高校基础化学实验绿色化教学与实践探索

张勃

【摘要】本文在分析高校基础化学实验教学存在问题和实验室污染原因的基础上，探讨了化学实验教学绿色化改革、促进实验室污染防治的对策：把绿色化学理念贯穿到化学实验教学始终，引导推进实验教学内容不断创新；重视实验教学对学生实验废液等“三废”的认识和处理能力训练；探索更加绿色环保的实验技术和手段；规范化学实验教学管理促进落实成效。

【关键词】高校；基础化学实验室；绿色化；污染防治

今年国家十三五规划纲要明确提出绿色文明生态理念，作为高校化学实验室，经常涉及较多有毒有害化学试剂，如强酸、强碱、强氧化、强还原等腐蚀试剂、重金屬盐和强挥发的有机试剂，以及实验产生的“三废”等，由此可能带来室内外环境污染问题。这对高校如何践行绿色文明理念，做好实验室污染防治工作提出了更高要求。本文试图通过以基础化学实验教学为例，进行分析探讨，降低实验室“三废”产量，从源头上控制实验室化学污染问题。

一、基础化学实验教学现状和问题

基础化学实验教学经过多年发展，实验内容已经由验证性的性质实验为主向以综合性实验项目为主倾斜，更加重视学生操作技能、综合及创新能力的培养，但是，化学实验开设在考虑学生实验综合能力提升时，对因实验可能导致的污染及环境危害重视不够。根据高校化学实验教材对比发现，绝大多数教材涉及“三废”处理篇幅很少，实验使用试剂的相关毒害及环境影响陈述的不多，学生在实验过程对可能导致污染的预判和实际应对办法不足，实验室内外往往各种气味混杂，已成为化学实验室一大特色，这些不仅影响实验教学效果和学生做实验的兴趣，也危害到师生的身体健康。近年，随着高校学生人数不断增加，实验室试剂用量也成倍增加，并伴随着实验室产生的“三废”不断攀升，废液和废弃物处理的高昂费用也给高校带来沉重经济负担，以至于有的实验室把未经处理的废液随意倾倒，以降低开支。

二、化学实验室形成污染原因分析

化学实验室污染物处理不当，除了造成环境污染，也威胁到周边人群的安全，而实验教学是产生实验室“三废”的最主要源头，只要从化学实验教学去分析，找原因，才能最大程度的控制污染的发生。

1、对化学品的危害性重视不足

引起室内和环境污染的一切有毒有害化学危险品都可称为污染物，从对人身损害看，可分为急性症状和慢性症状，引起急性症状的，有急性中毒、呼吸道灼伤、眼睛损伤、皮肤腐蚀等，慢性症状的，有致畸、致癌、诱发突变、骨损害等，从环境危害看，造成大气、水体和土壤重金属超标等污染，导致生态系统平衡破坏，从化学方面看，易燃易爆、强腐蚀、强氧化等可能引起强烈化学反应导致重大消防安全。一些高校化学院或系在实验教学计划开设时，往往缺少足够的论证和认识，缺少相应的制度约束和管理，如，试剂的毒性和危害性，实验过程的防范措施，废弃物的处理等，导致实验室的污染控制不力。

2、基础化学实验教学过程引起污染的原因

根据对基础化学实验教学过程进行梳理，引起导致污染的原因大概有以下几方面原因：

（1）实验教学计划与实际实验不统一。实验化学实验教学内容决定实验试剂的购置种类、数量和三废排放。实验室药品试剂都是依据本学期或本学年实验课程开设计划进行统计集中采购，由于实验内容的变更，一些试剂未能使用或使用剩余，在日常储存保管过程引起挥发、变质或泄露等原因导致环境污染。

（2）实验项目设置方面缺少创新。例如，性质实验开设过多，导致试剂用量大且种类繁多，在经过配制分装、使用、清洗、废液收集等环节，产生大量废液，还有挥发出的气体，缺少有效的控制手段，往往通过大气自然稀释，造成室内外空气污染。性质实验产生的废液由于成分复杂，很难产生综合利用价值，回收率低，只能废弃，导致废液量的增加。

（3）实验设计问题。一些制备实验步骤过多，试剂浓度过高且用量大，条件要求苛刻，在实际操作中往往很难把握，导致实验效率不高，浪费较大。或环境友好性试剂的选择欠妥，实验设计不周密，废弃物处理没能充分融入实验过程，产生大量毒害的废物等。

（4）实验教学监管在控制污染方面缺失。仅仅满足于实验教学任务的完成，对各实验课程实验项目很少从环境保护角度进行控制“三废”排放，缺乏进行整体设计和考量，实验产物之间循环利用不多，加大了废弃物的产生。

（5）实验教学组织不周。学生随意加大试剂用量，废液随意倾倒，药品随意抛洒，实验教学过程所产生的废弃物，没能按要求回收，随意倾倒，导致实验设施损坏及周围环境的污染。

