曹葵 朱慧娟 馬欣瑞

摘要： 中學(xué)化學(xué)實驗室廢液主要包括廢酸廢堿、重金屬離子、有機(jī)物、含鹵有機(jī)物等，其中大多數(shù)可以通過中和、氧化還原、沉淀、萃取等方法進(jìn)行處理，同時部分實驗的有害物質(zhì)可以使用其他試劑進(jìn)行替代，一些變質(zhì)試劑則可以經(jīng)過簡單處理得到再利用，從而達(dá)到有效減少污染物排放、保護(hù)環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞： 中學(xué)化學(xué)實驗室; 廢棄化學(xué)品; 實驗安全; 無害化處理

文章編號： 10056629（2019）7007604中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)過程中總會產(chǎn)生一定數(shù)量的廢液，這些有毒有害化學(xué)廢液數(shù)量雖然不大，但在沒有經(jīng)過任何處理的情況下直接排入下水道，依然會對環(huán)境產(chǎn)生有害影響。

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，雖然已經(jīng)越來越重視實驗安全，但實驗室廢棄物處理依然沒有得到足夠的重視。已有研究提出了對中學(xué)常見的危險化學(xué)品進(jìn)行合理使用及保存的注意事項，分析了中學(xué)化學(xué)實驗室廢棄?；樊a(chǎn)生的原因、特征及現(xiàn)狀，并提出“中學(xué)化學(xué)實驗室中存在一定的有害物質(zhì)，需要對化學(xué)廢棄物進(jìn)行規(guī)范處理”[1～3]，但沒有給出具體的規(guī)范化處理方法。同時，雖然有文獻(xiàn)指出針對中學(xué)化學(xué)實驗室廢水處理的一些方法，但在實際教學(xué)中，化學(xué)實驗廢棄物的處理操作復(fù)雜，難以實現(xiàn)完全回收。

為了防止環(huán)境污染，對學(xué)生進(jìn)行環(huán)境保護(hù)教育，非常有必要對化學(xué)實驗室的廢液進(jìn)行基本的無害化處理的介紹。中學(xué)階段常見的有害廢棄物主要分為有機(jī)廢棄物、無機(jī)酸堿和無機(jī)重金屬離子，應(yīng)進(jìn)行分類處理。筆者通過實際工作研究，總結(jié)了一些有益的經(jīng)驗，以下基本按照教材實驗順序進(jìn)行討論。

1 常用廢液處理

中學(xué)化學(xué)實驗室的廢液主要是因教學(xué)實驗產(chǎn)生，每一時間段主要有害物質(zhì)成分相對單一。因此，只要即時回收，隨時處理，處理程序依然比較簡單。

1.1 高錳酸鉀制氧殘渣的處理

高錳酸鉀是中學(xué)經(jīng)常使用的試劑，在進(jìn)行SO2、乙烯、乙炔性質(zhì)等教學(xué)時都會使用，其中初中階段使用高錳酸鉀制氧氣用量最大，殘渣拋棄后不僅污染環(huán)境還浪費其中有效物質(zhì)。

制備氧氣后的殘渣中，主要成分是K2MnO4和MnO2， KMnO4因分解溫度不同還可能有另一個產(chǎn)物K2Mn2O[4]5，但產(chǎn)物性質(zhì)均不穩(wěn)定，在酸性條件下可以發(fā)生歧化反應(yīng)：

3K2MnO4+2H2SO42KMnO4+MnO2+2K2SO4+2H2O。

殘渣處理方法1： 將制氧殘渣用稀硫酸浸泡，就可以得到KMnO4稀溶液和MnO2， KMnO4稀溶液可以用于相關(guān)的性質(zhì)實驗或者加以保存用于有機(jī)廢液處理，MnO2可以用于催化劑、制取氯氣等實驗。

