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關(guān)鍵詞: 綠色化學(xué) 環(huán)境 中學(xué)教學(xué)
20世紀以來人類創(chuàng)造了高度的物質(zhì)文明,但是大量化學(xué)品的生產(chǎn)和應(yīng)用,也給生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的創(chuàng)傷,人口的急劇增長、資源的巨大消耗等問題使人們不得不重新認識和尋找有利于生存和可持續(xù)發(fā)展的道路,也使人們開始追求人與自然的和諧,綠色意識就在這中背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的,從某種意義上說,綠色意識已成為衡量一個國家文明程度的重要指標。如今“綠色化學(xué)” 已成為”人類與自然和諧發(fā)展”等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分,其核心原則是預(yù)防污染[即4R原則;不用危害品(reject)、減少用量(reduce)、循環(huán)使用( recycle)、收回重復(fù)( reuse)]簡而言之,它是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)它最最終目標是實現(xiàn)零排放。
2.充分利用教材,在課堂上滲透綠色化學(xué)知識。
現(xiàn)行的中學(xué)化學(xué)教材十分重視有關(guān)的環(huán)境化學(xué)知識。如在硫酸工業(yè)制法的教學(xué)中,在講二氧化硫尾氣的污染時,讓學(xué)生先看酸雨的危害錄像,就可使學(xué)生充分意識到回收二氧化硫?qū)ΡWo環(huán)境的作用和意義。又如在講氯氣的性質(zhì)和用途時,在肯定氯氣作為漂白劑和消毒劑產(chǎn)生巨大效益的同時,還介紹用氯氣作為自來水消毒劑與水中的有機物作用產(chǎn)生有致癌作用的有機衍生物。而歐美發(fā)達國家已采用二氧化氯來處理飲用水。在造紙工業(yè)中過氧化氫、臭氧等綠色氧化劑將逐漸取代氯氣。再如,講水時與水的污染現(xiàn)狀相聯(lián)系,講大氣與空氣相聯(lián)系,這樣,將化學(xué)課堂知識與鮮活的社會生活聯(lián)系起來,不但提高了學(xué)生的綠色化學(xué)意識,而且增強了他們的環(huán)境保護的使命感。介紹社會熱點,可促進學(xué)生自身生命意識的提高。沙塵暴、酸雨等自然災(zāi)害的形成與化學(xué)有關(guān),但是化學(xué)也能夠提供有力資助并解決這些難題。前一階段出現(xiàn)了劣質(zhì)奶粉、劣質(zhì)大米、炒貨使用工業(yè)食鹽等一系列危害國計民生的惡性事件。這都需要有志于化學(xué)教育的工作者及有志于綠色化學(xué)發(fā)展的學(xué)生為此作出貢獻。此外,教師還應(yīng)介紹環(huán)保知識,并積極踐行[4]。
3.在實驗教學(xué)中貫穿綠色化學(xué)觀點。
化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,用綠色化學(xué)的新理念對化學(xué)實驗進行改革,已逐步成為化學(xué)工作者的共識。在化學(xué)實驗中反應(yīng)物的用量與環(huán)境污染的程度往往有著直接的關(guān)系,因此在化學(xué)實驗中要注意節(jié)約藥品,要以最少量的反應(yīng)物取得最好的實驗效果,這就要求我們在進行課堂演示實驗或?qū)W生實驗時對化學(xué)裝置的裝配、藥品用量與反應(yīng)現(xiàn)象的關(guān)系進行研究,尋找出最佳的反應(yīng)方案,既能滿足教學(xué)要求,又能節(jié)約藥品、減少污染。
(1)選擇對環(huán)境影響盡可能小的反應(yīng)物,淘汰或改進對健康危害較大的實驗。
(2)精心設(shè)計,最大限度節(jié)約試劑用量,最終實現(xiàn)小量化和微型化。
(3)通過實驗試劑和產(chǎn)物的循環(huán)使用,努力降低實驗的排放量,最終實現(xiàn)零排放。
(4)改進和設(shè)計實驗“尾處理”裝置,對化學(xué)實驗產(chǎn)物進行無害化處理,最終實現(xiàn)化學(xué)實驗系列化、系統(tǒng)化。
(5)用密封的成品儀器代替有毒試驗避免有害物質(zhì)的散逸。
4.針對性選擇試題,運用綠色觀念解決實際問題。
(1)結(jié)合原子利用率選擇試題對學(xué)生進行綠色化學(xué)教育。
原子利用率是指化學(xué)反應(yīng)中目標產(chǎn)物的摩爾質(zhì)量與化學(xué)反應(yīng)式中按計量所得物質(zhì)的摩爾質(zhì)量之和的比值。理想的原子利用率是100%,即參加化學(xué)反應(yīng)的所有原子都轉(zhuǎn)化到目標產(chǎn)物中,因為在化學(xué)反應(yīng)中,參加反應(yīng)的分子所發(fā)生的變化,只有原子的重新組合。按照綠色化學(xué)的要求,所有化學(xué)反應(yīng)必須是最大限度利用原料,最大限度減少廢物排放。所以在教學(xué)中,教師應(yīng)結(jié)合有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì),引導(dǎo)學(xué)生盡量通過多種途徑去設(shè)計合成路線。在制備相同量的目標產(chǎn)物時,選出反應(yīng)物用量、副產(chǎn)物、步驟都最少,污染又最小的合成路線。這就是原子利用率最高的反應(yīng)途徑。
(2)結(jié)合環(huán)境因子選擇試題,對學(xué)生進行綠色化學(xué)教育。
