都市型农林院校普通化学实验绿色微型化探讨

2017-09-22 10:09梁丹赵建庄于宝义
现代农业科技 2017年16期

梁丹 赵建庄 于宝义

摘要 介绍了都市型农林院校普通化学实验绿色微型化的涵义及意义,结合农林院校的实际情况,就如何实现普通化学实验绿色微型化,分别从培养学生正确发展观、做好化学实验绿色化过程管理等方面进行深入讨论,对如何实现普通化学实验绿色微型化提出了具体、可行性的意见和建议。

关键词 普通化學实验;绿色微型化;都市型农林院校

中图分类号 O6-3;G642 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)16-0280-02

绿色化学是在化学品的设计、生产和应用中,利用化学原理消除或减少有毒有害物质的使用和产生,同时设计没有或尽可能少的环境负作用、在技术和经济上可行的产品和化学过程。新设计的化学合成方法和化工产品可以从源头根除污染源[1-3]。在实验理论思维的基础上,开展微型化学实验,其实验试剂用量为常量实验的1/1 000~1/10。这是新型的实验方法,可以减少资源消耗和化学污染,被誉为化学实验的革命,是可持续发展战略在化学实验中的具体体现[4]。

普通化学实验是农林院校学生入校第一门重要化学基础实验课。以北京农学院为例,普通化学课程是分析化学、有机化学、物理化学、环境化学、仪器分析、生物化学、土壤化学、饲料分析、食品化学、植物生理、动物生理等课程的必要先修课,是培养都市型农林专门技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分。普通化学实验面向全校食品、农学、资源、安全、动物科学、动物医学、园艺、园林、植保、林学、包装、技术、工程本科以及相应的专科、高职和继续教育等10余个专业开设,受众多、涉及面广。

所谓都市型农林院校,就是全力培养立足都市,融入郊区,以服务都市农村、农民和农业为己任,有文化、懂技术、善经营的应用型、复合型人才的院校。这些院校所培养的学生大部分从事与农业相关的工作,其绿色化学观念树立与否,直接关系到我国广大农村的生态资源发展方向。

结合微型化学实验特点、绿色化学理念以及我校的实际情况分析讨论,普通化学实验绿色微型化已成为一种发展趋势,对培养高素质人才以及都市型农林院校实验教学改革具有重要意义。

1 绿色化学理念在实验教学中的应用

在学生第1次实验课,把实验中由于环保意识淡漠、操作不规范或“三废”不经处理直接排放的危害告诉学生,认识到环境保护的重要性,培养其良好的实验操作习惯,自觉维护化学实验室环境保护工作,主动将废液倒入废液桶中进行回收。

让学生参与到废液处理、回收以及循环利用的过程中,使其真正意识到自己是环境的保护者,增强其环保意识、使命感与责任感。如实验中产生的废酸,让学生们先加水稀释,再加入石灰水中和,待达到排放标准后再进行排放。学生们在参与的同时既加强了绿色化学意识,又提高了化学知识的运用能力,培养了学生正确的发展观。

2 化学实验绿色化过程管理内容

根据绿色化学的原则, 化学实验绿色化的主要内容包括以下方面[5]。

(1)化学试剂绿色化。选择无毒或毒性较小的试剂及利用可再生资源等物质作试剂。

(2)化学溶剂绿色化。应尽量选择水作溶剂,避免有毒有害和挥发性有机溶剂的使用,特别是卤代烃类溶剂的使用。

(3)反应条件绿色化。应选择无有毒副产物生成或有毒副产物生成最小化的反应条件。

(4)化学反应绿色化。应选择不产生或少产生“三废”的化学反应。

(5)反应产物绿色化。反应的生成物(产物和副产物)应无毒无害, 是环境友好产品。

(6)反应剂量绿色化。化学反应所需试剂、溶剂、催化剂的用量在保证实验效果的前提下,达到实验剂量最小化。

(7)反应末端处理绿色化。对实验产生的“三废”进行无毒无害化处理,确保污染最小化。

3 化学实验绿色微型化改革

为了做到化学实验绿色微型化过程管理,从以下几个方面对普通化学的绿色化进行改革探索。

3.1 普通化学实验内容绿色化

教材是教学内容的体现形式,是教学的基础[6]。以往在编写实验教材时,较多从代表性、高复现性、典型性等方面考虑,没有考虑到实验过程及实验试剂对环境的污染问题。近来在编写实验教材时,首先考虑环境友好型实验内容及实验方法,针对普通化学实验中的一些基本原理、基本操作和元素性质等内容,一方面培养学生实验技能,同时兼顾化学试剂、产物的毒性,尽量避免毒性大、“三废”处理困难的实验,而选择污染小、低毒、产物易于处理的实验。如在实验内容选择上,删减了氧化还原实验中与钡盐、汞盐相关的实验;重结晶法提纯晶体的实验中,把粗食盐的提纯改成硫酸铜的提纯,这样就避免了在粗食盐提纯中用到重金属-氯化钡试剂,减少环境污染。已有沉淀离子及沉淀剂实验中,常用Pb(NO3)2、AgNO3、K2CrO4等有毒重金属和贵金属,严重污染水及土地资源。根据绿色化学理念,将沉淀离子及沉淀剂改为Cu2+、Fe3+、NaOH,使普通化学实验内容绿色化。

