(jī)化學(xué)反應(yīng)原料為石油,但是石油是不可再生資源,所以,目前有機(jī)化學(xué)合成研究的重點(diǎn)是怎樣利用再生物質(zhì)為原料,生產(chǎn)人類(lèi)必需的化學(xué)品。

3)溶劑的綠色化就是設(shè)計(jì)或者是尋找無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)害的綠色有機(jī)溶劑。目前,已經(jīng)設(shè)計(jì)的綠色溶劑有碳酸l,2-丙二醇酯、乳酸酯、N-甲基-2-吡咯酮(NMP)、雙丙酮醇。

此外,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中也能夠貫徹綠色可持續(xù)化學(xué)理念。比如以上述綠色化學(xué)原則為指導(dǎo),和傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法相比,讓學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過(guò)程中包含的綠色可持續(xù)化學(xué)理念。例如:用環(huán)乙烯做原料乙二酸的綠色合成和重結(jié)晶實(shí)驗(yàn),體現(xiàn)了反應(yīng)原料的選擇、催化劑的高效催化作用、試劑的再利用等綠色化學(xué)理念;改進(jìn)后的1,2一二苯乙烯的綠色溴化應(yīng)用了安全溶劑和原子經(jīng)濟(jì)性等綠色化學(xué)理念。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化也是綠色化學(xué)中的一部分,節(jié)約環(huán)保,安全高效。我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了20年的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究,并取得一定的研究成果。但是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)也存在一定的問(wèn)題,如效率較低、操作不規(guī)范、安全性較低。所以,在化學(xué)化工教育中既要采用微型化的實(shí)驗(yàn),也要采用常規(guī)實(shí)驗(yàn),二者結(jié)合,貫徹綠色化學(xué)可持續(xù)理念。

除了上述方法措施,還可以通過(guò)其他措施構(gòu)建綠色可持續(xù)化工教育實(shí)驗(yàn)體系,比如在化工教育中實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)清潔化或者是開(kāi)展化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)清潔化,主要是采取一些可行措施,盡量降低化工實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染程度;而化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)是利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)演示化工實(shí)驗(yàn),不使用化工原料、無(wú)污染、無(wú)毒,這和綠色化學(xué)可持續(xù)思想一致。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了化學(xué)化工教育中綠色可持續(xù)化學(xué)理念的滲透,通過(guò)分析可知,該理念是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。為了化學(xué)化工的可持續(xù)發(fā)展,一定要盡量采用可再生資源作為原料,降低生產(chǎn)過(guò)程中廢物的產(chǎn)生量,提高原子經(jīng)濟(jì)性,降低環(huán)境污染。因此,綠色可持續(xù)化學(xué)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。作為高?;瘜W(xué)化工教師,要將綠色化學(xué)知識(shí)自然、生動(dòng)地滲透到化學(xué)教學(xué)中。

參考文獻(xiàn)

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