趙天琦， 陳曉東， 孟繁雨

（吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130012）

精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)的綠色化建設(shè)和教學(xué)改革探索

趙天琦， 陳曉東， 孟繁雨

（吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130012）

實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)、驗(yàn)證所學(xué)理論、掌握實(shí)驗(yàn)技巧的場(chǎng)所，同時(shí)也是提高學(xué)生自身素質(zhì)和培養(yǎng)其先進(jìn)思想理念的平臺(tái)。隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，有毒有害原料和溶劑的使用及廢物排放對(duì)大氣、水、土壤等造成的污染問題日益嚴(yán)重。這不僅給人類健康和生活環(huán)境帶來了嚴(yán)重的危害，更警醒人們探索綠色化學(xué)。如何改善實(shí)驗(yàn)室的硬件環(huán)境，提高教師和學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)，改革以往不注重環(huán)保的粗放實(shí)驗(yàn)及教學(xué)模式，是一線實(shí)驗(yàn)教師的責(zé)任。為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)的綠色化建設(shè)，從實(shí)驗(yàn)室合理規(guī)劃布局、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置和實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度建立等方面對(duì)精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了全方位教學(xué)實(shí)踐改革的探索，促進(jìn)了專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的綠色化建設(shè)，培養(yǎng)了大學(xué)生綠色環(huán)保理念。

綠色化學(xué);教學(xué)改革;綠色化建設(shè);環(huán)保理念

0 引言

隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，有毒有害原料和溶劑的使用及廢物排放對(duì)大氣、水、土壤等造成的污染問題日益嚴(yán)重。這不僅給人類健康和生活環(huán)境帶來了嚴(yán)重的危害，更警醒人們探索綠色化學(xué)［1-5］，從源頭上減少或消除有毒有害廢物的產(chǎn)生，以期最終實(shí)現(xiàn)廢物的零排放［6-7］。走綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展之路［8-9］。

大學(xué)實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)、驗(yàn)證所學(xué)理論、掌握實(shí)驗(yàn)技巧的場(chǎng)所，同時(shí)也是提高他們自身素質(zhì)和培養(yǎng)其先進(jìn)思想理念的平臺(tái)。如何改善實(shí)驗(yàn)室的硬件環(huán)境，提高教師和學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)，改革以往不注重環(huán)保的粗放實(shí)驗(yàn)及教學(xué)模式，是我們一線實(shí)驗(yàn)教師的責(zé)任。為此我們利用學(xué)校搬遷，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)重新改造的契機(jī)，按照綠色環(huán)保的理念對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室重新進(jìn)行了合理規(guī)劃和布局，在不影響專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求的前提下，組織從事環(huán)?？茖W(xué)研究的實(shí)驗(yàn)老教師對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容按“5R”(減量化Reduce、再利用Reuse、拒用Rejection、再生Regeneration、再循環(huán)Recycle)的原則［10-11］進(jìn)行了二次整編。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室制定了一系列嚴(yán)格的符合環(huán)保要求的規(guī)章制度。并在每學(xué)期末組織實(shí)驗(yàn)師生針對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室綠色化建設(shè)［12］提出合理化整改建議，不斷完善實(shí)驗(yàn)室的綠色化建設(shè)和教學(xué)。

1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)面臨的困境

(1)缺乏整體布局。由于精細(xì)化工專業(yè)是國(guó)家教委80年代后期開始在全國(guó)部分高校建立的新專業(yè)，當(dāng)時(shí)學(xué)校各方面條件還不完善，是由學(xué)院從其他科室擠拼出的幾個(gè)不在一起的小房間，嚴(yán)格意義不能算是規(guī)范實(shí)驗(yàn)室。更談不上合理整體布局規(guī)劃。

(2)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不合理。建專業(yè)實(shí)驗(yàn)室之初，由于缺少綠色化學(xué)的思想理念，教師編寫的原始實(shí)驗(yàn)教材重點(diǎn)是以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與所開專業(yè)課配套為著眼點(diǎn)，單方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)的實(shí)踐提高，沒有考慮要同時(shí)兼顧綠色化學(xué)內(nèi)容。

(3)缺少綠色化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的管理體系。實(shí)驗(yàn)室沒有一套相對(duì)完善的與綠色化［13-14］實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相適應(yīng)的規(guī)章制度，教師和學(xué)生無行為規(guī)范可依。

2 實(shí)驗(yàn)室的綠色化建設(shè)

