韓亭亭，趙 侖

(長(zhǎng)春師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130032)

?

淺談如何在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中減少環(huán)境污染

韓亭亭，趙 侖

(長(zhǎng)春師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130032)

高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中產(chǎn)生了大量對(duì)環(huán)境污染大、危害大的有毒性物質(zhì)以及后處理困難的污染物。為減少環(huán)境污染，應(yīng)盡量選擇無(wú)毒或低毒、環(huán)境污染較小的反應(yīng)原料以及后續(xù)處理容易的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)不產(chǎn)生污染或輕度污染的實(shí)驗(yàn)采用常量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，對(duì)產(chǎn)生中等污染的實(shí)驗(yàn)采用微型實(shí)驗(yàn)的模式進(jìn)行，而對(duì)產(chǎn)生重度污染且教學(xué)有需求的實(shí)驗(yàn)采用綠色化的教學(xué)方法。

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；環(huán)境污染

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為高等學(xué)校化學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的基礎(chǔ)課，是教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)。在全面實(shí)施素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育的今天，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)儀器基本操作技能以及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力有著至關(guān)重要的作用。這門實(shí)驗(yàn)課程涵蓋五部分內(nèi)容：(1)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般知識(shí)：包括有機(jī)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)則、安全知識(shí)、常用儀器和裝置的適用范圍及保養(yǎng)等。(2)基礎(chǔ)操作和實(shí)驗(yàn)技術(shù)：這部分著重介紹各個(gè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作和方法，如蒸餾操作、分餾操作、重結(jié)晶提純法和色譜法。(3)有機(jī)化合物的制備：制備一些常用和典型的有機(jī)物，如正丁醚、無(wú)水乙醇、己二酸和乙酰苯胺。(4)有機(jī)化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)：包括有機(jī)化合物的元素定性分析，以及醇和酚的性質(zhì)、醛和酮的性質(zhì)、糖類的性質(zhì)等實(shí)驗(yàn)。(5)理論部分：在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用的有機(jī)溶劑和有機(jī)試劑往往會(huì)出現(xiàn)“三廢”，這會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的負(fù)面影響。近年來(lái)，隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，化學(xué)專業(yè)學(xué)生人數(shù)不斷增加，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作次數(shù)也隨之增多，這導(dǎo)致了很多有機(jī)化學(xué)試劑的用量和實(shí)驗(yàn)室“三廢”排放量迅速增長(zhǎng)。在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)工作者培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、分析能力、解決問(wèn)題能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)收到了良好效果，但同時(shí)不可避免地將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的一些廢氣、廢水、廢渣直接排放到環(huán)境中(部分廢氣導(dǎo)入大氣中，廢水導(dǎo)入下水道，廢渣進(jìn)入垃圾桶)。且大多數(shù)學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)后排放的污染物很少作定期的處理，這對(duì)環(huán)境造成很嚴(yán)重的影響。因此，在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量排除或減少對(duì)環(huán)境危害大以及后處理困難的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，盡量選擇無(wú)毒或低毒、環(huán)境污染較小且后處理容易的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。針對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，我們將從以下三方面討論如何減少有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中所帶來(lái)的環(huán)境污染。

1 常量有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

常量化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指在傳統(tǒng)的儀器、裝置中，采用常規(guī)試劑完成的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，適用于反應(yīng)原料對(duì)環(huán)境是無(wú)污染或極低污染的、易得且價(jià)格合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；要求反應(yīng)產(chǎn)物可回收利用、后處理方便[1]。例如無(wú)水乙醇的制備，實(shí)驗(yàn)室可采取分子篩法和氧化鈣法制取，我們采用的是后者。氧化鈣法制備無(wú)水乙醇的反應(yīng)原理是利用氧化鈣與95%乙醇中的水充分反應(yīng)后得到氫氧化鈣，再利用蒸餾的方法將沸點(diǎn)低的乙醇蒸餾出去。反應(yīng)后剩余的氫氧化鈣可利用低濃度的鹽酸加以溶解，得氯化鈣溶液，回收反應(yīng)產(chǎn)物氯化鈣溶液和無(wú)水乙醇。類似這種產(chǎn)生輕污染或無(wú)污染的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)還有很多，例如：(1)從橙皮中提取檸檬烯。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中用到的反應(yīng)原料是橙子皮和蒸餾水，原料易得無(wú)污染，屬綠色的化學(xué)原料，反應(yīng)結(jié)束后回收反應(yīng)產(chǎn)物檸檬烯；(2)透明皂的制備。利用不飽和脂肪酸與氫氧化鈉溶液發(fā)生皂化反應(yīng)，原料是動(dòng)物油脂——牛油，植物油——椰子油和蓖麻油，以及蔗糖、蒸餾水和氫氧化鈉溶液，反應(yīng)結(jié)束得到的是透明光滑的透明皂。整個(gè)過(guò)程沒(méi)有廢棄物產(chǎn)生，且學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有濃厚的興趣。目前，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)溶劑的回收再利用在部分實(shí)驗(yàn)中得以實(shí)施，這些工作很大程度上降低了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)污染性試劑的排放量。

