郝新奇　朱新舉　楊貫羽　宋毛平

摘要：文章闡述了“綠色化學(xué)”和“綠色化學(xué)實驗”概念，指出了現(xiàn)階段高校實驗室教學(xué)綠色化的必要性，緊緊根據(jù)綠色化學(xué)原則，針對高?；瘜W(xué)實驗室教學(xué)的特點提出了可行的綠色化解決方案。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；綠色化學(xué)實驗；實驗室教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）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)境保護(hù)有著密切聯(lián)系，高?；瘜W(xué)實驗不容忽視。傳統(tǒng)的高?；瘜W(xué)實驗在人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用，但在許多高?；瘜W(xué)實驗中沒有很有效的利用資源，并產(chǎn)生一定的“三廢”，對環(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)運而生。綠色化學(xué)核心內(nèi)涵是在生產(chǎn)或反應(yīng)過程中減少以致消除使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)?；瘜W(xué)是實驗科學(xué)，其中重要組成部分包括化學(xué)實驗，高校實驗室是師生學(xué)習(xí)和科研的重要場所，如何實現(xiàn)實驗室教學(xué)科研綠色化，主動地減少和消除實驗室的化學(xué)污染，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略必然要求。

一、綠色化學(xué)及其原則

（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)品時有效利用原材料、不產(chǎn)生廢物、避免危險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)手段來控制污染，通過“原子經(jīng)濟(jì)性”的原則來設(shè)計和實施化學(xué)轉(zhuǎn)化，在化學(xué)轉(zhuǎn)化中充分利用每個原料每一個原子來獲得目標(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，它既充分利用了資源，又防止了污染?？梢?，綠色化學(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，對保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展有著重要的時代和歷史意義。

（二）“綠色化學(xué)”原則

20世紀(jì)90年代對綠色化學(xué)提出的12條原則仍然適用于現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展方向，也被國際公認(rèn)，其指明了該學(xué)科的發(fā)展方向。近些年，化學(xué)研究者以12條原則為指導(dǎo)開展了深入、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條原則可概括為：①防止污染優(yōu)于污染形成后處理；②設(shè)計合成方法時應(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使反應(yīng)中使用和生成的物質(zhì)對人類和環(huán)境無毒或毒性很?。虎茉O(shè)計化學(xué)產(chǎn)品時應(yīng)盡量保持其功效而降低其毒性；⑤盡量不用輔助劑，需要使用時應(yīng)采用無毒物質(zhì)；⑥能量使用應(yīng)最小，并應(yīng)考慮其對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，合成方法應(yīng)在常溫、常壓下操作；⑦最大限度地使用可更新原料；⑧盡量避免不必要的衍生步驟；⑨催化試劑優(yōu)于化學(xué)計量試劑；⑩化學(xué)品應(yīng)設(shè)計成使用后容易降解為無害物質(zhì)的類型；11分析方法應(yīng)能真正實現(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)從根本上對化學(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)實驗”重要性

（一）綠色化學(xué)實驗

“綠色化學(xué)實驗”必須遵循“綠色化學(xué)”提出的十二原則，通過對指導(dǎo)思想、實驗儀器、實驗裝置、實驗內(nèi)容、實驗步驟、反應(yīng)過程等的改變，對常規(guī)實驗進(jìn)行改革而形成的化學(xué)實驗新方法。綠色化學(xué)實驗對化學(xué)藥品的使用以重復(fù)使用、回收、再生、減量、拒用等為基本原則。

（二）高校開設(shè)“綠色化學(xué)實驗”的重要性

化學(xué)是一門實驗學(xué)科，實驗在高?；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)生的觀察能力、動手能力、分析問題能力和解決問題能力，同時激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新力。高校化學(xué)實驗涉及比較多的專業(yè)、學(xué)科，實驗項目內(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、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)實驗來學(xué)習(xí)、理解各類基礎(chǔ)知識，消耗的藥品種類繁多、消耗量比較大，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(zhì)的產(chǎn)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(shù)設(shè)有相應(yīng)處理設(shè)施。雖然單獨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(dāng)大的，不容忽視其對環(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發(fā)展走向不可持續(xù)。在高校建設(shè)綠色化學(xué)實驗室，推行綠色化學(xué)實驗，開展綠色化學(xué)研究，宣傳綠色化學(xué)實驗思想，將能夠大大減少環(huán)境污染，維持生態(tài)平衡、保護(hù)人類健康，增強環(huán)保意識都會產(chǎn)生現(xiàn)實意義和歷史意義。