新建實(shí)驗(yàn)室后，我們以實(shí)驗(yàn)室綠色化建設(shè)為核心加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)系統(tǒng)等硬件建設(shè)、對(duì)實(shí)驗(yàn)室的布局進(jìn)行了整體規(guī)劃。

2.1 實(shí)驗(yàn)室綠色化的硬件保障和措施

學(xué)校對(duì)易產(chǎn)生污染的各實(shí)驗(yàn)室加裝了大功率通排風(fēng)系統(tǒng)，為了防止實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的廢氣對(duì)實(shí)驗(yàn)室及周圍環(huán)境造成污染，根據(jù)廢氣污染物的具體性質(zhì)和數(shù)量，安排產(chǎn)生有害氣體的實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)櫥柜中進(jìn)行，并選擇了適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)它們進(jìn)行凈化處理。例如:采取燃燒法、吸收法、吸附法等，在廢氣排放前加以凈化，確保有良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件，保證了實(shí)驗(yàn)區(qū)周圍大氣環(huán)境的達(dá)標(biāo)。解決了有毒氣體的污染問題。

其次對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的有害液體，利用專業(yè)特有的精餾等設(shè)備優(yōu)勢(shì)，采取混合液體集中精餾加以回收循環(huán)利用，個(gè)別有毒有害固體物質(zhì)不能回收利用的，采取集中收集，定期送到學(xué)校指定場(chǎng)所統(tǒng)一處理，解決了有毒液體、固體的污染問題，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃的硬件措施上為實(shí)驗(yàn)室的綠色化提供了科學(xué)保障。

2.2 實(shí)驗(yàn)室的合理布局和科學(xué)管理

實(shí)驗(yàn)室新建后，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室按功能進(jìn)行了合理劃分:教師批改作業(yè)的資料室、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備室、藥品儲(chǔ)備室、合成類實(shí)驗(yàn)室、測(cè)試類實(shí)驗(yàn)室等。其中對(duì)易產(chǎn)生污染的合成類實(shí)驗(yàn)室:每個(gè)試驗(yàn)臺(tái)旁專設(shè)有針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)的相應(yīng)的回收瓶具和裝置，并貼有對(duì)應(yīng)標(biāo)簽，方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中隨時(shí)對(duì)產(chǎn)生的有毒有害化學(xué)品的回收利用;對(duì)易產(chǎn)生污染的藥品儲(chǔ)備室:各類藥品嚴(yán)格執(zhí)行分類存放分開保管等科學(xué)措施。如:無機(jī)類按酸、堿、鹽分類、有機(jī)類按官能團(tuán)分類、其他雜類按表面活性劑、香精等分類。尤其對(duì)劇毒、易爆藥品，專門保存在特制的墻柜里，并加鎖。對(duì)強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)氧化性藥品也用瓷磚砌成專柜存放。同時(shí)做到注意化學(xué)藥品的存放期限，室內(nèi)恒溫、恒濕、保持通風(fēng)通暢等保障措施。總之，實(shí)驗(yàn)室的藥品分類存放并實(shí)施科學(xué)管理，既能減少實(shí)驗(yàn)藥品的浪費(fèi)，節(jié)約經(jīng)費(fèi)開支，又能降低化學(xué)藥品對(duì)環(huán)境的污染，是構(gòu)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。顯著提高了實(shí)驗(yàn)室的綠色化科學(xué)化管理水平。

3 實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的改進(jìn)

建立綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，其根本目的是從節(jié)約資源和防治污染的觀點(diǎn)來重新審視和改革傳統(tǒng)化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)，按照“5R”原則解決化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的污染問題，目的是減少和消除對(duì)環(huán)境的污染，培養(yǎng)并提高學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)和專業(yè)知識(shí)技能。

化工精化實(shí)驗(yàn)室因做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生很多，綠色化學(xué)教育的問題與師生的身體健康息息相關(guān)，影響較大，危害明顯。因此，教師與實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員在綠色化學(xué)教育方面意識(shí)要加強(qiáng)。近年來我們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容等多方面探索了一系列綠色化改進(jìn)措施。

3.1 減少試劑用量

實(shí)驗(yàn)試劑的用量盡可能少。將制備實(shí)驗(yàn)的試劑用量減至最少，性質(zhì)實(shí)驗(yàn)采用半微量分析的方法，減少了藥品浪費(fèi)，降低實(shí)驗(yàn)污染。

