關(guān)于提高學(xué)生有機(jī)化學(xué)“綠色化”意識(shí)的探討

張麗

(衡水學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，河北 衡水 053000)

綠色化學(xué)(Green Chemistry)是20世紀(jì)末崛起的一門新興學(xué)科，相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)，它是未來(lái)化學(xué)化工發(fā)展的主要方向之一。綠色化學(xué)就是用化學(xué)的方法和技術(shù)去減少或避免那些對(duì)人類的健康、社會(huì)安全、生態(tài)有害的原料、催化劑、溶劑在生產(chǎn)中的使用，同時(shí)在化工生產(chǎn)中產(chǎn)生極少量的的副產(chǎn)物、廢物。綠色化學(xué)的根本就是從根源上去除污染，而不是先污染后治理。理想的綠色化學(xué)方法是不再使用有毒、有害的原料，不再產(chǎn)生副產(chǎn)物，不用再處理廢物，達(dá)到“零排放”的特點(diǎn)。

有機(jī)化學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，其涉及范圍很廣，內(nèi)容滲透至各個(gè)學(xué)科，是理工科院校化學(xué)、醫(yī)藥、生命科學(xué)及化工、制藥、材料等專業(yè)的主要基礎(chǔ)課之一，在培養(yǎng)高素質(zhì)綜合型人才中起著非常重要的作用。有機(jī)試劑大多數(shù)具有揮發(fā)性和毒性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中產(chǎn)生大量化學(xué)污染物，排放這些污染物不但污染環(huán)境，更危害到師生的身體健康。開展大學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化探究不僅對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)具有重要的實(shí)際意義，而且對(duì)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義和深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。因此，就如何減少直至最終根除有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的污染，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化理念和環(huán)保意識(shí)已經(jīng)引起社會(huì)普遍重視。現(xiàn)將我們?cè)谟袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的一些具體做法總結(jié)如下。

1 保留基本符合綠色化學(xué)要求的實(shí)驗(yàn)

一些簡(jiǎn)單的基本操作性實(shí)驗(yàn)，如塞子的鉆孔和簡(jiǎn)單玻璃工操作、萃取、熔點(diǎn)的測(cè)定、重結(jié)晶提純法、蒸餾和沸點(diǎn)的測(cè)定、從茶葉中提取咖啡因(選做95%乙醇作提取液)等實(shí)驗(yàn)，另外，碳水化合物的性質(zhì)、氨基酸和蛋白質(zhì)性質(zhì)等實(shí)驗(yàn)中也含有基本符合綠色化學(xué)的實(shí)驗(yàn)。這樣，此類實(shí)驗(yàn)約占總實(shí)驗(yàn)的30～35%。

2 對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)則需改進(jìn)

這類實(shí)驗(yàn)約占總實(shí)驗(yàn)的30%，是當(dāng)前研究的重中之重。根據(jù)多年的實(shí)踐研究報(bào)道，主要有以下幾個(gè)方面。

(1)改變催化劑

像乙酸乙酯的制備，大多數(shù)教材所用的催化劑是濃硫酸，但濃硫酸的氧化性強(qiáng)、吸水性強(qiáng)、選擇性低，造成反應(yīng)物的碳化、氧化、產(chǎn)品產(chǎn)率低、質(zhì)量不高，產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，污染環(huán)境，而且濃硫酸腐蝕性強(qiáng)，學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)。且濃硫酸在實(shí)際生產(chǎn)中嚴(yán)重腐蝕設(shè)備。而參照目前酯化反應(yīng)的很多研究，分別用五水四氯化錫、硫酸氫鈉、二水氯化錫、濃硫酸、對(duì)甲苯磺酸、六水三氯化鐵、固體超強(qiáng)酸(SiO2/SO2－4、SO2－4/c－Al2O3、Fe2O3/SO2－4)作催化劑10種方法進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)用固體超強(qiáng)酸(SiO2/SO2－4)作催化劑對(duì)環(huán)境友好、可循環(huán)使用、用量少活性高。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境無(wú)污染、安全，收率達(dá)93%左右，較用濃硫酸作催化劑得到48%有大大的提高。并且催化劑可多次重復(fù)使用6次收率也沒有明顯降低。此外，對(duì)用乙醇制乙烯、環(huán)已醇制備環(huán)己烯、和其他的酯化實(shí)驗(yàn)也可以進(jìn)行類似的改進(jìn)，用對(duì)環(huán)境無(wú)污染的無(wú)機(jī)鹽和Al2O3作催化劑，均可得到很好的教學(xué)效果。另外我們也可以查閱文獻(xiàn)引入離子液體作為催化劑。離子液體是公認(rèn)的綠色化溶劑，而離子液體作為催化劑也是一項(xiàng)相當(dāng)成熟的研究，它既可作為溶劑又是催化劑并可多次回收利用。