三、高校開設(shè)非綠色化學(xué)實驗的原因

（一）資金投入不足和管理者思想認(rèn)識不到位

實驗教學(xué)本身花費就很大，同時一些學(xué)校又對實驗教學(xué)資金投入不足，購買實驗藥品往往也是唯價格論，能夠開設(shè)的化學(xué)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(rèn)識不足，缺乏有效的管理方法。實驗室管理人員中部分存在環(huán)保意識薄弱，更有甚者認(rèn)為實驗室產(chǎn)生的“三廢”只是一點點，對環(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現(xiàn)象、廢物排放處置上比較隨意，增大了化學(xué)實驗對環(huán)境的污染。在對學(xué)生實驗管理上有時也存在不足，部分實驗管理者和實驗指導(dǎo)老師沒有很好的要求學(xué)生，同時學(xué)生在實驗中也缺少相關(guān)的環(huán)保意識，存在操作不規(guī)范，亂倒廢液、廢渣，任意排放廢氣等現(xiàn)象。

（二）實驗有效指導(dǎo)缺乏、安排不合理

高?；瘜W(xué)實驗在教學(xué)上牽涉面比較廣，往往涉及實驗計劃、實驗內(nèi)容、實驗教材等等。很多高校還一直沿用老的實驗內(nèi)容，雖然實驗教材經(jīng)過了多次的修訂和改版，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(xiàn)行的化學(xué)實驗教材多數(shù)明確指出要求學(xué)生掌握實驗?zāi)康?、步驟、現(xiàn)象和結(jié)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(chǎn)生的“三廢”、帶來的環(huán)境污染以及如何減少“三廢”產(chǎn)生或避免污染很少涉及，沒有做到人文關(guān)懷和環(huán)保意識的培養(yǎng)。另外，化學(xué)“三廢”的種類較多，處理方法各異，耗資較大，再加上大家環(huán)保意識缺乏，致使至今還沒有較全面的整理。

四、高校化學(xué)實驗如何實現(xiàn)綠色化

根據(jù)綠色化學(xué)的十二原則，高?；瘜W(xué)實驗實現(xiàn)綠色化應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行改革。（1）采用綠色化的化學(xué)試劑，例如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，例如選擇揮發(fā)性小、無害的溶液，避免有毒有害溶劑的使用；（3）采用綠色的催化劑，例如選取無害、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)物生成最小化的反應(yīng)條件，實現(xiàn)反應(yīng)條件綠色化；（5）選擇不具有原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)，避免“三廢”的產(chǎn)生，實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)綠色化；（6）反應(yīng)的產(chǎn)物（包括副產(chǎn)物）應(yīng)無害、無毒、環(huán)境友好，實現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)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(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，實現(xiàn)“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(xué)意識

綠色化學(xué)意識的培養(yǎng)是高校綠色化學(xué)實驗的保證。只有實驗管理人員、教師和學(xué)生都有很強的綠色化學(xué)意識，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)實驗教學(xué)內(nèi)容改革的高校，在綠色化學(xué)實驗方面的知識還比較缺乏，致使實驗人員未能意識到綠色化學(xué)實驗的重要性。目前實驗人員的首要任務(wù)是更新觀念、培養(yǎng)綠色化學(xué)意識，這就要求所有與化學(xué)實驗有關(guān)的人員充分認(rèn)識綠色化學(xué)實驗的迫切性和重要性，系統(tǒng)掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識和實驗技能，深入研究綠色化學(xué)實驗理論和最新研究成果，積極實踐、共同探討，盡早實現(xiàn)傳統(tǒng)化學(xué)實驗到綠色化學(xué)實驗教學(xué)的轉(zhuǎn)變。同時，要加強宣傳、嚴(yán)格要求、完善教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生充分了解綠色化學(xué)實驗，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，確?；瘜W(xué)實驗教學(xué)中各個環(huán)節(jié)均實現(xiàn)綠色化。