3.2 开展微型、半微型化学实验

微型化学实验有安全、减少污染、便于携带以及节约实验材料和时间等优点。微型化装置控制实验消耗固体药品和液体药品分别控制在0.12 g和0.15 mL水平以下,节约化学试剂药品的同时把化学产物污染降到最低。如普通化学的性质实验,采用试管实验时化学试剂使用量为1~2 mL,若改进采用微型实验装置井穴板,一滴至几滴化学试剂使用量即可完成实验要求,达到减少污染排放、降低成本的目的。因此,在高校化学实验中,开展微型实验意义重大。与此同时,微型化学实验也遇到一些发展瓶颈,如与常量实验仪器相比价格较高,普及率低;药品的用量小,用量较难把握,易造成较大的实验误差;另外有些实验必须采取常量实验,这样才更符合实际需要等问题的存在,造成微型实验模式难以普及。因此,推广微型化学实验时,着重推广微型实验的“微”的思想,进行常量实验的半微量或减量改革,即在确保实验效果前提下,通过常量仪器减少试剂用量开展实验。如在酸碱滴定实验中,把50 mL滴定管改成25 mL滴定管,250 mL锥形瓶改为100 mL的锥形瓶依然可以完成滴定。在硫酸铜提纯实验中,粗硫酸铜的量由5 g改为3 g,同样可达到较好的教学效果。利用现有常量实验仪器最大限度减少试剂使用量,达到减少环境污染的目的。endprint

3.3 开展仿真实验教学

绿色化学的最佳状态是实现化学实验“零排放”“零污染”[7]。对于一些实验条件高、危险性大、严重污染环境和控制难度大的实验,可以运用计算机仿真模拟技术模拟实验。如普通化学实验元素和化合物的无机定性实验,其是验证性实验,实验过程计量较大,试剂种类多且实验产物毒性大,且不易于回收和处理,严重污染环境;利用计算机技术仿真模拟实验原理、装置、过程,学生通过文字、声音、图像、动画等效果达到实验的效果,让学生观察实验现象和操作流程的同时领会实验原理和方法,消除了实验中可能出现的危险因素且不会造成环境污染。这种新型现代仿真实验教学手段非常新颖,可以极大地带动学习积极性和主动性,获得较好的实验效果。

3.4 实验产物回收利用及“三废”处理

良好的实验习惯是不造成环境污染和实验试剂浪费的前提,应积极引导学生遵守“变废为宝、化害为利、分别处理”的原则来处理实验废弃物[8-9]。化学试剂和产物回收再利用,再根据废弃物的性质采取适当的化学方法、物理方法或生物方法进行处理[10];实验过程中产生的废液回收到相应的废液桶中分类回收,实验结束后统一回收产物。如三草酸合铁的制备实验,将实验所得产物收集起来经处理后,再利用于三草酸合铁配离子的定性试验中作为实验原料;如硫酸铜提纯实验,实验产物硫酸铜晶体经过处理后可继续做硫酸铜提纯实验。

对于无法再次利用的废弃物,应该集中起来,统一处理。废液如少量的酸(如盐酸、硫酸等)或碱(如氢氧化钠等)分类收集,中和反应并调节pH值达到6.5~8.5,达到有关排放标准后排放;废气经吸收、吸附、氧化或分解处理后排放;无法回收利用的有毒废液或废渣分类放入废品瓶中贴好标签后送环保部门专门处理。

4 结语

作为都市型农林院校的化学工作者,应该增强环境保护意识,在普通化学实验的设计、准备和实验后处理中都应考虑绿色化、微型化,不断进行高校化学实验的绿色化、微型化改革。这样不仅保护环境、避免浪费,而且培养了学生建立绿色化学的思想,为可持续发展战略做出自己的贡献。

5 参考文献

[1] 张旭,王益民,马文权.高等学校绿色化学实验措施初探[J].实验室科学,2006,3(3):55-56.

[2] 阿纳斯塔斯P T,沃纳J C.绿色化学理论与应用[M].李朝军,王东,译.北京:科学出版社,2002.

[3] 王春娜.绿色化学实验探讨[J].北京农学院学报,2007,6(增刊1):100-101.

[4] SINGH M M.Microscale Chemistry and Green Chemistry:Complementary Pedagogies[J].Journal of Hangzhou Teachers College,1999,76(12):1684-1686.

[5] 江玉萍.淺谈高校化学实验的绿色化[J].实验技术与管理,2005,21(7):94-97.

[6] 赵玉巧,钱志刚.生物工程专业实验教学改革探讨[J].实验科学与技术,2006,4(6):51-53.

[7] 刘艳.刍议基础化学实验的绿色化[J].大学教育,2013(9):50-51.

[8] 江玉萍.试论实验室的环境污染与防治措施[J].实验室科学,2006,8(4):93-96.

[9] 朱文祥.绿色化学与绿色化学教育[J].化学教育,2001(1):1-4.

[10] 白林,陈明凯.绿色化学实验[J].化学教育,2002(7-8):51- 53.endprint