肖玲 朱亮亮

摘 要 “環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”是環(huán)境專業(yè)一門重要的實(shí)驗(yàn)課程，但本課程往往會(huì)導(dǎo)致一定的環(huán)境污染問(wèn)題。本文主要從實(shí)驗(yàn)原料、溶劑和廢液等角度探討了綠色化學(xué)理念在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用情況，以期能對(duì)“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)提供一定的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 綠色化學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 環(huán)境保護(hù)

Abstract Environmental chemistry experiments are very important for environment professional learning. However， the experiment course is often associated with pollution problems. From the views of experimental materials， solvents and wastes， the paper discusses how to apply green chemistry concept in course teaching. It is hoped the paper will be helpful in teaching environmental chemistry experiments.

Keywords Green Chemistry; experimental teaching; environmental protection

1前言

1.1 綠色化學(xué)的產(chǎn)生

綠色化學(xué)又稱為環(huán)境友好化學(xué)，是近二十年發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科。它顛覆了“先污染，后治理”的理念，倡導(dǎo)從源頭上預(yù)防污染的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)零污染或零排放。[1]1984年和1989年美國(guó)環(huán)保局曾相繼提出“廢物最小化”和“污染預(yù)防”，這是“綠色化學(xué)”思想的初步形成階段。1990年美國(guó)頒布了污染防止法案，第一次提出了“綠色化學(xué)”的概念。1996年，美國(guó)設(shè)立了“綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”，以表彰在綠色化學(xué)領(lǐng)域中做出杰出成就的企業(yè)和科學(xué)家。1999年，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)創(chuàng)辦了第一份國(guó)際性雜志《Green chemistry》，標(biāo)志著“綠色化學(xué)”的正式產(chǎn)生。[2]

1.2 綠色化學(xué)主要內(nèi)容

綠色化學(xué)是在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)有效的利用原料，最好使用可再生原料，消除廢物和避免使用有毒的和危險(xiǎn)的試劑和溶劑。[3]美國(guó)化學(xué)會(huì)曾提出綠色化學(xué)的12項(xiàng)原則：①防止污染優(yōu)于污染治理;②提高原子經(jīng)濟(jì)性;③無(wú)害化學(xué)合成;④設(shè)計(jì)安全化學(xué)品;⑤采用安全的溶劑和助劑;⑥合理使用和節(jié)省能源;⑦使用可再生資源為原料;⑧減少衍生化步驟;⑨催化反應(yīng);⑩設(shè)計(jì)可降解產(chǎn)品;預(yù)防污染的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分析;防止生產(chǎn)事故的安全工藝。[4]此12項(xiàng)原則首先提出提高原子經(jīng)濟(jì)性，即充分提高原子利用率，盡可能在原子利用率為100%的技術(shù)路線下進(jìn)行有機(jī)合成反應(yīng)，這是綠色化學(xué)的核心原則。其次，從綠色的原料、助劑、溶劑、催化劑以及產(chǎn)品等生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)有機(jī)合成的綠色化過(guò)程。最后，實(shí)現(xiàn)有機(jī)合成過(guò)程中能源的綠色化。這12項(xiàng)原則包括了有機(jī)合成技術(shù)路線、生產(chǎn)環(huán)節(jié)和能源利用等各個(gè)環(huán)節(jié)，被認(rèn)為是對(duì)綠色化學(xué)內(nèi)容最全面的概括。

2 綠色化學(xué)理念指導(dǎo)“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的重要性

“環(huán)境化學(xué)”是研究化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中作用（遷移、轉(zhuǎn)化、降解規(guī)律）的一門學(xué)科?！碍h(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”深化“環(huán)境化學(xué)”課程的基礎(chǔ)知識(shí)，促進(jìn)對(duì)環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域研究前沿動(dòng)態(tài)的理解，掌握研究環(huán)境化學(xué)問(wèn)題的基本方法，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

以往我校的“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目主要為一些驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，幾乎沒(méi)有考慮環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題。因此，如何減少或消除對(duì)自然環(huán)境的污染，保護(hù)我們的生存環(huán)境，需引起我們廣大師生的關(guān)注。從綠色化學(xué)理念出發(fā)，“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”應(yīng)該首先考慮是從經(jīng)濟(jì)和安全的角度來(lái)選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從環(huán)境保護(hù)的角度設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、綠色和實(shí)驗(yàn)教學(xué)主客觀相統(tǒng)一。[5]

3 綠色化學(xué)理念在“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中的應(yīng)用

“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”主要內(nèi)容包括環(huán)境分析化學(xué)、環(huán)境污染化學(xué)和污染控制化學(xué)，所選取的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也應(yīng)圍繞這三個(gè)領(lǐng)域展開。然而，圍繞這三個(gè)領(lǐng)域，可供選擇的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容非常多，那么，此時(shí)我們還需要考慮的一個(gè)重要的原則就是綠色化學(xué)理念，即如何在綠色環(huán)保的條件下設(shè)計(jì)“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”的具體內(nèi)容。