2 微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

對(duì)產(chǎn)生中等污染的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可根據(jù)需要，采用微型實(shí)驗(yàn)的模式，這被定義為在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)試劑的用量是常量實(shí)驗(yàn)的1/10～1/00[2]。設(shè)計(jì)一些適合于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，每學(xué)期在本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中操作2～3個(gè)微型實(shí)驗(yàn)，其試劑用量均在常量實(shí)驗(yàn)的1/10以下，能最大幅度地降低有機(jī)實(shí)驗(yàn)污染物的排放量[3]。微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所用儀器裝置和操作方法都與常量有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有較大差別，甚至在有些實(shí)驗(yàn)中是完全不同的，所以微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生必須掌握的。操作微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生學(xué)到處理微量樣品的特殊方法和技巧，也能增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。例如：醛和酮的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)在點(diǎn)滴板上完成醛和酮與2,4-二硝基苯肼的實(shí)驗(yàn)，該操作的試劑用量減少為常量的1/10，大大降低了有機(jī)物的使用量[4]。

3 綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

1991年，美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(American Chemical Society,ACS)提出了綠色化學(xué)(Green Chemistry)主張，即在始端就采用預(yù)防污染的手段，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都無(wú)污染[5]。綠色化學(xué)的真義是防止化學(xué)污染，而不是污染后的環(huán)境治理。據(jù)此，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中污染的控制也應(yīng)該符合綠色化學(xué)的基本原則，即在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，反應(yīng)物的選擇、合成方法的制定、制備過(guò)程及最終得到的化學(xué)品等都應(yīng)盡可能不對(duì)環(huán)境造成污染和危害[6-8]。在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們應(yīng)從環(huán)境保護(hù)的角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也要考慮到實(shí)驗(yàn)的可行性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性。在不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下對(duì)試劑、實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。此外，開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)，即通過(guò)化學(xué)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件來(lái)完成有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，這是減少有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)污染、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化的必要手段。學(xué)?？稍O(shè)立化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過(guò)虛擬平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作練習(xí)和期末測(cè)試，這將是未來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的必然趨勢(shì)[9]。

本文簡(jiǎn)單地討論了如何在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中減少環(huán)境污染，對(duì)不產(chǎn)生污染或輕度污染的實(shí)驗(yàn)采用常量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，對(duì)中等污染的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用微型實(shí)驗(yàn)的模式進(jìn)行，而對(duì)于重度污染有對(duì)教學(xué)有需求的實(shí)驗(yàn)采用綠色化的教學(xué)方法。

[1]胡榮華,黃周璋,李樹(shù)保.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”綠色化”教改淺談[J].井岡山學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005(3):56-58.

[2]王夢(mèng),王迎春,李琛,等.基于綠色化、微型化基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與探討[J].教育教學(xué)論壇,2015(49):248-249.

[3]馬祥梅,王斌,馮道全,等.高校基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016(1):155-159,166.

[4]李軍,許俊強(qiáng),郭芳.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013(8):58-61.

[5]Anastas P T,Warner J C. Green Chemistry:Theory and Practice[M].Oxford University Press,1998.

[6]王崢.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的污染控制[J].環(huán)境科學(xué)與管理.2010(6):15-17.

[7]崔秀榮.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)模式探析[J].黑龍江科學(xué),2014(7):166.

[8]馬楠,王筱平.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中體現(xiàn)綠色化學(xué)的探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011(7):140-143.

[9]王菊,堵錫華,史小琴,等.應(yīng)用型本科高?；瘜W(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)探索[J].山東化工,2016(8):118-120.

2016-07-10

韓亭亭(1984- )，女，講師，碩士，從事金屬有機(jī)骨架材料研究。

G642；X131

A

2095-7602(2016)10-0130-02