環(huán)境因子可定義為廢物的質(zhì)量與產(chǎn)品質(zhì)量的比值。其中廢物指產(chǎn)品以外的所有其他物質(zhì),而不考慮它是否可以分離后再利用??梢钥闯?廢物越少,其環(huán)境因子的值就越小,對環(huán)境保護越有利。在化學(xué)教學(xué)中,教師應(yīng)有意識地選擇與環(huán)境因子有關(guān)的試題,通過分析解題過程,對學(xué)生進行綠色化學(xué)教育。
(3)結(jié)合日常生活選擇試題,對學(xué)生進行綠色化學(xué)教育。
化學(xué)對人類作出了巨大貢獻。人類生活的各個方面,從簡單的衣、食、住、行的生活必需品到汽車、電視、洗衣機等奢侈品,無不同化學(xué)有關(guān)??梢哉f化學(xué)改變了人類的生活方式。但使用這些合成化學(xué)物質(zhì)時也對人類健康及生活環(huán)境造成了負面影響。因此在化學(xué)教學(xué)中,教師應(yīng)該選擇這方面的試題,對學(xué)生進行綠色化學(xué)教育,同時也可提高生活質(zhì)量。
5.在實踐活動中進行綠色化學(xué)教育。
(1)建立綠色實驗小組。
教學(xué)資源較好的學(xué)校可組織有興趣的學(xué)生進行微型實驗操作,做無害化研究、環(huán)保化學(xué)試驗,進行綠色科技活動,收集有關(guān)綠色化學(xué)的資料。這樣,既可強化學(xué)生的綠色化學(xué)意識,又可培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。
(2)化學(xué)工作者開設(shè)綠色化學(xué)實驗系列講座。
教師應(yīng)使學(xué)生了解綠色化學(xué)的起源發(fā)展以及生活、生產(chǎn)中的綠色化學(xué)知識,也可在校園畫廊中展出綠色化學(xué)科普專輯,舉辦環(huán)保知識競賽。有條件的學(xué)??砷_辦綠色化學(xué)網(wǎng)站,普及綠色化學(xué)知識。除此以外,化學(xué)老師也可以利用現(xiàn)代化的電化教學(xué)手段(投影、幻燈、錄像、光盤、網(wǎng)絡(luò)等),更直觀、更形象地體現(xiàn)綠色化學(xué)內(nèi)容,這樣易于被學(xué)生所接受,可以取得更好的教學(xué)效果。
在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中進行綠色化學(xué)意識滲透是一種必然。教育工作者要根據(jù)中學(xué)化學(xué)教學(xué)實際,從課堂教學(xué),實驗,實踐等方面對學(xué)生進行綠色化學(xué)知識教育,培養(yǎng)和增強學(xué)生的“綠色化學(xué)”和“環(huán)?!币庾R,使人類和自然和諧地相處。
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關(guān)鍵詞:綠色化學(xué) 醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué) 多媒體教學(xué) 教學(xué)改革
綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)。它的核心內(nèi)涵是在反應(yīng)過程和化工生產(chǎn)中,盡量減少或徹底消除使用和產(chǎn)生對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的物質(zhì)。
化學(xué)教育尤其大學(xué)化學(xué)教育是為經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)的。醫(yī)學(xué)類職業(yè)是與人類生死、健康休戚相關(guān)的事業(yè),保障人類健康離不開藥物,藥物合成又離不開化學(xué),而化學(xué)工業(yè)的發(fā)展又在很大程度上直接影響了人類的健康。如何在這三者之間構(gòu)建和諧,綠色化學(xué)是唯一出路。綠色化學(xué)不應(yīng)是一門獨立學(xué)科,而應(yīng)是一種指導(dǎo)思想,是人們應(yīng)該傾力追求的目標[1]。作為大學(xué)化學(xué)教師,我們首先應(yīng)該結(jié)合實際情況,將綠色化學(xué)教育滲透到教學(xué)工作中去,通過廣泛的宣傳教育,讓學(xué)生樹立起綠色化學(xué)意識,培養(yǎng)出具有綠色化學(xué)意識的一代新人[2]。綠色化學(xué)成為醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)教育的一個重要組成部分,給改革課堂教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力提供了良好的契機。
1.提高自身實施綠色化學(xué)教育的能力和專業(yè)水平。
綠色化學(xué)是化學(xué)科學(xué)與物理、生物、材料及信息等科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物,是化學(xué)科學(xué)的發(fā)展與進步。因此教學(xué)人員不但需要具備化學(xué)基礎(chǔ)知識、理論和技能,還要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)關(guān)于綠色化學(xué)的理論知識,了解有關(guān)綠色化學(xué)技術(shù)的最新研究成果和發(fā)展方向,掌握相關(guān)學(xué)科的知識。
2.改革實驗方式,避免實驗污染物產(chǎn)生。
化學(xué)實驗中總有氣體、液體或固體產(chǎn)物的生成,或多或少地會產(chǎn)生有害或有毒的實驗廢棄物。筆者所在的安徽三聯(lián)學(xué)院醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)課程針對的是文理兼收的醫(yī)藥營銷專業(yè)學(xué)生,他們畢業(yè)后從事藥物開發(fā)、合成的可能性很小,進行化學(xué)實驗實際意義不大,因此在實際教學(xué)中取消了實驗操作環(huán)節(jié)。對于個別必要的實驗,借助網(wǎng)絡(luò),利用錄像、多媒體課件、Flas、計算機虛擬實驗等現(xiàn)代教育技術(shù)手段進行演示,避免了化學(xué)污染物的產(chǎn)生。