（二）廢除污染、毒性大的化學(xué)實驗

依據(jù)高校化學(xué)實驗教學(xué)的要求，在保證實驗教學(xué)任務(wù)的前提下，修訂實驗課程教學(xué)體系，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，選擇污染小、毒性低、后續(xù)處理更環(huán)保的實驗內(nèi)容代替污染大、毒性高、“三廢”產(chǎn)生多的實驗內(nèi)容，來完成高等學(xué)校對學(xué)生在化學(xué)實驗基本操作方面要求的目的。這樣不僅避免了實驗對環(huán)境的污染，還增強了學(xué)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(xué)轉(zhuǎn)化往往存在多種途徑，高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)應(yīng)按照無毒或低毒化原則選擇實驗藥品，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，避免有毒有害溶劑的使用。例如，能夠在水中進(jìn)行的實驗盡量使用水作為溶劑，使用更安全的甲苯代替苯。用無害、無毒、無腐蝕性的催化劑代替強腐蝕性催化劑。例如陽離子沉淀實驗中使用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氫反應(yīng)，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)實驗

在滿足教學(xué)大綱要求通過高?；瘜W(xué)實驗獲取化學(xué)信息的量，積極推廣減量、半微量或微量化學(xué)實驗。通過試劑用量、輔助材料、水電消耗的減少也可以大大降低實驗成本，也就能夠緩解學(xué)校對實驗教學(xué)有限投入的壓力；其次也能夠減少實驗過程中比如爆炸、中毒、燃燒等事故的發(fā)生，使得實驗更具有安全性；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(xué)效果的前提下，應(yīng)大力推進(jìn)微量實驗的開發(fā)和推廣。在沒有更好的實驗方案的情況下，通過微量實驗減少污染也是目前實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化的一個重要途徑。

（五）開展串聯(lián)實驗

傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)是在理論課開設(shè)的同時或緊跟理論課來開設(shè)實驗課程，每個實驗基本上都是單獨開設(shè)的、孤立的，因重復(fù)實驗增加實驗投入和“三廢”的產(chǎn)生。通過對實驗進(jìn)行分類、整合實驗課程，將存在關(guān)聯(lián)的實驗進(jìn)行研究并調(diào)整實驗內(nèi)容，打破學(xué)科間、實驗間的壁壘，開展串聯(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(chǎn)品純度測定串聯(lián)，合成實驗與化學(xué)動力學(xué)實驗串聯(lián)。經(jīng)串聯(lián)以后開設(shè)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(shè)微波、超聲等先進(jìn)技術(shù)實驗

在高?；瘜W(xué)實驗中引入微波、超聲波等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計、開設(shè)相關(guān)的實驗項目，比如微波輔助提取、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)實驗的開設(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)實驗室

伴隨著當(dāng)前信息技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，虛擬現(xiàn)實技術(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)方法和學(xué)習(xí)方式的深刻變革。針對放射性、高危險、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)實驗中有毒有害、易燃易爆等真實實驗難以開展的實驗項目，設(shè)計并建設(shè)一系列化學(xué)虛擬仿真實驗項目，通過虛擬仿真實驗教學(xué)平臺實現(xiàn)開放共享。根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，教育部高等教育司已在2013年開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作。目前已立項兩批國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)項目。

（八）處理化學(xué)實驗中的三廢

實驗室在“三廢”管理、處置上應(yīng)該規(guī)范化、制度化，根據(jù)“變廢為寶、化害為利、分別處理”的原則，隨時收集、集中處理和回收使用。對“三廢”進(jìn)行分別處理：廢氣，實驗室中凡可能產(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，其殘渣可采用掩埋法處理；廢液，是化學(xué)實驗室產(chǎn)生的主要廢棄物，并且種類繁多，組成變化大，首先應(yīng)根據(jù)溶液的性質(zhì)進(jìn)行分類（酸性廢液、堿性廢液、廢洗液、含有害物廢水液、劇毒氰化物、含汞鹽廢液、含重金屬離子廢液、含堿土金屬離子廢液及含非金屬離子廢液），分別處理。

總之，綠色化學(xué)是一種新的教學(xué)方法和理念。綠色化學(xué)概念的提出也促使我們從防止污染、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的觀點來重新審視和改革高校化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗計劃及實驗過程，更新和發(fā)展傳統(tǒng)的高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)思維方式，建立化學(xué)實驗綠色化教學(xué)新理念，牢固樹立起環(huán)境保護(hù)的意識。

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