高校化学实验中绿色化学的研究

赵丽娜，陆国志

（吉林师范大学 化学学院环境友好材料制备与应用省部共建教育部重点实验室，吉林 四平 136000）

绿色化学是21世纪化学学习与教学的新挑战，是当今国际化学科研的前沿。绿色化学与技术已成为世界各国政府关注的最重要的问题与任务之一，已成为国内外企业、政府和学术界的重要研究与发展方向。

1 “绿色化学”的概念

随着环境污染的加剧和人类对环境问题的关心，具有全新理念的“绿色化学”便应运而生[1－3]。绿色化学又称环境友好化（environmentally friendly chemistry）、环境无害化学（environmentally benign chemistry）、清洁化学（clean chemistry），是一门具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科。从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；从环境观点看，绿色化学是从源头上消灭污染；从经济观点看，绿色化学是合理利用资源和能源，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。

2 化学实验绿色化的必要性

化学实验绿色化，是21世纪大学化学实验课程改革的重点方向和崭新课题。大学实验绿色化研究一直是国内外关注的实验教学研究课题之一[4]。近年来，许多高校都在积极探索，并取得了明显的成效。以绿色化为理念构建大学实验化学新体制，是针对我国高等院校实验教学中普遍存在的环境污染问题开展的研究，针对性强，科学、合理、系统，目标明确，体现了环境保护和绿色化学的要求[5]。绿色化学教育已成为现阶段我国化学教育的重要组成部分，通过研究与实践，对实验室常见废弃物进行处理，减少化学实验产生的污染，实现实验过程的绿色化和环境的保护，实现学生环境保护和绿色化的自觉意识以及综合素质的提高。

3 导致高校化学实验室污染环境的原因

3.1 资金投入和认识程度不够

不少高校由于实验教学资金投入不足，经费只能勉强用于购买实验药品，更没有直接处理实验废弃物的设备和能力，因而对污染的防治显得无能为力[6－7]。另一方面，有些学校对环保认识不到位，只知道强调教学质量，实验室缺乏科学的管理，如药品的管理、学生实验操作的管理，部分实验室人员的环保意识十分薄弱，甚至认为实验室产生的这点污染对环境来说算不了什么。在这些错误观念下，许多实验室出现把化学废物直接倒入下水道、垃圾桶，气体废物直接用通风橱排入大气等随意排放化学废弃物的现象，而许多学生在实验中更是没有相关的环保意识，操作中违规的现象普遍存在，乱倒废液，乱丢杂物。

3.2 实验内容不合理

实验教材的内容、实验题目的设计及实验操作过程等不尽合理，造成污染的可能。很多高校还一直沿用十几年前的实验教材，实验内容一成不变，缺乏创新，一些化学实验教材只要求学生懂得实验目的、实验步骤和实验结果，对于实验可能带来的环境污染以及如何避免污染则只字未提，缺乏环保意识和人文关怀，不利于学生的全面发展。

3.3 缺少专门的化学废弃物回收处理的理论指导

化学废弃物种类纷繁复杂，其收集流程工作十分繁琐，我国至今还没有出版此类书籍。因此，建议有关从事化学教学及科研工作的学者，能出版一些有关化学实验室污染治理方面的书籍，以便参照使用，更好地进行环境保护。

4 实现高校实验室绿色化的途径

4.1 树立绿色化理念，提高环保意识

在实验教学上，需经常教育学生、感染学生，增强学生的环境意识[8－9]。绿色化学教育，以绿色观念体系为指导来认识化学科学，营造绿色氛围，规范人们行为，最终达到高校化学绿色化的目的。同时树立绿色意识要认识到，化学正在经历从传统化学转变到绿色化学，绿色化学不仅是科研战线的任务，在整个化学领域都要实现从传统化学到绿色化学的转变，化学教育战线承担着普及、宣传、教育、研究的重要任务。

4.2 加大投入，完善设施

要降低实验室中所产生的废弃物对环境的不良影响，适当的投入必不可少。如在通风管道的出风口加装气体处理装置，在各实验室统一设立废液、固体废弃物的分类系统，并定期由学校相关部门统一收集处理，甚至可以在校内建立废水处理系统，一方面可以保证校内产生的污水得到适当的净化以达到环保法规的标准，另一方面可以作为学生的教学基地，更好地在学生中开展环保教育。