3.針對職業(yè)需要,整合醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)知識結(jié)構(gòu),添加綠色化學(xué)教學(xué)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
筆者選用了張法浩主編的《醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)》,該教材包含了無機、分析及有機化學(xué)的內(nèi)容。隨著教學(xué)改革的深入,根據(jù)專業(yè)的特點及教育部對高職學(xué)生理論知識“夠用為度”的原則,我院該課程總學(xué)時只有72節(jié),比過去減少了二分之一,這就要求教師在教學(xué)思想、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法等方面做出調(diào)整,以適應(yīng)新世紀人才培養(yǎng)目標的需要[3]。要更多地將醫(yī)藥營銷工作中實際需要的知識融入教學(xué)過程,摒棄那些不重要又晦澀難懂的知識,使醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)真正成為理論的基石?,F(xiàn)行教材內(nèi)容與職業(yè)缺乏緊密聯(lián)系,忽視了與實際的聯(lián)系,學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動性和積極性。因此,筆者對課程進行了重新整合,刪減和壓縮了教材中電解質(zhì)溶液、酸堿滴定法、配位化合物、分光光度分析法、分子軌道理論等章節(jié)內(nèi)容。將壓縮的理論和實驗課時用以補充綠色化學(xué)內(nèi)容[4][5],多元化、多層次、多角度地向?qū)W生揭示、展現(xiàn)綠色化學(xué)與基礎(chǔ)化學(xué)的緊密聯(lián)系。對晦澀難懂的內(nèi)容以教師精講為主;常識性的內(nèi)容由學(xué)生講解;與生活息息相關(guān)相關(guān)的內(nèi)容設(shè)計題目,讓學(xué)生發(fā)表見解、分組討論或辯論,然后由教師進行總結(jié)。這樣既突出了重點、難點,又培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)的能力,提高了學(xué)習(xí)興趣。
4.學(xué)生應(yīng)用化學(xué)知識、原理,結(jié)合綠色化學(xué),撰寫科技小論文。
作業(yè)是課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié),是課堂教學(xué)的繼續(xù)和延伸。除了布置教材習(xí)題外,為讓學(xué)生更深入更主動地將綠色化學(xué)的理念滲透到傳統(tǒng)化學(xué)學(xué)習(xí)中,在課程結(jié)束前,筆者布置學(xué)生選擇與“可持續(xù)發(fā)展”有關(guān)的選題,通過探究和調(diào)查,查找相關(guān)文獻、資料,并對其進行分析、解釋、評價、調(diào)查、討論、研究,寫出科技小論文。從對連續(xù)三屆學(xué)生提交的論文情況看,由于平時的教學(xué)中始終貫穿了“綠色”這個與人類健康密切相關(guān)的主題,學(xué)生興趣濃厚、選題廣泛、立意明確,從問題的提出到問題的解決,學(xué)生始終是決策者、行動者。學(xué)生從可持續(xù)發(fā)展的高度去關(guān)心環(huán)境及環(huán)境問題,更深刻地理解了人與自然、人與社會、人與人之間的相互依存關(guān)系,認識到他們的態(tài)度、行為和決定將對現(xiàn)在和未來的全球環(huán)境、整個社會產(chǎn)生影響,激發(fā)了學(xué)生的憂患意識和社會責任感。
5.改革教學(xué)方式及成績評定方式。
隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的普及,多媒體教學(xué)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。五年的教學(xué)中,筆者經(jīng)歷了傳統(tǒng)教學(xué)――傳統(tǒng)教學(xué)+多媒體教學(xué)――多媒體教學(xué)這一教學(xué)手段改革過程。實踐證明,利用多媒體教學(xué),無論信息量還是教學(xué)效果都得到了極大的提升。
完整的教學(xué)過程應(yīng)該包括成績的評定,考試方法的創(chuàng)新是教學(xué)改革不可缺少的環(huán)節(jié)。從2005級開始,課程成績的評定項目包括:平時成績20分,科技論文40分,理論考試40分。前兩項是基本體現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的考核,占總分60%,比重超過了理論知識的考核,既有利于調(diào)動學(xué)生提高自身素質(zhì)的積極性,又促進了教改的不斷推進和完善。
筆者經(jīng)過幾年嘗試性地將綠色化學(xué)融入到醫(yī)用基礎(chǔ)化學(xué)的教學(xué)探索,逐漸實現(xiàn)了“教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體”的教學(xué)理念,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。教學(xué)中及時滲透綠色化學(xué)方面的知識,適當?shù)丶由詈退季S拓展,使學(xué)生在潛移默化中受到綠色化學(xué)教育,成為有綠色化學(xué)理念的新一代高職大學(xué)生,是時代的要求,是素質(zhì)教育的要求。