殘渣處理方法2： 高錳酸鉀制氧氣剩余物可以與濃鹽酸反應(yīng)，按照物質(zhì)的量之比為1∶8和鹽酸反應(yīng)制取氯氣、氯水，原理如下：

K2MnO4+8HCl（濃）

2KCl+MnCl2+2Cl2↑+4H2O。

所得固體過濾曬干可以作為純MnO2用，溶液可抽濾得MnCl2可代替MnSO4用。

1.2 一般廢酸的處理

二氧化碳制取與性質(zhì)實驗中會產(chǎn)生大量的廢鹽酸，即使這些酸已經(jīng)不能和碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，但是其依然具有較強(qiáng)的酸性，排入下水道還是會造成環(huán)境污染。

將廢液回收，加入氫氧化鈉溶液，將廢液調(diào)節(jié)pH至6～8之間，此時會有大量的白色氫氧化鈣產(chǎn)生，上層清液即可排放。下層的氫氧化鈣可以回收利用，不利用則可以當(dāng)作一般垃圾處理。

中學(xué)階段最主要的廢液來源就是酸和堿，即硫酸、鹽酸、硝酸、醋酸和氫氧化鈉。除了初中的二氧化碳?xì)怏w制取外，高中的中和熱測定、中和滴定、乙酸乙酯制取等都有一定量的廢酸產(chǎn)生。對于一般酸堿的處理比較簡單，如果廢酸或廢堿中沒有其他有害物質(zhì)，使用稀鹽酸或者氫氧化鈉溶液，將廢液調(diào)節(jié)pH至6～8之間即可達(dá)到處理要求。

1.3 無機(jī)重金屬離子處理

初中階段在金屬的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)實驗、酸堿的化學(xué)性質(zhì)實驗、以及高中階段鐵及其化合物、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能、電鍍等實驗中會產(chǎn)生含有Cu2+、 Ag+、 Ba2+等的廢液，這些重金屬離子均有一定的毒性，不能直接從下水道排放，應(yīng)進(jìn)行簡單的無害化處理，達(dá)到國家3級水質(zhì)后才可以排放。

1.3.1 含Ag+廢液處理

中學(xué)化學(xué)實驗中使用Ag+主要是離子鑒別和銀鏡反應(yīng)。廢液收集后，加熱，逐滴加入氯化鈉溶液。根據(jù)實驗中實際使用的AgNO3用量，估算出需要使用的氯化鈉溶液用量，按照過量一倍的用量加入。充分?jǐn)嚢?，而后停止加熱，靜置一段時間，待液體上層出現(xiàn)一層2～3mm高的清液時，用滴管沿?zé)诰従彽蜗乱坏纬恋韯３恋韯┻M(jìn)入液體時，如果產(chǎn)生新的沉淀就說明沉淀不完全，如果觀察到濃溶液擴(kuò)散的水紋，就說明沉淀已經(jīng)完全（見圖1）。

Ba2+主要用于SO2-4的鑒別，如果溶液中含有Ba2+，則加入Na2SO4溶液，實驗方法同上。

1.3.2 Cu2+廢液處理

Cu2+在中學(xué)教材中出現(xiàn)多次，如置換反應(yīng)、乙炔制備除雜、乙醛性質(zhì)、丁達(dá)爾效應(yīng)、電解電鍍等處，是中學(xué)階段使用量最大的重金屬離子。Cu2+相對而言在重金屬中毒性較小。

處理時首先加入NaOH溶液，將溶液pH調(diào)節(jié)到8～10，使Cu2+沉淀，注意不能堿性過強(qiáng)，如果堿性過強(qiáng)，Cu2+沉淀會再次溶解。再加入硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵或聚丙烯酰胺等絮凝劑，加速沉淀物沉淀。

使用該方法可以將絕大多數(shù)中學(xué)常見金屬沉淀下來，因此如果確定廢液中沒有毒性很大的物質(zhì)，均可以采用該方法進(jìn)行統(tǒng)一處理。