三、重视发挥实验教学改革在实验室污染防治方面作用

结合以上原因，保证基础化学实验更环保，使实验试剂的选用更科学，实验室“三废”排放量更少，室内空气污染降到最低，在化学实验教学中，可以从以下几个方面尝试：

1、把绿色化学理念贯穿到化学实验教学始终

绿色化概念在上个世纪被提出，后又延伸至化学领域，提出绿色化学概念，绿色化学概念经过多年发展，形成被普遍接受的绿色化学的十条准则。其核心就是无毒害、无污染，效率高，原子经济性等。这些准则无疑为今天化学实验教学的改革指明了方向，高校化学实验的开设应该突出绿色环保理念，并贯穿到实验教学的每一个环节。这样不仅能促进实验室污染防治，还能培养学生绿色化学理念的形成，并在其今后工作和生活中倡导绿色理念产生积极影响。

2、以绿色化学理念为引导，推进实验教学内容的不断创新

对原有实验内容在满足专业技能培养基础上，进行绿色评价，更换或减少实验对环境和健康危害大的内容，增设更加安全绿色的实验项目，逐步实现化学实验绿色化。如，以教学内容的基本载体.教材作为控制污染的源头，开发绿色化的实验教材，Ⅲ对传统实验进行改进，替换毒性更大的重金属pb2+和Cr042-等办法优化实验内容，从实验设计到实验结果进行绿色化渗透的八条原则，渗透绿色理念。

3、重视实验教学对学生实验废液等“三废”的认识和处理能力训练

实验室三废的产生是危害周边环境的主要污染源，引导学生认识实验可能产生的实验结果，对产品结果有可能产生的危害，如何处理和排除安全隐患，是否具有回收利用价值，怎样才能得到实验结果前提下，满足废物量的最小化等，在实验开始之前，可以引导学生查阅资料等方式能有提前预判，避免實验过程盲目，甚至实验过程无法控制的后果。掌握废液收集分类前处理办法。通过实验室废弃物回收与利用实验项目的开展，宁夏大学基础化学实验中心原来需要由专业公司处理的化学废弃物的费用和基础化学实验室购买试剂的费用都大幅减少。在药品使用方面遵循5R原则，提出主动减少和消除污染。

4、探索更加绿色环保的实验技术和手段

（1）化学实验微型化。实验的微型化在上个世纪八十年代形成研究热潮，由于设备昂贵易耗，难于普及，好多高校还是在沿用常规的实验装置。对于高校专业技术人员来说，如何更广泛普及实验微型化，还需不断改进和探索相关技术。

（2）发挥现代先进仪器在实验中的作用。高校分析仪器设施越来越多、也越来越先进，在分析测试方面具有用量少，效率高，数据准确，更多推广仪器使用替代传统化学测试手段，是减少三废的有效途径。

（3）提高多媒体技术与实验的有效结合。绝大部分的实验教学还是采用传统的方式，教师课前手写板书实验原理、集中讲解、现场动手示范操作进行实验教学，虚拟、仿真等信息技术手段未能在实验教学中推广应用。对于毒害大、环境污染大的实验，通过多媒体模拟替代实验，进行相关实验软件开发研究，完善学生知识结构，提高实验技术能力，丰富实验教学手段，尤其是控制实验“三废”产生，实现绿色实验具有不可替代的优势。

（4）加强绿色实验研究开发。对于原有经典化学实验按照绿色化学准则进行评价，使其更趋绿色环保，而那些毒性大、污染大的传统实验如果不能改造，果断删除，开设新的实验来替代。利用实验废弃物，如废液开发新的实验，减少废液排放，这样实验可以根据各校产生废液的实际情况进行研究开发。利用生活废弃物进行开发，以食用废弃物贝壳作为原料，突显了绿色化与实用性，有助于提高学生的创新能力与实验操作技能，合理利用环保资源，使实验更加经济性，也有利于培养学生的环境保护意识。

借鉴吸收先进的化学科研成果向实验项目的转化，体现高效、节能、环保和原子经济性，在实验开发方面，可以向科研前沿理念靠拢，如化学制备实验的一锅法，实验操作步骤更少，产率高，尽可能减少实验反应物外泄，同时减少产物处理分离时溶剂的大量使用，最终实现化学实验教学零排放目标。

四、规范化学实验教学管理促进落实成效

以改革实验教学促进实验室污染防治，推动化学实验和实验室绿色化，必须通过教学管理加以落实。首先，系领导和全体教师能在思想上高度重视，形成共识。其次，成立领导小组，制定相关落实措施和办法。第三，争取学校（院）的经费支持。第四，推广实践，不断改进和优化，形成化学实验教学一大亮点和特色。

五、结语

解决化学实验室污染，是每一个学校都要面对的一个难题，解决起来面临各种各样的困难，重视程度不高，缺少积极性和主动性，以至于相应的处理机制不很健全，这给实验室和周围环境带来了不可忽视的安全隐患。通过从化学实验及教学组织着手，控制化学污染源头，规避污染废料处理的难题和高昂成本，减轻高校经济负担，应该是一个非常有效可行的办法。此外，高校实验教师和专业技术人员应不断学习和探索，相互交流，推广先进实验教学管理经验，使高校化学实验室污染防治机制不断走向完善。