陳 鈺，梁紅蓮，李 忠，張云清，李宇婷，王福緯，牟天成

(1 廊坊師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北 廊坊 065000；2 中國人民大學(xué)化學(xué)系，北京 100872)

習(xí)近平生態(tài)文明思想和十九屆五中全會精神要求把新時代環(huán)境法治理念貫徹到大學(xué)化學(xué)教學(xué)中去?！吨腥A人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》(以下簡稱《固廢法》)第二次修訂于2020年4月29日通過，自2020年9月1日實施。新《固廢法》第十一條規(guī)定：“國家機(jī)關(guān)、社會團(tuán)體、企業(yè)事業(yè)單位、基層群眾性自治組織和新聞媒體應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)固體廢物污染環(huán)境防治宣傳教育和科學(xué)普及，增強(qiáng)公眾固體廢物污染環(huán)境防治意識。學(xué)校應(yīng)當(dāng)開展生活垃圾分類以及其他固體廢物污染環(huán)境防治知識普及和教育”。所以，高等學(xué)校的各項教學(xué)過程體現(xiàn)《固廢法》等新時代環(huán)境法治理念具有緊迫性和必要性。

物理化學(xué)是大學(xué)化學(xué)、化工、環(huán)境、冶金等專業(yè)的必修課程，也是相關(guān)學(xué)科研究生入學(xué)考試的科目之一。物理化學(xué)主要研究化學(xué)反應(yīng)的方向和限度、化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。物理化學(xué)也是學(xué)習(xí)其它相關(guān)科目的理論基礎(chǔ)。由上可知，物理化學(xué)是《固廢法》中實現(xiàn)固體廢物有效防治的基礎(chǔ)學(xué)科，在物理化學(xué)教學(xué)中貫徹《固廢法》的新時代環(huán)境法治理念也是《固廢法》第十一條規(guī)定的具體體現(xiàn)。

物理化學(xué)教學(xué)的改善有多種方法[1-3]，但是，物理化學(xué)教學(xué)中貫徹新時代環(huán)境法治理念(如《固廢法》)的探討未見諸于文獻(xiàn)報道。本文擬對物理化學(xué)各個章節(jié)內(nèi)容(如緒論、熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)、膠體界面化學(xué))加以改進(jìn)、修訂與建議以貫徹《固廢法》中的內(nèi)容與理念，促進(jìn)綠色高質(zhì)量發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)及復(fù)合型人才的培養(yǎng)。

1 緒 論

傳統(tǒng)物理化學(xué)教學(xué)緒論部分主要建立與發(fā)展、目的與內(nèi)容、研究發(fā)展、學(xué)習(xí)方法等內(nèi)容。在緒論部分可以考慮增加一節(jié)，專門介紹與物理化學(xué)相關(guān)的國內(nèi)外固體廢物污染狀況及科學(xué)問題、《固廢法》的內(nèi)容及理念、常規(guī)固體廢物的治理方式及相關(guān)的物理化學(xué)知識、常見的固體廢物工業(yè)處理方法等內(nèi)容。國內(nèi)外固體廢物污染狀況包括常見的固體廢物種類、來源、危害等；科學(xué)問題包括固體廢物的酸堿性、易燃易爆性、毒性、生物降解性等；《固廢法》的內(nèi)容包括修訂新增的垃圾分類制度和危害化底線要求等相關(guān)法條；《固廢法》的理念包括防治結(jié)合、改革創(chuàng)新、問題導(dǎo)向等；物理化學(xué)知識包括熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)、膠體界面化學(xué)等。通過物理化學(xué)緒論部分與《固廢法》的結(jié)合能加強(qiáng)學(xué)生對《固廢法》的深入理解，也提高學(xué)生的環(huán)保意識、法律意識和問題意識。緒論部分是學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)最開始接觸的內(nèi)容，在此環(huán)節(jié)引入《固廢法》，能讓學(xué)生深刻領(lǐng)會物理化學(xué)各個章節(jié)知識應(yīng)用到固體廢物防治的必要性。

2 熱力學(xué)

熱力學(xué)可以提前預(yù)測固體廢物處理方法的可行性，以節(jié)省大量的成本、時間和精力。例如，由于固體塑料廢物造成嚴(yán)重的白色污染，所以塑料的綠色資源化利用十分緊迫。低共熔溶劑是一種綠色可設(shè)計的新型溶劑，對廢舊塑料的回收具有潛力[4]。如果單純的制備成百上千種低共熔溶劑逐個嘗試，那么必將耗費大量的成本、時間和精力。但是，如果根據(jù)熱力學(xué)提前預(yù)測不同溫度條件下低共熔溶劑溶解塑料的反應(yīng)吉布斯自由能變ΔG，則可以篩選出最優(yōu)的低共熔溶劑和合適的處理溫度，這樣便節(jié)省大量的成本、時間和精力。

