关于高校绿色化学实验的改革探讨

王 婷，聂财轩，徐瑞芳，冯 瑞

(新乡医学院三全学院，河南 新乡 453000)

绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”。绿色化学是设计没有或只有尽可能小的对环境产生负面影响的，并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程的科学[1-2]。它涉及无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、生物化学等学科，包含合成、催化工艺，检测分离等技术，内容丰富，涵盖广泛。

1 绿色化实验改革的必要性

化学是一门实用性很强的学科，我们衣食住行都离不开化学这门学科。然而，化学在造福人类的同时，也给人类带来了众多问题，尤其是生态环境问题。全球的各类环境问题，大多数都与化学物质的污染有直接关系，另外小部分是化学污染间接造成的。据不完全统计，目前全世界产生的有害固液等废物高达3～4亿吨/年，严重污染了我们赖以生存的水源、空气，造成了一系列不可逆转的生态灾难。全球变暖、生物多样性锐减、能源枯竭、臭氧层破坏、热带雨林消失、酸雨这些生态灾难正在一步步威胁着人类的生存。面对日渐严峻的环境现实，众多国家不得不开始寻找一条对环境友好、不破坏生态环境、不危害人类生存的可持续发展的新道路。而绿色化学在始端预防污染，终端追求零污染、零排放，因此成为了适应人类可持续发展的新道路。高校化学专业培养的人才，将来多数可能会在化学相关的岗位工作。我们需要在教学、实验指导过程中渗透绿色化学理念，在课堂中普及绿色化学知识，让学生认识如何利用科学技术减少资源消耗、实现循环经济和可持续发展；了解绿色化学的重要性，形成正确的生态价值观，并将之贯穿于今后的生活实践之中；提高大学生的综合素养和自身修养，增强大学生社会责任感，为人类的可持续发展作出自己的努力和贡献。

2 实现化学实验绿色化的几条途径

2.1 在教学中渗透绿色化学理念

教师作为知识的传播者，在灌输课本理论知识的同时也要注意及时补充绿色化学知识。在讲课过程中，积极引导学生对日常生活中各种行为进行分析，了解哪些行为是绿色化学理念所倡导的，哪些行为是与绿色化学理念背道而驰的。在实验教学中，教师要以着绿色化学的基本准则进行指导，有意识地强调保护环境的重要性，实验课前提问本节课“三废”的处理与回收，让学生灵活运用理论知识，结合实际情况进行思考。在讲解实验过程时，清楚地讲解注意事项，及时纠正学生的错误操作方法，在保障实验安全性的同时也保障了实验的绿色性。这样不仅巩固了理论知识，又培养了学生独立思考和创新的能力。潜移默化中培养了学生的环保意识，让绿色化学理念深入学生脑海，帮助学生建立完整的绿色化学体系，全面践行绿色化学理念。

2.2 防止污染优于污染之后再处理

根据绿色化学十二准则第一条，“防止污染优于污染之后再处理，防止废物的产生而不是产生后再处理”表明：从源头上预防污染十分重要。因此，选择实验项目时，尽量选择对环境友好、反映物和产物均无毒无害的实验[3-5]。如有机合成实验选择上，乙酰苯胺的制备实验相对毒性更低，用以替换由苯硝化还原制备苯胺的实验。实验试剂选择更绿色的，乙醚萃取有机物的时候的选择相对更安全的二氯甲烷、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚等；HSO4、HNO3、HF等传统液体催化剂毒性大、腐蚀性强、不易分离，操作不当甚至引发危险，使用更加安全的固体催化剂，分子筛、固体酸催化剂，杂质酸等。开发新型绿色化学实验，用各类化学实验交叉融合来创新，例如用生化中常用的生物酶来催化有机合成，催化效率不仅更高，还可以达到减少有害副产物的目的。另外，相应的减少传统的为获取实验数据结果而进行重复性操作的实验，尤其是那些产物难处理，危害大的实验项目，相对的增加设计探究型的综合实验。不仅践行了绿色化学理念，同时还提高了学生的动手操作能力。

