农科院校化学实验现状及绿色化途径

    梁丹　于宝义　曲江兰　赵汗青　高娃　贾临芳

    摘要 ? ?本文以北京农学院化学实验教学为例，分析了农科院校化学实验室污染现状，探讨了加强化学实验绿色化途径，包括树立环保意识，实验内容与方法绿色化，开展微型、半微量化学实验，开展仿真实验教学，完善化学实验室管理等，以期为打造绿色化学实验室提供参考。

    关键词 ? ?化学实验;绿色化;现状;途径

    中图分类号 ? ?G642;O6-4 ? ? ? ?文献标识码 ? ?A

    文章编号 ? 1007-5739（2020）19-0253-02

    化学实验课是农科院校理工科专业的一门基础课。化学实验室是进行实验教学及本科生和研究生科研活动的重要场所。学生从事实验活动，是提高学生综合能力的重要手段，既能提高学生的思考能力、动手能力，也能提高学生应变能力。随着高校的扩招、学生人数的激增及科研活动的进行，高校的化学实验室每天都在进行各种实验。实验中要用到的试剂种类繁多、数量较大，实验中产生的“三废”势必会造成不同程度的污染，带来的环境问题不可忽视。如何减少和治理化学实验污染，加强高校化学实验的绿色化，即有效治理和减少化学实验造成的各种污染具有重要的意义[1-3]。本文以北京农学院化学教学实验为例，分析了农科院校化学实验室污染现状，探讨了降低化学实验造成的污染、实现化学实验绿色化的有效途径。

    1 ? ?农科院校化学实验室现状

    以北京农学院为例，本科学生化学实验由基础化学实验和专业化学实验两部分构成。基础化学实验面向全校6个理工科学院10余个专业开设[4]，专业化学实验虽只面向应用化学专业，但开设的化学实验包括农药兽药残留检测等实验在内的近10门化学实验课。化学实验课的受众多、涉及面广。同时，近年来高校不断扩招，各个学校进行化学实验的本科生及研究生人数也随之增多，实验所产生的污染物数量迅速增长，种类增多。因此，以可持续发展战略为依托，从源头上降低污染物的产生，加强化学实验绿色化，打造绿色化学实验室，具有重要意义。

    2 ? ?加强化学实验绿色化的途径

    2.1 ? ?树立环保意识

    学生是高校化学实验室使用的主体。很多学生没有提前预习实验课内容，做实验时会手忙脚乱，使实验药品倾洒，甚至打翻试剂瓶，造成药品浪费;有的学生会因为加错药品或加错试剂剂量而导致实验失败后重做，造成化学药品或试剂的过量消耗;有的学生随意抛洒药品，甚至将未处理的废液随意倒入下水道等，既浪费了化学试剂，又使实验室被污染。因此，在学生开展化学实验之前，教师应向学生提出必要的要求。在思想上，要树立环保意识，学生可以通过图片、视频等真正意识到实验中由于环保意识淡薄、未按实验要求操作等造成的危害;利用开展知识竞赛等手段督促学生主动学习与绿色化学有关的知识，让学生了解环保的重要性。在行动上，让学生养成化学实验前预习的习惯，做到实验内容与实验过程心中有数，避免因人为失误而造成实验失败。

    2.2 ? ?实验内容与方法绿色化

    首先，教师应在保障有效培养学生实验技能的前提下，开设环境友好型实验内容，将对环境造成污染较大的实验内容删除或替代。如无机化学实验中，删减了氧化还原、电化学实验中与生成硫化氢气体的相关实验;有机化学实验中，将致癌物萘替换成食品香料肉桂酸进行熔点的测定;环境监测实验中，需要用到六价铬离子的实验，用四价铬的药品代替，减少了环境污染。其次，在实验效果不受影响的情况下，教师应对实验方法进行改进。如在基础型实验——普通化学实验中，化学反应速率常数、活化能的测定实验面向全校20多个班开展，所需实验试剂品种多、数量大，产生的废液量多，且产物碘单质不易在实验室进行回收再利用。通过反复实验得出，将实验剂量缩小1/2进行实验，测得的反应速率、活化能值不受影响;将本实验的7组实验缩减为4组实验，也能根据实验数据有效计算得出实验结果。通过对实验方法进行改进，既减少了实验所需药品的消耗，又极大地减少了实验室废液的产生。再次，合理安排实验内容及实验项目顺序也有利于减少污染。教师可以通过调整实验顺序甚至打破各门实验课的界限，找出各实验内容之间的相关性，使上一个实验的产物可以作为下一个实验的原料。如有机化学实验中，苯甲酸的提纯和熔点的测定实验，可以利用它们都要用到苯甲酸进行实验这一联系，将2个实验设计成串联实验，先做苯甲酸提纯实验，再将提纯后的苯甲酸作为原材料进行熔点的测定;普通化学实验中，通过硫酸铜的提纯实验提纯的产品，可以作为分析化学实验胆矾中铜的测定的实验药品。实验试剂循环使用，既提高了实验药品的使用率，又减少了实验对环境的污染。