熱力學(xué)還可以研究化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)程度，即化學(xué)平衡問題。如果實際活度積J小于平衡常數(shù)Kθ則反應(yīng)正向進(jìn)行；如果J大于Kθ則反應(yīng)逆向進(jìn)行；如果J等于Kθ則系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。綠色低共熔溶劑溶解塑料的程度可通過Kθ和J的數(shù)值來判斷。對于J大于Kθ的情形，也可考慮通過改變反應(yīng)溫度使Kθ的數(shù)值發(fā)生改變。對于吸熱反應(yīng)，升高溫度能升高Kθ的數(shù)值從而促進(jìn)塑料溶解的發(fā)生，同樣，對于放熱反應(yīng)，降低溫度能升高Kθ的數(shù)值從而促進(jìn)塑料溶解的發(fā)生。

3 動力學(xué)

熱力學(xué)雖然能夠解決反應(yīng)是否發(fā)生及反應(yīng)程度，但是不能解決動力學(xué)中的反應(yīng)速率和機(jī)理。以上述綠色低共熔溶劑溶解廢舊塑料為例，在用熱力學(xué)篩選出高效的低共熔溶劑后，通過不同溫度下的時間～溶解濃度數(shù)據(jù)來研究溶解速率常數(shù)、溶解反應(yīng)級數(shù)、半衰期、溶解活化能、指數(shù)因子等動力學(xué)問題。塑料溶解速率常數(shù)越大，溶解活化能越小越有利于塑料的溶解。如果在室溫條件下能實現(xiàn)塑料的高效率溶解，則更能夠體現(xiàn)《固廢法》中的無害化、資源化和減量化等理念。

物理化學(xué)教學(xué)中還可以結(jié)合《固廢法》以闡釋催化劑和能壘等動力學(xué)中的概念。以固體廢物秸稈轉(zhuǎn)化為例，秸稈的轉(zhuǎn)化需要較高的溫度，但是在某些催化劑催化的情況下能夠降低反應(yīng)的能壘、加快反應(yīng)速率，以至于溫和條件下就可以高效催化轉(zhuǎn)化秸稈。如果催化劑能夠在室溫下能使反應(yīng)越過能壘，那么能實現(xiàn)室溫條件下的秸稈催化快速轉(zhuǎn)化，達(dá)到《固廢法》中綠色節(jié)能理念。

4 電化學(xué)

電化學(xué)包括電解質(zhì)溶液、可逆電池電動勢、電解和極化作用等內(nèi)容。電化學(xué)降解是處理固體廢物的一種高效方法。木質(zhì)素是固體廢物秸稈中的重要成分，是構(gòu)成細(xì)胞壁成分之一，也是香豆醇、松柏醇和芥子醇形成的酚類聚合物。電化學(xué)降解木質(zhì)素是木質(zhì)素轉(zhuǎn)化的一種方法[5]。

電化學(xué)降解木質(zhì)素需要電解質(zhì)，此處可以引入電解質(zhì)溶液章節(jié)的內(nèi)容，包括電解定律、摩爾電導(dǎo)率、電遷移率、電解質(zhì)平均活度。比如，摩爾電導(dǎo)率是含有1摩爾電解質(zhì)的溶液置于相距平行電極間所具有的電導(dǎo)，在數(shù)值上也等于電導(dǎo)率與物質(zhì)的量濃度之比。電化學(xué)降解木質(zhì)素本質(zhì)上是陽極上的競爭反應(yīng)。由于木質(zhì)素電降解是氧化反應(yīng)，所以析出電極電勢越小，則越利于木質(zhì)素氧化反應(yīng)的發(fā)生。此處可向?qū)W生闡述超電勢的概念及其對析出電勢的影響、不同電極對超電勢的影響等內(nèi)容。通過這些實例可以讓學(xué)生掌握電化學(xué)知識、環(huán)境治理的科學(xué)理論及《固廢法》中的環(huán)保理念。

5 膠體界面化學(xué)

膠體界面化學(xué)與《固廢法》中固體廢物處理息息相關(guān)。納米材料是界面巨大的新型材料，納米催化是科學(xué)技術(shù)的前言科學(xué)，由于其高催化效果、高活性、高原子利用率使得納米催化在電催化、光催化和熱催化領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。納米材料具有高催化效果的原因之一是其具有的巨大表面，可以暴露足夠的催化活性位點用于催化或吸附。以納米材料催化轉(zhuǎn)化秸稈固體廢物為例，當(dāng)溶液溶解秸稈后秸稈的催化轉(zhuǎn)化會涉及到液體在納米催化材料上的吸附量、吸附動力學(xué)、吸附熱、吸附常數(shù)、物理吸附還是化學(xué)吸附、吸附等溫線等膠體界面知識。通過秸稈固體廢物的催化轉(zhuǎn)化可以同時實現(xiàn)膠體界面化學(xué)知識點的形象理解和《固廢法》理念的體會。

6 結(jié) 語

本文從物理化學(xué)中的緒論、熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)、膠體界面化學(xué)等內(nèi)容分析如何在物理化學(xué)教學(xué)中貫徹《固廢法》等新時代環(huán)境法治理念，有利于促進(jìn)綠色高質(zhì)量發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)及復(fù)合型人才的培養(yǎng)。物理化學(xué)教學(xué)與《固廢法》相結(jié)合的思路也可以應(yīng)用到物理、機(jī)械、人工智能、哲學(xué)、歷史、政治等其它的課程以發(fā)揮新時代環(huán)境法治理念在大學(xué)教學(xué)中的作用。