3.2 大力倡導(dǎo)采用綠色實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段

實(shí)驗(yàn)污染主要是由實(shí)驗(yàn)中所用的高毒試劑引起的，在保證實(shí)驗(yàn)效果目標(biāo)的前提下，盡量采用微波等環(huán)保方法對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行洗滌;用超臨界水等無毒害、無污染或低毒害、低污染的試劑替代毒性較強(qiáng)的試劑;用酒精溫度計(jì)和儀表式溫度計(jì)代替水銀溫度計(jì)避免可能帶來的汞污染。再如我們?cè)诰瘜I(yè)實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生采用高粱籽殼作原料提取制備綠色環(huán)保型染發(fā)劑，學(xué)生們?cè)囼?yàn)后，頗有感悟。

3.3 調(diào)整實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容，多途徑實(shí)現(xiàn)綠色化

3.3.1 利用可再生資源合成化學(xué)品

用可再生資源［15-16］或其副產(chǎn)品做化工原料，是綠色化學(xué)的一項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)。我們?cè)诰瘜I(yè)實(shí)驗(yàn)講義內(nèi)容編排上把精細(xì)化學(xué)品合成的幾類不同實(shí)驗(yàn)的原料都統(tǒng)一以農(nóng)作物玉米秸棉籽殼提取物糠醛為原料，由糠醛原料出發(fā)分別制備:屬基礎(chǔ)化工原料塑料增塑劑、食品防腐劑用的糠酸 、屬食品酸味添加劑用的富馬酸(反丁烯二酸)和黏合劑基礎(chǔ)原料用的糠酮樹脂，再用糠酮樹脂制備黏合劑。探索出利用由可再生資源糠醛出發(fā)合成多類精化產(chǎn)品的可持續(xù)化環(huán)保實(shí)驗(yàn)途徑。

3.3.2 采用了一條龍循環(huán)實(shí)驗(yàn)

一條龍實(shí)驗(yàn)的含義是把多個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來，把前一個(gè)實(shí)驗(yàn)所得到的產(chǎn)品(結(jié)果)，作為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料，從而形成了多個(gè)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)在一起的一條龍實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是能盡量減少中間環(huán)節(jié)的物料排放，同時(shí)也節(jié)省了后續(xù)實(shí)驗(yàn)所需的化學(xué)藥品原料。

例如:我們利用上一個(gè)實(shí)驗(yàn)合成的產(chǎn)物N，N-二甲基十二烷胺做下一合成反應(yīng)十二烷基甜菜堿的原料來合成兩性表面活性劑十二烷基甜菜堿，再把該十二烷基甜菜堿做為測(cè)量表面活性劑性能實(shí)驗(yàn)─表面張力實(shí)驗(yàn)和泡沫高度測(cè)量實(shí)驗(yàn)的配劑，其實(shí)驗(yàn)后的廢液還可收集起來作實(shí)驗(yàn)室洗刷燒杯、燒瓶類的洗滌劑用。充分實(shí)現(xiàn)了綠色節(jié)約環(huán)保。

3.3.3 多方法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室廢水治理

(1)利用實(shí)驗(yàn)有的廢水呈強(qiáng)酸性，有的呈強(qiáng)堿性，可利用廢水自身的酸堿中和，達(dá)到廢水治理的目的。

(2)利用膜過濾方法進(jìn)行廢水處理。

(3)上面的廢水可通過實(shí)驗(yàn)室的水循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)利用。如:做實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的冷卻水循環(huán)利用等。

3.3.4 畢業(yè)論文結(jié)合教師科研開展綠色課題研究

組織專業(yè)畢業(yè)學(xué)生以超臨界水為綠色溶劑開展油頁巖中石油提取研究。用酶選擇性催化在室溫水中一系列反應(yīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)上廢水污染治理等綠色環(huán)保課題研究。以及開展具有綠色化性能的油脂基表面活性劑的研發(fā)。同時(shí)鼓勵(lì)和引導(dǎo)專業(yè)學(xué)生開展不使用有機(jī)溶劑參加反應(yīng)的研磨法固相反應(yīng)、微波促進(jìn)的固相反應(yīng)及高溫固相反應(yīng)等多方面環(huán)保型課題的探究。

3.3.5 充分發(fā)揮教學(xué)多媒體仿真實(shí)驗(yàn)的作用

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)(模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué))是一種化學(xué)試劑和儀器裝置零投入零廢棄物排放的特殊實(shí)驗(yàn)方式，特別是某些毒害或危險(xiǎn)性較大的化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以采用這種方式，可防止付出高昂的環(huán)境代價(jià)，是減少重復(fù)污染的有效方法。