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[關(guān)鍵詞]基礎(chǔ)化學(xué)實驗 綠色化學(xué) 環(huán)境保護 循環(huán)發(fā)展 回收利用
[中圖分類號] G642.432 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2013)09-0050-02
化學(xué)作為一門基礎(chǔ)性科學(xué),與人類的生活息息相關(guān)。人們的生活離不開化學(xué),而化學(xué)的基礎(chǔ)是實驗,因此,實驗在化學(xué)教學(xué)中占有相當重要的地位?;A(chǔ)化學(xué)實驗是大學(xué)化學(xué)實驗課的基礎(chǔ),實驗內(nèi)容豐富,項目多,開設(shè)實驗的學(xué)生也多,從而導(dǎo)致實驗中使用的化學(xué)試劑種類多、耗費量大,部分試劑毒性大,使每個化學(xué)實驗室?guī)缀醵汲蔀橐粋€小型污染源。這種“聚沙成塔”式的污染不容忽視。因此,減少基礎(chǔ)化學(xué)實驗中有毒試劑的用量及實驗中“三廢”的處理已成為一個亟需解決的問題。加快推進基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)綠色化改革是解決此問題的根本途徑[1]。
一、基礎(chǔ)化學(xué)實驗綠色化措施
(一)實驗操作規(guī)范化
基本操作的正確和規(guī)范,是進行基礎(chǔ)化學(xué)實驗的前提和基礎(chǔ),也是從源頭減少污染物產(chǎn)生的根本保證。實驗中,應(yīng)避免操作錯誤而造成的重復(fù)實驗,正確把握試劑的用量、取用方法,避免違規(guī)操作而造成的試劑損失;糾正學(xué)生對于試劑取用“多多益善”的錯誤認識,減少試劑的浪費和對環(huán)境的污染。因此,規(guī)范化的實驗操作,良好實驗習(xí)慣的養(yǎng)成是非常重要的??傊?,實驗中應(yīng)使學(xué)生做到基本操作正確規(guī)范,避免操作錯誤,減少不必要的浪費,從操作上實現(xiàn)基礎(chǔ)化學(xué)實驗的綠色化。
(二)推進實驗設(shè)計綠色化
Anastas和Warner曾提出綠色化學(xué)12條原則[2],可作為設(shè)計綠色化學(xué)實驗的指導(dǎo)和方針。其中優(yōu)化實驗的內(nèi)容、方式,以及實驗裝置的改進為基礎(chǔ)化學(xué)實驗的綠色化設(shè)計指明了方向。如SO2和H2S氣體反應(yīng)的實驗,改進實驗后取飽和Na2SO3溶液與飽和Na2S溶液各3mL于同一試管中,滴加入0.1mol / L的鹽酸,有黃色煙霧產(chǎn)生,并在試管壁上有黃色粉末附著,觀察到的現(xiàn)象比直接混合氣體的現(xiàn)象還明顯,同時還減少了SO2和H2S氣體的污染[3]。現(xiàn)有的許多基礎(chǔ)化學(xué)實驗裝置在實驗過程中不但不易控制試劑用量而且不利于觀察實驗現(xiàn)象。因此,改進實驗裝置,消除環(huán)境污染,真正做到實驗綠色化是當今基礎(chǔ)化學(xué)實驗亟待解決的問題。
(三)發(fā)展循環(huán)實驗
所謂循環(huán)實驗,就是通過重新調(diào)整實驗順序,串聯(lián)合并原來在教材中彼此獨立的幾個實驗,構(gòu)成一個連續(xù)有機的整體,即下一個實驗反應(yīng)所需的反應(yīng)物使用的是上一個實驗的生成產(chǎn)物,它可以是一個大實驗中若干個相關(guān)實驗的組合,也可以是幾個不同主題實驗的串聯(lián)。這樣,實現(xiàn)了實驗有毒物質(zhì)或廢棄物的有效循環(huán)利用,既節(jié)省了藥品,又減少了污染。例如,教材中的銅與濃硝酸的反應(yīng),產(chǎn)生有毒氣體NO和NO2,對環(huán)境污染嚴重,產(chǎn)生的Cu(NO3)2如不合理利用也會造成浪費。為此,可將其設(shè)計成循環(huán)反應(yīng),將生成的Cu(NO3)2通過強堿溶液溶解、過濾、加熱后重新得到銅,將生成的氣體通入強堿溶液處理后經(jīng)酸化得到硝酸溶液。這樣,不但解決了污染問題和試劑浪費的問題,而且還對單質(zhì)及相應(yīng)化合物的性質(zhì)進行了鞏固和驗證[4]。
(四)實施實驗產(chǎn)物回收利用
當前的基礎(chǔ)化學(xué)實驗中,往往存在學(xué)生觀察到有關(guān)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象后,就直接棄置或排放實驗產(chǎn)物,造成環(huán)境污染的問題。因此,應(yīng)嚴格要求學(xué)生統(tǒng)一回收反應(yīng)后的生成物,然后根據(jù)回收物的化學(xué)特性,統(tǒng)一處理,或再次使用。例如,在做物質(zhì)的制備實驗時,可以將學(xué)生制得的產(chǎn)品收集起來經(jīng)處理后,再度利用于其他實驗中。如硫酸亞鐵銨的制備,實驗產(chǎn)物是硫酸亞鐵銨。如果將其廢棄,不僅會污染環(huán)境,而且還會浪費試劑。實際教學(xué)中,應(yīng)先開設(shè)硫酸亞鐵銨的制備實驗,并將其實驗產(chǎn)物回收保存,然后用于其他實驗。如在物質(zhì)氧化還原性質(zhì)驗證的相關(guān)實驗中,可做Fe2+的來源。銀鏡反應(yīng)后用硝酸洗滌試管得到的硝酸銀可再用于鹵素離子的鑒定及鹵化銀溶解性的探究實驗;用于碘萃取的四氯化碳得到的大量碘―四氯化碳溶液,可以加入硫代硫酸鈉使大量的四氯化碳被回收。通過以上方法,盡量做到化學(xué)試劑利用的最大化,減少環(huán)境污染和試劑浪費。