3.1 實(shí)驗(yàn)原料的綠色化

有關(guān)空氣中污染物的評(píng)價(jià)分析有兩個(gè)可選的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：“環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的污染評(píng)價(jià)”和“室內(nèi)空氣中多環(huán)芳烴的污染分析”。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容均具有代表性，但本著綠色化學(xué)的教學(xué)理念，我們仔細(xì)分析了實(shí)驗(yàn)中所需的實(shí)驗(yàn)原料情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“環(huán)境空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的污染評(píng)價(jià)”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中用到了苯、甲苯、乙苯等一系列的芳香族化合物，而這些化合物具有很高的化學(xué)毒性，且氣味難聞。“室內(nèi)空氣中多環(huán)芳烴的污染分析”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中只用到了種類極少的化學(xué)試劑，且毒性均不高，相對(duì)來(lái)說(shuō)安全系數(shù)較前者高很多。如此一來(lái)，我們果斷地選擇了“室內(nèi)空氣中多環(huán)芳烴的污染分析”作為“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程的設(shè)計(jì)內(nèi)容，這便是將綠色化學(xué)理念滲透到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的一個(gè)典型案例。

3.2 實(shí)驗(yàn)溶劑的綠色化

眾所周知，塑料PC制品中可能殘存一定量的雙酚A，實(shí)驗(yàn)“塑料制品中雙酚A的提取”是“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)符合“環(huán)境化學(xué)”課程要求，且密切聯(lián)系生活實(shí)際。雙酚A在甲醇中的溶解度較高，而在水中的溶解度卻較低。以前的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為用100%甲醇對(duì)塑料中的雙酚A進(jìn)行提取，提取效果較佳，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)70%的甲醇/水溶液對(duì)塑料中雙酚A的提取有相近的效果，即將實(shí)驗(yàn)中的提取劑改為70%的甲醇/水溶液。甲醇為常用的有機(jī)溶劑，具有一定的毒性和污染性，而水在綠色化學(xué)中被稱為無(wú)毒無(wú)害的綠色溶劑。在該實(shí)驗(yàn)中將提取劑中30%的甲醇用水進(jìn)行了替代，達(dá)到了提取效果，同時(shí)卻大大減少了有機(jī)溶劑的使用，極大程度實(shí)現(xiàn)了該實(shí)驗(yàn)中綠色化學(xué)理念。

3.3 實(shí)驗(yàn)廢液的綠色處理方法

“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”涉及到多種化學(xué)試劑，包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，這些化學(xué)試劑大部分都具有一定的毒性，如何適當(dāng)處理這些實(shí)驗(yàn)后含有化學(xué)試劑的廢液，減少對(duì)環(huán)境的污染是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。針對(duì)實(shí)驗(yàn)常有的不同類型廢液一般采用以下幾種處理方法：（1）對(duì)酸堿廢液的處理：當(dāng)廢液中含有一定量的H+和OH-時(shí)，采用酸堿中和的方法進(jìn)行處理，調(diào)節(jié)其pH值在7左右，才可安全排放。（2）對(duì)重金屬離子的處理：如實(shí)驗(yàn)室常用試劑鉻離子的處理有多種方法，有離子交換法、生化處理法以及最為簡(jiǎn)單的硫酸亞鐵還原法;對(duì)于含有銅、鎳等離子的廢液可采用沉淀法，即加入氫氧化鈉或者氫氧化鈣對(duì)廢液進(jìn)行沉淀處理，以達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。（3）對(duì)有機(jī)物的處理：對(duì)于甲醇、乙醇、丙酮等小分子的物質(zhì)可以采取蒸餾回收再利用;對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物可采用生物降解法等進(jìn)行處理。最后，對(duì)于一些處理工藝復(fù)雜的廢液，可采用濃縮的方法，盡量減小體積，密封保存，貼好標(biāo)簽，等待更為專業(yè)的相關(guān)部門前來(lái)處理，切忌將廢液隨意混合存儲(chǔ)，以免造成危害。

3.4 開展半微量化實(shí)驗(yàn)

“萘在正辛醇——水中分配系數(shù)的測(cè)定”是“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”中一個(gè)比較經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)中所用到的萘是一種致癌物質(zhì)，具有一定的毒性，正辛醇雖然毒性較小，但具有很強(qiáng)的刺激性氣味。在以往的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中用到的檢測(cè)儀器是紫外分光光度計(jì)，用到的試劑量較大。以每小組實(shí)驗(yàn)計(jì)算：包括標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制和樣品的測(cè)定，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)樣品中均用到萘/正辛醇溶液1mL，一共約用到萘/正辛醇溶液8mL。如果我們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中將紫外分光光度計(jì)改為酶標(biāo)儀，達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)效果的情況下，試劑用量將會(huì)大大減少。任然以每小組實(shí)驗(yàn)計(jì)算：可將原來(lái)1mL的萘/正辛醇溶液減少至100uL，這樣一共只用到萘/正辛醇溶液800 uL，即總用量降至原來(lái)的十分之一。如此一來(lái)，大大減少了實(shí)驗(yàn)中試劑的用量，減少了有機(jī)物的污染，同時(shí)也減少了實(shí)驗(yàn)成本，很好的實(shí)現(xiàn)了該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的綠色環(huán)保性。

3.5 開展化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)

“環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)”中有部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不具備綠色化的條件，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容十分復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)不是十分的形象，這時(shí)我們可以考慮開展化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)。

4 小結(jié)

綠色化學(xué)理念是可持續(xù)發(fā)展觀的重要內(nèi)容，也是環(huán)境專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該具備的觀念之一，它對(duì)保護(hù)環(huán)境有著非常重要的意義。 因此， 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師必須積極探索綠色化模式，培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念，使他們?cè)诮窈蟮墓ぷ骰蛏钪心茏杂X(jué)地利用綠色化學(xué)的知識(shí)， 為環(huán)境保護(hù)工作做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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