1.3.3 Cr（Ⅵ）廢液處理

Cr（Ⅵ）廢液主要來源于高中化學(xué)平衡和乙醇的性質(zhì)實驗，Cr（Ⅵ）的毒性較強(qiáng)，而Cr（Ⅲ）的毒性比較弱，因此必須將Cr（Ⅵ）轉(zhuǎn)化為Cr（Ⅲ）。Cr（Ⅵ）具有氧化性，在溶液中加入足夠的還原劑就可以達(dá)到處理效果[5]。

方法一： 在含有Cr（Ⅵ）溶液中加入少量硫酸，使其保持一定的酸性，在pH=4～5左右，加入Na2S2O3溶液或Na2SO3溶液，將其還原為Cr（Ⅲ），此時溶液為綠色。再用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)到弱堿性，Cr（Ⅲ）轉(zhuǎn)化為Cr（OH）3，靜置，等待Cr（OH）3沉淀下來。此方法需要注意的是，處理過程中必須保證pH符合要求，第一步若酸度不夠，則氧化還原反應(yīng)進(jìn)行得非常慢，若第二步堿性不夠沉淀不能形成，堿性過強(qiáng)則Cr（OH）3溶解成為可溶性的配位化合物[6]。

通常，在實驗中的重金屬不是只有單一的一種，往往是含有多種金屬離子，如果要將其分離后再處理存在一定難度，且成本過高、費時較多，如果這些金屬離子中沒有毒性較大的離子，可以將其進(jìn)行統(tǒng)一一次性處理，其步驟如下：

先調(diào)節(jié)其pH至8～10后，此時大部分重金屬都會發(fā)生水解，形成不溶于水的沉淀，再加入硫化鈉，與重金屬反應(yīng)生成低毒性、更難溶的硫化物沉淀，然后加入一定量的硫酸亞鐵或聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺等其他絮凝劑使其加速沉淀，過濾，濾液經(jīng)活性炭吸附后排放。

1.4 常見有機(jī)廢液的處理

1.4.1 四氯化碳的回收處理

（1） 碘化鉀反萃法

在實驗后含碘的四氯化碳溶液中加入碘化鉀溶液，利用碘更易溶于碘化鉀的特點，可以將碘完全溶解到碘化鉀溶液中，四氯化碳層立即變?yōu)闊o色，因為碘在碘化鉀中的溶解度明顯高于在四氯化碳中的溶解度。該方法得到的含碘化鉀的碘水不能再次用于萃取實驗，但可以作為碘水用于其他實驗。

（2） 氧還處理法

實驗中將碘和四氯化碳都能重復(fù)使用是最理想的，但是在實際操作中優(yōu)先處理回收四氯化碳是一個比較便捷的選擇。

由于碘具有氧化性，可以使用還原性試劑將其還原為碘離子，從而使得四氯化碳重復(fù)使用。用Na2S2O3和Na2SO3最為便捷有效。反應(yīng)原理分別為：

處理時只需要提前配好亞硫酸鈉溶液或者硫代硫酸鈉溶液，放入回收瓶中，將含有四氯化碳的廢液倒入回收瓶中，僅需要輕微振蕩，就可以將原溶液中的碘完全還原生成碘負(fù)離子。

硫代硫酸鈉溶液中應(yīng)加入少量的酸，才能得到較好的效果，否則反應(yīng)比較緩慢。但是不能太多，太多的酸會和硫代硫酸鈉起反應(yīng)，影響效果。這樣，利用課余時間教師使用分液漏斗就可以將處理好的四氯化碳回收，用于后續(xù)教學(xué)使用。

注意不能使用蒸餾方法分離四氯化碳和碘[7]。如果僅僅使用氫氧化鈉溶液處理，應(yīng)注意需要再次使用蒸餾水洗滌四氯化碳，以免四氯化碳中殘存的堿在后續(xù)實驗中與碘反應(yīng)，影響實驗效果。