(五)加強“三廢”的處理
多年來, 基礎(chǔ)化學(xué)實驗室的“三廢”處理沒有一個系統(tǒng)的指導(dǎo)方法。一般的基礎(chǔ)化學(xué)實驗教材只有關(guān)于“實驗室安全知識”“實驗規(guī)則”等方面的要求, 僅少量教材中有關(guān)于“實驗室三廢處理”和“實驗室廢液處理的一般指導(dǎo)原則”。而其他基礎(chǔ)化學(xué)實驗參考文獻,對產(chǎn)生的含有毒性的廢液,都只是指導(dǎo)性地采取集中收集、堿液處理、定點深埋的原則。而在實際操作中, 由于各種因素的制約,以及基礎(chǔ)化學(xué)實驗室產(chǎn)生的廢液的量也不大, 每一次產(chǎn)生的時間短, 因此對廢液都是采取用大量自來水沖稀或直接排放的處理方法。而對產(chǎn)生的少量實驗室廢渣, 都作為普通垃圾來處理[5]。再加上少數(shù)師生的環(huán)保意識和責任意識不強,對化學(xué)廢液的識別、分類以及處理方法等相關(guān)知識缺乏全面而系統(tǒng)的了解,對實驗室廢液采取放任自流態(tài)度。有部分學(xué)生甚至將實驗室的廢液直接倒入下水道,而這些實驗廢液大多沿下水道進入城市污水管網(wǎng)或直接排入到江河湖?;驖B入地下;另外,對于 固體廢棄物則不加以處理隨便棄置在垃圾堆里,直接污染著環(huán)境,嚴重損害人體健康。長此以往,污染物的累積必將對環(huán)境造成嚴重污染。因此,實驗室廢物的處理應(yīng)優(yōu)先考慮廢物的資源化。
(六)發(fā)展多媒體模擬實驗
綠色化學(xué)作為一門從源頭上阻止污染的化學(xué),其目標和任務(wù)不是被動地治理環(huán)境污染,而是主動地防止化學(xué)污染。對于一些高風(fēng)險、高成本、高毒性、會造成環(huán)境嚴重污染和難控制的實驗,可以在計算機上運用仿真模擬技術(shù)模擬整個反應(yīng)過程,實現(xiàn)實驗“零排放”“零污染”。 如對基礎(chǔ)化學(xué)實驗中一些元素化合物的性質(zhì)實驗實施模擬,由于這類實驗存在實驗時間較長,試劑使用種類較多且較大毒性的污染物多,污染物組成比較復(fù)雜、對環(huán)境污染比較嚴重,試劑回收后處理困難等問題,不僅對人體健康危害嚴重,而且對生態(tài)環(huán)境具有極大的破壞力。如p區(qū)、ds區(qū)、過渡系元素及化合物的性質(zhì)檢驗就用到近100種試劑和藥品[6],其中含有重金屬離子鎘離子、銀離子,鉛汞鹽、砷化合物等劇毒試劑。對于這一系列實驗,可有選擇性地保留一部分有典型代表性且對環(huán)境污染程度較小的進行實際操作。其他毒性較大、污染較嚴重的,可將實驗過程設(shè)計成模擬實驗,在計算機上實施操作、完成實驗。模擬實驗大大增強了實驗的可見度,使學(xué)生很好地掌握了性質(zhì)實驗的基本操作方法,熟悉了元素及化合物的化學(xué)性質(zhì)。同時,模擬實驗良好的界面及趣味性的動畫、聲音,極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。
(七)引進現(xiàn)代實驗技術(shù)
微波作為一種新型的能量形式,屬于電磁波的一種,頻率范圍0.3~30GHz,波長為1m~1mm,具有較強的穿透性和優(yōu)異的選擇性,其在促進化學(xué)反應(yīng)速率方面較常規(guī)方法反應(yīng)速率提高2~3個數(shù)量級[7],且具有操作方便、節(jié)能、反應(yīng)條件溫和、對環(huán)境友好等優(yōu)點。超聲波,由于其空化作用,具有提高物質(zhì)在載體上的分散性,改善物質(zhì)的表面形態(tài),提高許多反應(yīng)的速率等優(yōu)點。將微波、超聲波技術(shù)引入基礎(chǔ)化學(xué)實驗中,不僅能節(jié)約能源,減少污染,而且還有助于先進科學(xué)技術(shù)的普及,激發(fā)學(xué)生的求知欲。同時,這些技術(shù)的引入對增強化學(xué)實驗內(nèi)容的綠色化有十分重要的作用,也是實現(xiàn)基礎(chǔ)化學(xué)實驗綠色化的一個重要方法。
二、結(jié)語
綜上所述,利用基礎(chǔ)化學(xué)實驗的專業(yè)基礎(chǔ)課地位實施基礎(chǔ)化學(xué)實驗的綠色化是非常必要的。綠色化設(shè)計不僅有利于解決目前基礎(chǔ)化學(xué)實驗對環(huán)境的污染問題,同時還有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,提高學(xué)生實驗技能和培養(yǎng)學(xué)生嚴謹治學(xué)的態(tài)度。更為重要的是,通過基礎(chǔ)化學(xué)實驗的綠色化的大力實施,可進一步培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)和環(huán)境保護的意識,為全民環(huán)保意識的形成奠定基礎(chǔ)。
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[關(guān)鍵詞]綠色;化學(xué)工藝;應(yīng)用;發(fā)展
中圖分類號:TQ02 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)06-0116-01
前言:隨著環(huán)境污染問題的加重,國家對生態(tài)環(huán)境保護越來越重視,而綠色化學(xué)是實現(xiàn)這一目標的重要理論支撐,綠色化學(xué)工藝的應(yīng)用極為重要。
一、綠色化學(xué)的內(nèi)容概述