2.3 优化实验内容，提高试剂利用率

在不影响实验现象和结果的前提下，试剂按照“常量-半微量-微量”的模式来减少用量[6]。常用的酸碱指示剂酚酞、甲基橙、石蕊浓度可以改进减少到1%，NaOH的配制与标定实验中，NaOH浓度可以由0.1 mol/L调整到0.05 mol/L。尤其注意部分实验试剂用量多甚至直接影响实验效果，像制备乙酸乙酯时，如果冰醋酸用量过多，混合气中含有大量的乙酸蒸气，碳酸钠大量被消耗，分层效果不明显，不仅导致产率降低，还造成了醋酸的大量浪费，实际操作中不可取。目前常规的化学实验仪器体积都较大，导致试剂用量加大，并不利于环保，所以引入引用微型气体发生器、熔点测定仪等新型微型实验仪器就显得非常必要。对实验装置进行改良，敞开式实验装置改良为封闭式，整个反映在密闭容器中进行，使得那些有害的副产物可以及时回收处理。多媒体实验演示授课化学实验相对来说耗时较长，有些需要高温条件(明火加热)，还有冰水浴(需要制冰)等复杂条件的，可以选择播放课件来代替。

实验项目顺序上，可以根据绿色实验循环原则，合理调整实验项目顺序，设计串联实验，把各个实验串联起来，注意上个实验产物的再回收利用，达到提高试剂利用率的目的。例如“乙醇的蒸馏和沸点的测定”产生的乙醇，可以作为“溴乙烷制备”中的反应物。

2.4 规范实验操作

规范学生实验操作步骤，结合线上教学，实验课前播放录制好的微视频，重点讲解本节课涉及的项目的正确操作方法，例如抽滤装置使用时，开关泵和撤管的先后操作顺序，操作不当引起实际浪费甚至损害仪器。酸碱滴定管、分液漏斗的使用等基本操作前，必须进行捡漏，检查活塞能否转动，涂抹凡士林等，避免倒入试剂后才发现问题。熟练掌握区分吸量管和移液管的使用方法。玻璃器皿使用前要注意清洗，防止污染实验试剂造成二次浪费。

2.5 引进新技术，构建新平台

紧跟时代的潮流，设备及时更新，选择各方面性能更好的新型仪器，替换那些操作不方便，试剂用量大的老旧设备。对实验室技术人员进行培训跟进，不断提高发展其掌握的技术，及时引进像微波技术、“互联网+”实验等[7]。其中，虚拟仿真实验教学技术是近年来新兴的技术。2020年爆发的新冠疫情，教育部提出利用网络技术，“停课不停学”，充分证明了建设虚拟仿真实验平台的重要性。通过有效的融合真实实验和虚拟仿真实验，建设模块化的虚拟仿真实验，把那些“高危、高压、易制爆、易制毒、高造价”不宜进行实验的项目，通过虚拟仿真实验平台，向学生展示模拟真实的操作过程。那些由于操作错误造成的实验失败甚至危害性都可以模拟出来，让学生在熟练掌握实验操作技术的同时，清晰地意识到实验要求的安全性和绿色性。课程结束后线下开设讨论性实验课，让学生自己设计实验方案。仿真实验平台的建设，不但补充了传统教学的不足，使本科实验教学内容丰富多彩，而且教学过程安全无害，充分践行了绿色化学理念。

2.6 丰富考核形式

连贯课前课后，结合线上线下。课前引导学生积极思考除了实验原理等基本理论知识外，另外的“本节课实验操作有哪些注意事项？”“本节课的三废有哪些？怎么处理？”等与绿色化学息息相关的知识。把此类问题作为相关的预习报告纳入最终考核内容。熟练应用线上教学平台，让学生对本节课内容及时进行反馈，反映一下本节课有哪些操作没有掌握，下节课可以作为难点讲述。实验操作结束时，引导学生正确回收药品试剂，做到不乱倾倒。三废如何合理地进行回收再利用也可以作为一项课后思考题。以上这些内容都可以纳入学期末考核内容，一方面培养了学生独立思考善于发现的能力，另一方面潜移默化中养成了学生的环保意识。

3 结 语

现阶段随着科技经济的进步，人们的环境保护意识也越来越强，树立和践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念日渐渗透到高校的教学之中。高校只有在实验教学之中，从微小入手，不断研究，不断改革创新，才能一步步推动绿色化学发展。