1.4.2 一般有機(jī)廢液的處理

中學(xué)階段常用的有機(jī)廢液主要是芳香烴、醇、醛、酸、酯、酚，其中芳香烴、醛、酚具有一定毒性，不能直接排放。

實驗后含有醛、酚的有機(jī)物廢液收集后，可以倒入高錳酸鉀溶液（可以使用高錳酸鉀制氧回收處理得到的錳酸鉀溶液，也可以直接使用錳酸鉀廢渣），為了加快反應(yīng)，再加入少量的硫酸，直到加入高錳酸鉀后廢液能保持一定時間的粉紅色，就表示廢液中的有機(jī)物已經(jīng)得到處理。

該方法處理芳香烴的能力有限，反應(yīng)速率非常緩慢。

2 有害物質(zhì)替代研究

中學(xué)化學(xué)實驗中需要使用到很多危險化學(xué)品，其中?；?2種，屬于有毒易爆的就有23種，在不影響實驗教學(xué)效果的前提下，盡量減少有毒有害物品的使用是一個必然的趨勢。還有，微型化減量是一個重要的發(fā)展方向，但必須使用這些危化品，盡量用其他試劑替代這些?；穼⑹橇硪粋€重要的發(fā)展方向。

化學(xué)反應(yīng)的熱量變化在化學(xué)教學(xué)中有著舉足輕重的作用，在實驗教學(xué)中，通常使用氫氧化鋇和氯化銨反應(yīng)來完成。但該實驗存在的問題是原料氫氧化鋇毒性較低，而產(chǎn)物氯化鋇具有較高毒性，因此有必要將其進(jìn)行替換。

要達(dá)到良好的降溫效果，就要選擇有結(jié)晶水的鹽和銨鹽反應(yīng)，利用失去結(jié)晶水吸熱、銨鹽溶解吸熱以及兩種物質(zhì)反應(yīng)也是吸熱的三重吸熱效應(yīng)，才能達(dá)到良好的實驗效果。

使用Na2CO3·10H2O和NH4Cl反應(yīng)，按照質(zhì)量比為3∶2進(jìn)行反應(yīng)，可以降溫到0℃以下并且持續(xù)時間較長。該方法不再使用Ba（OH）2，避免了產(chǎn)生有毒物質(zhì)，保護(hù)環(huán)境。

苯是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中毒性較大的試劑，主要在對比苯和甲苯性質(zhì)時使用。教學(xué)中可以使用無毒的戊烷、石油醚、乙酸乙酯進(jìn)行替代，可以達(dá)到同樣的實驗效果。

3 變質(zhì)試劑簡單處理再利用

化學(xué)實驗教學(xué)中總有一些化學(xué)試劑不能當(dāng)年用完，而中學(xué)化學(xué)教學(xué)的特點是一年只使用一次。第二年再使用時，有的化學(xué)試劑就已經(jīng)變質(zhì)不能使用，大多數(shù)情況就只能拋棄，既浪費又污染環(huán)境。因此，有條件時，應(yīng)盡量將這些化學(xué)試劑進(jìn)行處理后再利用。

3.1 變質(zhì)苯酚的處理利用

苯酚是中學(xué)化學(xué)常用試劑，但是其化學(xué)性質(zhì)活潑，非常容易變質(zhì)，存放一段時間后因苯酚氧化變?yōu)楸锦蜁兗t，最終變?yōu)楹稚?/p>

當(dāng)苯酚出現(xiàn)紅色后，就影響到教學(xué)效果，實驗室中可以使用約為苯酚體積二分之一的乙醇洗滌浸泡苯酚，而后將乙醇倒出，洗滌后的苯酚就變回白色，可以正常使用。處理時注意乙醇用量需要適中，太多就會將苯酚溶解，造成損失，而用量過少則處理效果不好。用量還需要根據(jù)苯酚變質(zhì)情況確定，如果變色嚴(yán)重就需要適當(dāng)增加乙醇用量，而變色不嚴(yán)重就需要減少乙醇用量。