(2)改變加熱方式

目前，微波技術(shù)在有機(jī)化合物合成和提取中已迅速發(fā)展，成為最高效最方便地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的方法之一。將其引入有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，比傳統(tǒng)的用電熱套或水浴加熱法省時(shí)節(jié)能，且能產(chǎn)品的純度和提高產(chǎn)率。像肉桂酸的合成實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)加熱法為:制備反應(yīng)用電加熱套加熱回流反應(yīng)(45min)，然后水蒸氣蒸餾(1.5h)，再中和、溶解，然后抽濾，最后濾液酸化、冷卻、抽濾、水洗，還要重結(jié)晶得到產(chǎn)品(產(chǎn)率68%)。改用微波輻射為:制備反應(yīng)只需(10min)，而水蒸氣蒸餾要(15～20min)，得產(chǎn)率76%～78%。這就大大的節(jié)省了反應(yīng)時(shí)間，而且可以多組學(xué)生共用同一微波爐。另外還可以采用超聲波輔助法代替原始的熱回流裝置。

(3)減少試劑用量

有機(jī)試劑大多數(shù)可燃、有毒、強(qiáng)揮發(fā)性，若按正常用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，需要消耗大量試劑，由此帶來(lái)資金浪費(fèi)、污染大、三廢處理困難等問題。微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)因試劑用量少，污染小，被稱為“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)”。我國(guó)在1988年制定高校化學(xué)教育研究中心的科研規(guī)劃時(shí)就列入了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究課題并組建了課題研究協(xié)作組，經(jīng)過多年努力，取得了很大的進(jìn)展，自1990年以來(lái)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)得到很快的發(fā)展。而有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材，新版本比舊版本在試劑的用量上，明顯向小和少的方向發(fā)展。但基于經(jīng)費(fèi)的限制，各校發(fā)展并不平衡。對(duì)于一些性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需得到現(xiàn)象，因此教師在做預(yù)示時(shí)可以適當(dāng)?shù)臏p少用量，并記錄，講課時(shí)告訴學(xué)生。使學(xué)生也養(yǎng)成節(jié)約藥品用量的習(xí)慣。

(4)用無(wú)毒或低毒試劑代替高毒試劑

在制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃時(shí)，要及時(shí)修訂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，盡量采用低毒、無(wú)毒或天然產(chǎn)物代替毒性高的化學(xué)試劑，這樣既達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模纸档土宋廴?。像水蒸汽蒸餾，教材通常采用毒性較大、又不好自然降解的有機(jī)試劑，如苯胺、辛醇等，可以改稱從一些天然產(chǎn)物中提取揮發(fā)性油，例如從橙皮中提取橙皮油，原料來(lái)源廣泛，產(chǎn)物處理簡(jiǎn)單，即減少污染，又增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程中還有興趣。

(5)引入多媒體技術(shù)，將實(shí)做改為演示

一些對(duì)人體危害極大并對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)，可做成錄像給學(xué)生播放，如芳烴和鹵代烴的性質(zhì)、醇酚醚的性質(zhì)、醛酮的性質(zhì)等實(shí)驗(yàn)所用藥品均有很大毒性，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，同時(shí)其中的個(gè)別實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)際操作時(shí)往往不太容易出現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)效果不理想。改用多媒體教學(xué)，有機(jī)化學(xué)教師在講授有機(jī)課程中播放視頻，既沒污染，現(xiàn)象又明顯，如親臨其境，學(xué)員感到很新穎，興致很高。

3 堅(jiān)持回收和處理實(shí)驗(yàn)室有毒有害廢物制度

該制度在從進(jìn)有機(jī)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)時(shí)就已經(jīng)建立，只是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)種類太多而數(shù)量又不多，加上環(huán)保部門目前也沒有顧及到這一角落，也就產(chǎn)生了對(duì)廢物處理不重視的思想，制度堅(jiān)持得也不好。所以為了保證這一制度的實(shí)施，應(yīng)該把對(duì)有毒有害廢棄物的回收和處理工作當(dāng)作一項(xiàng)重要的教學(xué)和科研任務(wù)，專人專管，針對(duì)污染特點(diǎn)研究處理方案。