綠色化學(xué)工藝在化工生產(chǎn)中的引進使得環(huán)境污染加劇問題得到了進一步控制,綠色化學(xué)的概念正不斷的深入人心。對于綠色化學(xué),不管是原材料的應(yīng)用還是在化學(xué)反應(yīng)中催化劑的添加,都要盡可能做到無毒、無害、零污染。運用綠色化學(xué)工藝不僅能減少化工生產(chǎn)中有害物質(zhì)的排放,還可以減少對環(huán)境的污染。首先,工業(yè)用材料必須是可再生資源,并且保證原材料無毒無害;其次,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為綠色的,應(yīng)用的材料容易降解,且有害物排放低或為零;另外,慎重選擇化學(xué)反應(yīng)的催化劑,選擇沒有危害的催化劑;最后,謹慎選擇添加溶劑,如果該溶劑有副作用則不能再用。我們需要不斷加強對綠色化學(xué)技術(shù)的研究,在今后的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中,盡可能應(yīng)用可再生的綠色資源,對于不可再生的資源應(yīng)限制其重復(fù)利用。
二、綠色化學(xué)工藝研發(fā)現(xiàn)狀
2.1 “原子化學(xué)經(jīng)濟”反應(yīng)
“原子化學(xué)經(jīng)濟”即是在化W反應(yīng)中,要求對反應(yīng)物中的原子實現(xiàn)最大程度的利用,并使其參加反應(yīng)的物質(zhì)完全轉(zhuǎn)化為生成物,也只有這樣才實現(xiàn)了真正意義上的綠色化學(xué)工藝。
2.2 原材料的選取
在化工生產(chǎn)中,對于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原材料來說,其性質(zhì)決定了生產(chǎn)的過程和方法。對于原材料的選取,要想保證反應(yīng)的徹底、無害,則應(yīng)優(yōu)先考慮按綠色化學(xué)工藝要求使用的無毒害材料。
2.3 改善催化劑類型
在化學(xué)反應(yīng)中改善催化劑的類型,可以使反應(yīng)中不穩(wěn)定的中間體被進一步氧化或還原,使其反應(yīng)更加徹底、高效。另外,要確?;瘜W(xué)反應(yīng)的可選擇性,發(fā)生氧化還原反應(yīng)時會有一些很容易被氧化、還原的中間物質(zhì)生成,所以要提高催化劑的載氧能力,并根據(jù)新型催化劑的反應(yīng)特性研發(fā)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)工藝。
2.4 使用清潔工藝
使用清潔工藝可以使整個化學(xué)生產(chǎn)過程達到綠色環(huán)保的效果,另外,使用再生能源、選用先進的工藝技術(shù),可以從根本上減少或避免因污染物排放帶來的環(huán)境危害。例如:廢棄的秸稈以及稻草等就可以作為化學(xué)原料,將糖類植物轉(zhuǎn)化為乙酰丙酸,實現(xiàn)對葡萄糖的提取,這樣就避免了反應(yīng)中廢棄物的出現(xiàn)。
三、綠色化學(xué)工藝的開發(fā)
3.1 采用無毒害的生產(chǎn)原料
企業(yè)在生產(chǎn)化工產(chǎn)品的過程中,首先應(yīng)該做好的就是對生產(chǎn)原料的選擇。 生產(chǎn)原料不同,相應(yīng)的生產(chǎn)方法與流程也會有所不同。綠色化學(xué)工藝則要求在生產(chǎn)過程中使用無毒無害的原料,即使在必須要使用化學(xué)物質(zhì)的情況下,也要采取措施將危害降到最低。在根源上消除污染環(huán)境的“三廢”,在生產(chǎn)過程中綠色化學(xué)工藝應(yīng)采用可再生的原料,如野生植物或農(nóng)作物等。
3.2 采用無毒害的催化劑
目前的化工品生產(chǎn)過程中,90%以上的化學(xué)反應(yīng)都需要加入催化劑來提高化學(xué)反應(yīng)速率,因此在綠色化學(xué)工藝的開發(fā)過程中,對無毒害、新型高效綠色催化劑的開發(fā)也是一個關(guān)鍵的研究方向和課題。丁烯烷基化與異烯烷基化生產(chǎn)工業(yè)中,異辛烷屬于“原子經(jīng)濟”反應(yīng),但反應(yīng)的催化劑使用的是對設(shè)備具有強烈腐蝕性危害的氫氟酸或硫酸,而且生產(chǎn)后的廢液很難進行恰當?shù)奶幚砘厥?,又會進一步污染環(huán)境。當前,國內(nèi)外的很多高校和機構(gòu)都在研發(fā)新型的烷基催化劑,開發(fā)出腐蝕性低、能耗低、污染小的催化劑,也是綠色化學(xué)工藝的重要努力方向。
3.3 提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性
在石油化工行業(yè)中有許多強放熱類的反應(yīng),而且其目的產(chǎn)物一般又是一些不穩(wěn)定的容易被反應(yīng)氧化的中間體,因此這類催化劑就成為了催化劑中選擇性最低的類型。另外,還有一些產(chǎn)品的組成方式是異構(gòu)體的,因此為有效的將原材料加工轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品,在過程中就需要加入選擇性較高的催化劑,對這種催化劑的開發(fā)不僅能夠降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源,更重要的是能減少其對環(huán)境造成的不良影響, 綠色化學(xué)工藝注重的是不同氧化反應(yīng)和不同反應(yīng)特點的催化劑的開發(fā)。
四、綠色化學(xué)工藝的應(yīng)用
4.1 生物技術(shù)
從廣義上來說,生物技術(shù)包括了基因、細胞、酶以及微生物技術(shù)等。在應(yīng)用方面,生物技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域為生物化工和化學(xué)仿生學(xué)方面。生物在某些領(lǐng)域正在逐步代替石油、天然氣等不可再生能源。生物技術(shù)中所進行的化學(xué)反應(yīng),大多數(shù)都是利用自然界中找到的酶或者是工業(yè)生產(chǎn)的酶作為催化劑。這種利用酶作為催化劑取代化學(xué)催化劑的方法,具有對環(huán)境無化學(xué)污染、反應(yīng)的條件溫和以及生產(chǎn)出來的產(chǎn)品性質(zhì)相對優(yōu)良等特點。