    2.3 ? ?开展微型、半微量化学实验

    与常量实验相比，微型化学实验试剂约为常量实验的1/1 000～1/10，其具有实验现象明显、速度快、节约、安全、可有效减少污染等优点[5]。微型实验装置一般很小，固体药量在0.12 g以下，液体药量在0.15 mL以下。如普通化学实验及无机化学实验中，性质实验要用滴管量取试剂，用试管操作，每步实验使用试剂最小量为1～2 mL。若采用微型实验装置移液枪和点滴板代替常规实验中的滴管和试管，可以把试剂使用量从1～2 mL降低到0.05～0.15 mL即可完成实验，节省药品、减少污染的效果十分显著。但是，在实际工作中，有些实验无法完全用微型实验装置完成。进行半微量实验或减量实验既可以保证实驗效果，又能保证节能减排。如在有机化学实验中，可以把250 mL平底烧瓶改成50 mL圆底烧瓶进行实验，同时将实验药品相应减少，依然可以完成溶液的蒸馏操作[4]。

    2.4 ? ?开展仿真实验教学，达到污染“零排放”

    绿色化学的最佳理想状态是在不影响实验效果的情况下，实现化学污染“零释放”[6]。运用计算机仿真模拟技术模拟化学实验真正做到了没有任何污染排放的效果。如仪器分析实验，要求本科学生熟练掌握包括气相色谱仪、红外光谱分析仪等几种大型仪器的使用方法。但是，由于实验室设备资源有限、学生实验课时间有限等条件限制，不能保证每个学生都动手操作仪器。设计购买的新型仿真软件可以保证每个学生独立使用一套操作软件[7]，这种软件是仿照大型仪器的实验方法和原理设计的，能模仿仪器的使用环境，既节能减排，又满足了学习者的求知欲。利用计算机技术仿真模拟实验适用于药品繁多、实验危险系数大、产品污染环境且不容易回收的化学实验上。利用计算机技术模拟实验装置、展开实验内容的学习，学生通过图像、动作等观察实验现象和操作的同时领会实验原理和方法，消除了实验中可能出现的危险因素且不会造成环境污染。这种新型实验教学手段增强了学生对化学实验的学习兴趣，效果较好[8]。

    2.5 ? ?完善化学实验室管理

    2.5.1 ? ?完善化学实验室硬件设施。通风设备是化学实验室中最基本的设施。为保证实验室空气流通、保障学生及教师的健康，必须安装通风橱和排风扇。实验室添置净气型药品柜，将实验中及实验完成后的药品及时放入药品柜，以避免有些实验药品挥发，造成空气污染。

    打造绿色化实验室，首先要保证实验室环境的绿色化。学生在干净整洁的实验室做实验，才不会被外界环境干扰，从而减少实验的错误率。学生实验完成后，主动进行实验台面及药品的整理、实验玻璃仪器的清洗等工作。教师根据班级学生人数安排值日生，完成实验室的全面清洁，养成保持化学实验室环境卫生的良好习惯[9]。

    2.5.2 ? ?完善化学实验室管理制度。制定严格的实验室管理制度，并张贴于实验室醒目的位置，有助于提醒学生严格按照实验要求进行实验操作，避免由于操作失误造成重复实验，导致实验药品的浪费[10]。在实验室固定位置设置废液、废固回收处，并张贴明显标识，引导学生及时将实验产生的废物回收处理，加强实验人员绿色环保意识，实现化学实验室绿色化。

    3 ? ?参考文献

    [1] 张旭，王益民，马文权.高等学校绿色化学实验措施初探[J].实验室科学，2006，3（3）：55-56.

    [2] 阿纳斯塔斯P T，沃纳J C.绿色化学理论与应用[M].北京：科学出版社，2002.

    [3] 王春娜.绿色化学实验探讨[J].北京农学院学报，2007，6（增刊1）：100-101.

    [4] 梁丹，赵建庄，于宝义.都市型农林院校普通化学实验绿色微型化探讨[J].现代农业科技，2017（16）：78-82.

    [5] SINGH M M.Microscale chemistry and green chemistry：com-plementary pedagogies[J].Journal of Hangzhou Teachers Colle-ge，1999，76（12）：1684-1686.

    [6] 刘艳.刍议基础化学实验的绿色化[J].大学教育，2013（9）：50-51.

    [7] 卜晓莉.基础化学实验的绿色化改革初探[J].广州化工，2013，40（7）：149.

    [8] 张勃.高校基础化学实验绿色化教学与实践探索[J].新西部，2016（29）：134-135.

    [9] 贾金亮，朱丽.浅谈高校基础化学实验的綠色化[J].广州化工，2011，38（8）：177.

    [10] 石岩.高校化学教学中融入绿色化学的策略[J].学周刊，2015（35）：24.