4 重視教育、加強(qiáng)訓(xùn)練

這是保證有機(jī)實(shí)驗(yàn)綠色化進(jìn)行的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。污染性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，即便實(shí)驗(yàn)技術(shù)非常先進(jìn)，如果學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)綠色化認(rèn)識(shí)不足，做精力不集中、操作不規(guī)范，比如對(duì)有毒的易揮發(fā)試劑的使用方法不當(dāng)、取后不及時(shí)密封、不慎或意外將有毒物質(zhì)灑落等等，都會(huì)造成試劑外泄，而不能達(dá)到預(yù)期的目的。為了避免和減少以上問題的發(fā)生，我們的做法是重視綠色化實(shí)驗(yàn)教育，講清試劑的性能、危害和使用時(shí)注意事項(xiàng);預(yù)習(xí)、作業(yè)和考試中要有一定數(shù)量綠色實(shí)驗(yàn)的題目，其內(nèi)容大體分為一般了解和掌握兩類。同時(shí)開設(shè)綠色化學(xué)課程，是學(xué)生更多的了解綠色化學(xué)，讓他們把實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化當(dāng)成一項(xiàng)任務(wù)。

5 實(shí)驗(yàn)室的三廢處理

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是污染最嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣、廢渣、廢液等化學(xué)廢物，這些廢物的排放不但污染了環(huán)境，更危害師生的身體健康。所以指導(dǎo)學(xué)生如何的去排放和處理三廢，重視三廢的回收利用，培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)十分重要。在實(shí)驗(yàn)室里要專門設(shè)立廢物桶、廢液桶、廢渣桶，教育學(xué)生分類收集，然后分別處理。

(1)廢渣處理。①制備固體有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)主要是獨(dú)立性實(shí)驗(yàn)，個(gè)別合成實(shí)驗(yàn)得到的固體產(chǎn)物可以下次實(shí)驗(yàn)套用，如制備實(shí)驗(yàn)得到的粗苯甲酸可用于升華、重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的原料;制備得到的乙酰苯胺可作為合成對(duì)硝基苯胺的原料。②對(duì)不能套用的產(chǎn)物、副產(chǎn)物及其它殘?jiān)鼞?yīng)統(tǒng)一回收處理。

(2)廢液處理。①對(duì)學(xué)生制備的液體產(chǎn)物同固體產(chǎn)物一樣可以個(gè)別套用，如環(huán)己烯可用于合成7.7－二氯雙環(huán)［2.2.1］庚烷的原料。實(shí)驗(yàn)得到的液體產(chǎn)物用試劑瓶進(jìn)行統(tǒng)一處理。②對(duì)有機(jī)溶劑回收提純進(jìn)行再利用。③對(duì)含重金屬離子和酸、堿濃度較高的廢水、副產(chǎn)物要統(tǒng)一回收處理。比如銀鏡反應(yīng)中得到的硝酸銀就可以通過電解得到銀。這個(gè)方案已經(jīng)有人實(shí)施。我們只需引入即可。

(3)廢氣處理。①對(duì)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體要接吸收裝置進(jìn)行回收。②學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)上全部安裝封閉式排風(fēng)裝置。

總之有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化可以減少“三廢”和有毒有害物質(zhì)的排放量，改善實(shí)驗(yàn)室的空氣質(zhì)量，保障師生身心健康;減少化學(xué)試劑的用量，節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi);增強(qiáng)師生的實(shí)際操作能力和環(huán)保意識(shí)。教師要及時(shí)的查閱文獻(xiàn)，引進(jìn)更先進(jìn)的化學(xué)方法，著眼于從根本上向綠色化學(xué)轉(zhuǎn)變，努力研發(fā)綠色溶劑和化學(xué)試劑、綠色化學(xué)反應(yīng)和化工工藝。而不單單依靠教材。通過教學(xué)使學(xué)生樹立綠色化學(xué)和環(huán)保意識(shí)，成為未來(lái)的“綠色化家”。

［1］宋桂苓。綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探索和實(shí)踐 實(shí)驗(yàn)室研究與探索2006－08

［2］王劍秋;張復(fù)興;鄺代治。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化探索與實(shí)踐 衡陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)2007－06

［3］楊志強(qiáng);王莉賢;王紅。綠色化學(xué)與有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室研究與探索2005－11

［4］王蕊;構(gòu)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的探討 科技信息2011－05