我們?cè)谝壮鲥e(cuò)較危險(xiǎn)的真空減壓操作實(shí)驗(yàn)和較復(fù)雜的精餾實(shí)驗(yàn)等教學(xué)中引入了各種多媒體仿真教學(xué)軟件，拷貝給學(xué)生，作為他們實(shí)驗(yàn)前預(yù)演的資料。提高學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的掌握和興趣，強(qiáng)化了學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、樹立了環(huán)保觀念。

4 強(qiáng)化培養(yǎng)大學(xué)生綠色環(huán)保理念

每學(xué)期開學(xué)實(shí)驗(yàn)前，首先組織學(xué)生熟悉各實(shí)驗(yàn)室，尤其要認(rèn)真學(xué)習(xí)各實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度，然后參觀資料室，那里陳列有歷屆有關(guān)對(duì)實(shí)驗(yàn)室開展綠色化學(xué)實(shí)踐的體會(huì)、合理化建議，也有學(xué)生們?cè)诰G色化學(xué)研究方面的論文。還有實(shí)驗(yàn)教師搜集的有關(guān)綠色化學(xué)的相關(guān)書籍和資料。最后要求每名學(xué)生寫出一篇以實(shí)驗(yàn)室綠色化建設(shè)相關(guān)的書面報(bào)告。加強(qiáng)本專業(yè)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程綠色化教學(xué)認(rèn)識(shí)［17-18］，提高他們的綠色環(huán)保理念。

學(xué)期實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們組織學(xué)生舉行公開討論，由每個(gè)小組闡述結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在綠色化學(xué)方面提出可行的改進(jìn)和建議或展示他們的實(shí)驗(yàn)成果。對(duì)有價(jià)值的放到資料室存檔。

通過這一環(huán)節(jié)的相互學(xué)習(xí)、相互交流，加深了學(xué)生對(duì)綠色化學(xué)的進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)語

多年的一線實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，我們深切體會(huì)到探索精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的綠色化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是全方位的，不僅要抓好實(shí)驗(yàn)室硬件方面建設(shè)，還要抓好實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容等軟件方面的建設(shè)，更要不斷探索學(xué)生創(chuàng)新能力、綠色環(huán)保理念的提高和培養(yǎng)，使綠色環(huán)保理念深深植根于他們的內(nèi)心深處。相信不斷探索實(shí)驗(yàn)室的綠色化建設(shè)，不斷提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綠色化水平，促進(jìn)師生綠色化學(xué)理念的更新，是我們化學(xué)工作者刻不容緩的責(zé)任，走可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保之路，將永遠(yuǎn)是我們走向美好未來的不懈追求目標(biāo)。

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The Exploration of Greening Construction and Teaching Reform on Specialized Experiment of Fine Chemical Industry

ZHAO Tian-qi，CHEN Xiao-dong，MENG Fan-yu
(Chemical College，Jilin University，Changchun 130012，China)

Laboratory is the place where students study the basic and professional knowledge，test the learned theories and master experimental skills.It also provides a platform for students to improve their own quality and to develop the advanced idea.With the rapid development of chemical industry，the pollution problem to the atmosphere，water，soil caused by the use of poisonous and harmful materials and solvent and waste emissions is becoming more and more serious.This has brought serious harm to human health and living environment.Meanwhile，it alerts people to explore green chemistry.It is our responsibility as a frontline experimental teachers to improve laboratory hardware environment，to improve the teachers＇and students＇consciousness of green chemistry，and to reform the past extensive experiments and teaching model without paying attention to the environmental protection.In order to achieve the greening construction of specialized experiment of fine chemical industry，the comprehensive exploration of experimental teaching practice reform on specialized experiment of fine chemical industry，such as reasonable planning and layout of the laboratory，experimental curriculum and improvement of experimental teaching material，the establishment of laboratory regulations et al，has been carried out，and will help to further promote the greening construction of fine chemical lab and foster the college students’concept of green environmental protection.

green chemistry;educational reform;green construction;the concept of environmental protection

TQ 396

A

1006－7167(2014)05－0144－04

2013－06－19

教育部“十二五”質(zhì)量工程項(xiàng)目(20120820)

趙天琦(1963－)，男，吉林長(zhǎng)春人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向:主要從事有機(jī)和精細(xì)化學(xué)品合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究。

Tel:15526636118;E-mail:zhaotq@jlu.edu.cn