4.3 实验内容绿色化

现行实验教材应根据教学内容，依据绿色化学原理，仔细挖掘教材内涵，发现绿色化学素材，精心编排实验内容[10－11]，具体包括：

（1）化学试剂的绿色化。应尽量选择无毒无害试剂的实验。

（2）溶剂的绿色化。尽量选择水作溶剂，避免有毒有害和挥发性有机溶剂的使用。

（3）催化剂的绿色化。采用无毒无害的物质作催化剂，如固体酸碱、TiO2、酶等。

（4）化学反应的绿色化。尽量使化学反应具有较高的转化率，提高试剂的利用程度；应尽量使化学反应具有较高的选择性，提高实验的效果，避免副产物带来的环境污染问题。

（5）反应产物的绿色化。尽量使反应的生成物（产物和副产物）无毒无害，是环境友好产品，或以一种环境友好状态存在，如固态产物。

4.4 推广微型化实验

化学实验微型化是近几年发展起来的化学实验的革新内容，是目前解决化学实验废气、废液、废物处理等环境问题的理想途径之一。由于其实际用量大大减少，也减少了相关辅助材料、水电的消耗，降低了实验成本，同时，也使爆炸、燃烧、中毒等事故的发生率大大降低，提高了实验的安全性。由于三废量很少，改善了实验条件，极大地减少了环境污染。因此微型化学实验具有减少污染、安全、节约成本等优点，是实现绿色化学的最可行的措施。

4.5 开展串联实验

以往的化学实验课程通常把各个实验孤立起来，这样就会因为重复实验而加重对环境的污染[12]。化学实验的串联可将多个实验或多步实验，按照它们的内在联系，有机地串联起来，使上一个实验的产物成为下一个实验的原料使用，合理利用实验原料，有机地组合。这样既可以减少重复性操作的次数、缩短实验时间，也可减少污染物产生的数量，实现化学实验绿色化。例如，在有机实验教学中可以把乙酸乙酯的制备与折光率的测定实验串联、把苯甲酸的制备与熔点的测定串联、把无机化学中溶液的配制与分析化学中酸碱中和滴定实验串联等，都能达到很好的绿色化效果。

4.6 利用现代化手段模仿化学实验

对于一些必须使用有毒害试剂、易燃易爆、操作不易控制的实验题目，采用多媒体进行化学模拟仿真是很有必要的[13]。CAI课件一方面可以很好地让学生观察到实验中的有趣现象，以验证理论，另一方面又可避免药品的浪费和环境的污染。有了多媒体化学实验课件对实验原理、仪器、药品和操作步骤作了详细的描述，并使用视图、声音、动画等效果，使学生在轻松愉快的氛围中学会了化学原理和实验方法，同时还有效地避免了实验带来的污染和不安全因素。

4.7 正确引导，妥善处理化学实验废弃物

实验过程中总有一些废液、废气和废渣需要排放。随时收集，集中处理和回收使用，是对绿色化学实验室的基本要求。对废液处理，例如：对于含酸、碱类废液采取将它们中和的方法进行排放；对废气采取溶液吸附法和固体吸收法处理；对废渣主要采用掩埋法处理，对有些废渣进行化学处理后深埋在远离居民区的指定地点，有些则可直接掩埋。

5 结束语

建设绿色化学实验室，采取切实可行的有效措施防止和消除实验室造成的环境污染，是每一位化学工作者必须履行的责任和义务。因此，以绿色化学思想为指导，坚持“5R”原则（减量、循环、回收、再生、拒用），以绿色化学为理念构建大学化学实验新体制、开展大学化学实验课的教学，具有重要的现实意义。

（References）

[1]梁起，黄华珍，唐建锋，等.绿色化学实验的探索[J].实验技术与管理，2004，21（1）：109-111.

[2]蔡卫权，张懿，李会泉.绿色化学教育现状及其面临的挑战[J].化学通报，2003（9）：606-609.

[3]晏小红.强化高校化学实验室的安全与环保管理[J].广西教育学院学报，2008（6）：114-118.

[4]李五一，滕向荣.强化高校实验室安全与环保管理建设教学科研保障体系[J].实验技术与管理，2007，24（9）：1-4.

[5]郑可利.高校化学中的绿色化学教育[J].三明学院学报，2005（22）：229-232.

[6]马莉，冉鸣.绿色化学与化学教育[J].成都教育学院学报，2005，19（6）：50-51.

[7]李景红，尹汉东，王术皓，等.基于绿色化学的实验教学体系的构建与实践[J].聊城大学学报：自然科学版，2009，22（4）：100-104.

[8]洪丽雅.高校绿色化学实验室的建设[J].实验室研究与探索，2008，27（7）：161-164.

[9]杭义萍，张震.强化绿色教育理念 建设环境友好型化学实验中心[J].高等理科教育，2006（5）：107-110.

[10]闫良国，王金刚，魏琴.绿色教育模式下基础化学教学的实践与探索[J].高教论坛，2008（6）：66-68.

[11]蔡建岩.浅谈绿色化学[J].长春大学学报，2002，12（1）：30-32.

[12]杨晓芬.绿色化学与高等化学教育[J].阴山学刊：自然科学版，2006（4）：94-95.

[13]周立亚，龚福忠，王凡，等.创建绿色化学实验室的探讨[J].实验技术与管理，2010，27（6）：174-176.