4.2 清潔技術(shù)
清潔環(huán)保是綠色化學(xué)工藝追求的目標,清潔的生產(chǎn)技術(shù)就是無毒、無害、無廢棄物。例如清潔煤脫硫、脫碳技術(shù)的應(yīng)用以及太陽能、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,都屬于清潔的生產(chǎn)技術(shù)。較為先進的清潔技術(shù)還有等離子技術(shù)、綠色催化技術(shù)和生物工程技術(shù)等。應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù),其生產(chǎn)過程不僅不會對環(huán)境造成污染,其產(chǎn)品也屬于清潔產(chǎn)品。
4.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
氮元素是農(nóng)作物生長時所必須的元素之一,這樣我們就可以通過生物固氮的方法來增加氮元素。外界環(huán)境中的氮元素都是以氮氣的形式存在,不能夠被農(nóng)作物直接吸收。傳統(tǒng)的固定氮元素的方法是通過化學(xué)反應(yīng)生成NH3,化學(xué)反應(yīng)中使用的催化劑以及生成的雜質(zhì)都會對環(huán)境造成污染,而應(yīng)用綠色化學(xué)工藝的生物固氮技術(shù),減少了工業(yè)合成氨的生產(chǎn),消除了生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染,從而保護了空氣質(zhì)量。
五、綠色化學(xué)工藝的發(fā)展
5.1 化學(xué)工藝發(fā)展
在未來的發(fā)展中,綠色化學(xué)將發(fā)展綠色化學(xué)工藝的模式,廣泛應(yīng)用各種節(jié)能材料,這些都有利于綠色化學(xué)工藝的實施以及相關(guān)體系的進一步優(yōu)化。在將化學(xué)工藝進行綠色化的處理過程中,運用的比較創(chuàng)新的一個方法就是對化學(xué)生產(chǎn)進行在線控制與檢測,對生產(chǎn)的每一個具體環(huán)節(jié)的工藝和過程加以把控,以此做到協(xié)調(diào),這樣才可以保證參與到化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)和反應(yīng)過程都是安全的,并且要設(shè)立相關(guān)機制以處理化學(xué)反應(yīng)會出現(xiàn)的一些意外情況。對于社會公眾,必須加強環(huán)境保護的宣傳導(dǎo)向工作,在降低工業(yè)污染的同時也要做到減少生活垃圾排放。
5.2 催化劑的發(fā)展
5.2.1 仿酶催化
化學(xué)反應(yīng)中,酶催化過程具有專一、效率高等特點,在目前的化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用的都是天然酶。天然酶是有一定限度的,所以需要我們逐步開發(fā)出人工酶來取代天然酶的應(yīng)用。另外,人工酶的優(yōu)勢在于可以仿制一些人工活性反應(yīng)結(jié)構(gòu),使反應(yīng)中所需的疏水環(huán)境以及與多種非共價鍵反應(yīng)的原子協(xié)同效應(yīng),充分發(fā)揮作用。
5.2.2 納米催化劑
納米催化劑可以對環(huán)境起到治理的作用,納米金屬催化劑中主要包含了一些含鉑、銠金等成本較高的金屬氧化物;還有另一種是較為傳統(tǒng)的以氧化鋁和氧化硅等金屬氧化物為載體,通過一系列反應(yīng)形成一種負載型納米催化劑,以此來提高化學(xué)反應(yīng)的速率以及活性。目前納米催化劑可以實現(xiàn)對汽車尾氣排放的處理,達到凈化空氣的效果。
結(jié)語
綜上所述,近年來環(huán)境污染不斷加劇,為了減少污染物排放、節(jié)約資源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標,綠色化學(xué)必將向著新的發(fā)展高峰邁進。
參考文獻
【摘 要】化學(xué)學(xué)科是一門實驗性學(xué)科,與其它學(xué)科的實驗相比,化學(xué)實驗往往具有高污染的特點,并且化學(xué)污染在持續(xù)性、嚴重性上表現(xiàn)的也非常顯著。因此,如何解決化學(xué)實驗的污染問題,構(gòu)建綠色的化學(xué)課堂是橫在每個化學(xué)教師面前的難題。在本文中,筆者就結(jié)合化學(xué)實驗中的諸多問題,簡單就如何構(gòu)建化學(xué)綠色課堂提了幾點建議,希望在環(huán)保意識和科學(xué)方法的指導(dǎo)下,能夠緩解化學(xué)實驗課堂的污染問題,促進化學(xué)實驗的可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞 高中化學(xué);課堂實驗;綠色實驗;可持續(xù)發(fā)展
綠色化學(xué)是未來化學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要方向,是化學(xué)學(xué)科可持續(xù)發(fā)展的必然要求?,F(xiàn)如今,世界各國都越來越重視對綠色化學(xué)理念的研究,作為一名高中化學(xué)教師,我們也應(yīng)當順應(yīng)潮流,在開展化學(xué)實驗課的過程中把綠色理念融入實驗教學(xué)活動之中,努力培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識和能力,讓化學(xué)課堂在綠色理念的引領(lǐng)下朝著更加健康環(huán)保的方向發(fā)展。