處理用的乙醇可以使用工業(yè)乙醇，處理后不能再作為燃料使用，可將其放在通風(fēng)櫥內(nèi)點燃處理。有時因溶解苯酚后不易點燃，可以放入一個火柴頭作為燈芯，就可以很方便地點燃。

3.2 變質(zhì)溴乙烷的處理

溴乙烷在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中僅僅在講解氯代烴性質(zhì)時使用一次，并且用量很少，試劑瓶中的溴乙烷需要保存到第二年繼續(xù)使用，但使用時有時會出現(xiàn)藥品因氧化變質(zhì)發(fā)黃的現(xiàn)象。

使用時將變質(zhì)發(fā)黃的溴乙烷倒入分液漏斗中，再加入蒸餾水，振蕩，靜置分液，即可得到潔凈的溴乙烷。

3.3 變質(zhì)乙醛的處理再利用

乙醛主要用于乙醛的相關(guān)性質(zhì)實驗。實驗室中使用的市售乙醛都會有意添加三聚乙醛層來防止乙醛的揮發(fā)，并且隨著放置時間延長，乙醛還會自己聚合，這樣三聚乙醛層會越來越厚。但是這些三聚乙醛在實驗中沒有任何用處，一般都當(dāng)作廢液直接處理掉，造成浪費，更為嚴(yán)重的是未經(jīng)回收，直接排放到下水道中，污染環(huán)境。

使用10%的硫酸和三聚乙醛按照體積比1∶5～1∶10混合，在60℃水浴加熱條件，回流10min，解聚效果良好，解聚得到的乙醛可以完成乙醛的有關(guān)性質(zhì)實驗。需要注意的是解聚后得到的乙醛顯酸性，需要調(diào)節(jié)到中性后再用于有關(guān)的性質(zhì)實驗。

當(dāng)然，在中學(xué)化學(xué)實驗室中，化學(xué)廢棄物最好的處理方法是送至專業(yè)部門進(jìn)行規(guī)范化處理，這是最安全可靠的化學(xué)廢棄物處理方式，但送至專業(yè)部門通常有處理周期長、不及時的缺點。所以在保障安全的前提下，中學(xué)化學(xué)實驗中的絕大多數(shù)化學(xué)試劑都可以自己進(jìn)行無害化處理，大多數(shù)常見變質(zhì)試劑可以自己進(jìn)行處理再利用，減少污染物的排放。藥品管理水平和廢液的處理，是衡量學(xué)校教學(xué)和管理水平高低的一個重要標(biāo)志[8]。建立綜合利用與廢液回收利用的試劑管控模式，減少資源浪費，保護(hù)環(huán)境，也是貫徹學(xué)科基本素養(yǎng)目標(biāo)的一個有效過程。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝家艷. 中學(xué)化學(xué)實驗室的安全與管理[J]. 中小學(xué)實驗與裝備， 2015， 25（5）： 42～43.

[2]包桂玲. 中學(xué)化學(xué)實驗室的污染對人體的危害及防治對策[J]. 內(nèi)蒙古石油化工， 2004， 30（5）： 45～48.

[3]潘國榮， 劉芬， 白顯圣. 中學(xué)化學(xué)實驗室危險化學(xué)品的使用與保管[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備， 2016， （24）： 9～12.

[4]嚴(yán)宣申. 化學(xué)原理選講[M]. 海口： 南方出版社， 2001： 58.

[5]陳壽椿. 重要無機(jī)化學(xué)反應(yīng)（第二版）[M]. 上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1982： 915， 1016.

[6]胡濤， 李亞云. 含鉻廢水的治理研究[J]. 污染防治技術(shù)， 2005， 18（4）： 5.

[7]熊美容. 不能用蒸餾的方法分離碘和四氯化碳[J]. 化學(xué)教育， 2009， （7）： 72.

[8]劉蘭， 林博. 高校石油化工專業(yè)實驗教學(xué)試劑綜合利用與探索[J]. 廣東化工， 2015， （21）： 202， 195.