一、嚴格規(guī)范實驗操作
化學(xué)實驗是一門高度嚴謹?shù)目茖W(xué)活動,在實驗過程中,任何一個微小的差錯,輕則造成污染加大,重則會發(fā)生安全事故。因此,說到綠色化學(xué)實驗的開展,首先要從最基礎(chǔ)的實驗操作技能入手。在化學(xué)實驗中,教師要教給學(xué)生規(guī)范的操作方式,從實驗前藥品、實驗器具的檢查,到實驗裝置的安裝、藥品的稱量、試劑的取用,再到最后的實驗廢棄物的處理,每一個環(huán)節(jié)都要嚴格按照實驗操作守則的規(guī)定,這樣既可以節(jié)約不必要的藥品、試劑、能源的耗費,又能夠在實驗過程中減少污染物的排放。例如,在開始前,要認真檢查制備氣體裝置的密閉性是否合格,以避免在實驗操作中由于氣體泄漏而造成的污染和對人體的危害;在實驗過程中,需要聞氣體的時候,不能太用力去吸氣;選擇容器的時候,不能選擇敞開的容器口等等。這樣,在實驗中的每個環(huán)節(jié)都按規(guī)操作,就可以最大限度的減少安全事故的發(fā)生,確保把污染可能降到最低。
二、盡量選擇對環(huán)境污染小的反應(yīng)物
在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中,釋放一些污染環(huán)境的物質(zhì)有時不可避免,這個時候,我們只能采取“兩害取其輕”的方式,盡量選擇一些對環(huán)境污染比較小的反應(yīng)物。例如,氯氣的制取實驗,按照傳統(tǒng)的方式,氯氣產(chǎn)生的量很大,即使教師用裝置把氯氣收集起來,但最終還是會釋放出去,難以從根本上解決問題。有沒有什么方法能夠讓污染量盡量減少一些呢?如今,很多教師嘗試著用醫(yī)用高錳酸鉀片,也就是我們常說的PP片與濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)來制取氯氣,由于PP片的密度很高,即使浸泡幾個小時以后,PP片也不會完全溶解,這樣作為固體的PP片與濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)的接觸面要遠遠小于液體與液體的接觸面,從而導(dǎo)致反應(yīng)的強度要明顯減弱,而產(chǎn)生的氯氣量也會大大減小,使得實驗過程變得相對來說更加環(huán)保。由此可見,選擇恰當?shù)姆磻?yīng)物,是實現(xiàn)綠色實驗的有效手段。
三、積極推廣微型實驗
微型實驗在世界上一些發(fā)達國家的發(fā)展已經(jīng)比較成熟了,而在我國,微型實驗還處于一個起步階段。所謂微型實驗,不僅是在化學(xué)實驗中簡單的減少試劑、藥品的用量,而是包括微量藥品、微型實驗儀器在內(nèi)的一系列微型化條件下開展的實驗活動。在微型條件下,運用遠遠低于常規(guī)用量的藥品開展化學(xué)實驗,不僅可以降低實驗成本,同時,反應(yīng)生成物的量也會大大減小,這樣自然提升了實驗的綠色性。當然,與常規(guī)實驗相比,微型實驗的反應(yīng)現(xiàn)象往往不夠明顯,這就給學(xué)生的實驗觀察帶來了一定的難度。為了解決這個問題,教師可以利用投影儀等工具對實驗現(xiàn)象進行放大處理,這樣就可以解決實驗可觀性的問題了。
四、努力在實驗中做到廢物利用
循環(huán)利用是環(huán)保理念中一個十分重要的方法和理念。在化學(xué)實驗中,除了想辦法減少污染物的排放,努力做到廢物的循環(huán)利用也是實現(xiàn)綠色課堂的一個重要途徑。例如,在銀鏡反應(yīng)中生成的銀,通過Ag和稀HNO3進行加熱反應(yīng)可以得到AgNO3,這樣就可以用于下一次的實驗。除此以外,在我們身邊,隨處可見的一些廢舊物品,經(jīng)過簡單的加工改造,也可以變成化學(xué)實驗器具,例如,我們可以用一次性針筒來替代量筒,也可以用隨處可見的塑料吸管來代替移液管等,利用這些廢舊物品自制實驗儀器,不僅體現(xiàn)了環(huán)保思維,同時,這種隨處可見、隨處可用的自制儀器還可以增加實驗的機會和實驗的便利性,并且學(xué)生在自制儀器的過程中,還能培養(yǎng)一定的動手實踐能力,可以說,是一個一舉多得的有效之舉。
五、妥善處理實驗廢棄物
化學(xué)實驗本身的性質(zhì)就決定了無論采用什么手段,一些實驗都會不可避免的產(chǎn)生一定的污染,這時候,如何妥善地處理這些實驗廢棄物就顯得格外重要了。教師在開展實驗教學(xué)的時候,一定要讓學(xué)生養(yǎng)成正確處理實驗廢棄物的習(xí)慣和能力。在對實驗廢液進行處理的時候,一定要讓學(xué)生按照要求把廢液倒入專門的廢酸槽或者廢堿槽,對于一些不能直接排放的廢液,可以采取一定的手段進行處理,如擱置一段時間,或者進行一些化學(xué)反應(yīng)處理,然后再進行排放。對于實驗廢氣,在實驗過程中要注意對尾氣的收集,在實驗結(jié)束后再對尾氣進行吸收或者回收。
綠色化學(xué)是人類與自然和諧相處的化學(xué)科學(xué),是未來化學(xué)學(xué)科乃至人類本身可持續(xù)發(fā)展的必然要求。因此,努力減少化學(xué)實驗污染,推進化學(xué)實驗的綠色化設(shè)計是我們每個化學(xué)教師都應(yīng)當重視的問題。作為教師,我們要努力把綠色化學(xué)理念自始至終地貫徹于化學(xué)實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié),讓學(xué)生在化學(xué)課堂上養(yǎng)成環(huán)保意識,形成環(huán)保能力。
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綠色建筑 綠色冶金技術(shù) 綠色經(jīng)濟 綠色發(fā)展論文 綠色化工論文 綠色金融論文 綠色消費研究 綠色化學(xué)教育 綠色環(huán)保建筑設(shè)計 綠色低碳設(shè)計 紀律教育問題 新時代教育價值觀