高校有机化学实验的绿色化管理路径探究*

虞春妹 刘晟波

苏州科技学院 江苏苏州 215011

高校有机化学实验的绿色化管理路径探究*

虞春妹 刘晟波

苏州科技学院 江苏苏州 215011

本文通过对高校有机化学实验环境污染成因作了系统分析和探究，提出在实验管理过程中应全方位贯彻绿色化学管理理念，并就实现高校有机化学实验绿色化管理有效路径作了进一步探讨。

有机化学实验；绿色化管理；路径

随着经济的不断发展，环境污染和生态安全等问题日益突出，人们对自身所处的环境更为关注。近年来高等教育的迅速发展,高校有机化学实验数量明显增加,实验室的教学、科研活动越来越频繁,接触有毒、有害、有污染的物质也越来越多,高校有机化学实验的安全与环保工作就成为高校有机实验管理所面临的一个重要研究课题。

化学实验本身含有大量的强腐蚀性的酸、碱，尤其有机化学实验过程中还伴随大量挥发性强、毒性大且易燃易爆的有机物。目前国内诸多学者在Anastas和 Warner提出的绿色化学12条原则基础上，提出了高校实验室绿色化实验的一些方案，旨在倡导实验绿色化管理。笔者结合高校有机化学实验的特色出发，融合笔者多年来在高校有机化学实验管理中的经验，就高校有机化学实验绿色化管理作探讨和路径研究。

一、高校有机化学实验绿色化管理的内涵

绿色化学实验管理又称环境无害化学实验管理、环境友好化学实验管理、清洁化学实验管理，是一种将绿色化学的相关原理和原则融入到化学实验管理中，并指导和规范操作者用化学技术和方法有效地减少或消灭那些对人类健康、生态环境有害的原料、催化剂、产物、副产物等的使用和产生，从而为人类的生活创造安全、整洁、和谐环境的管理模式。

高校有机化学实验绿色化学实验管理即是将这一原理与原则融合在有机化学实验管理与控制的过程中。高校有机化学实验绿色化学实验管理的核心就是防止污染优于污染治理，从源头制止污染；合成方法应具有“原子经济性”，即尽量使参加过程的原子都进入最终产物；在合成中尽量不使用和产生对人类健康和环境有害的物质，不进行有危险的合成反应；实验设计具有高使用效益、低环境毒性的化学产品；尽量不用溶剂等辅助物质，不得已使用时它们必须是无害的；生产过程应该在温和的温度和压力下进行，使能耗最低；尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替石油和煤等矿物原料；减少化合物不必要的衍生物，尽量减少副产品；采用高选择性的催化剂；化学品在使用完毕后应能降解成无害的物质并且能进入自然生态循环；发展实时分析技术，以便监控有害物质的形成；选择合适的物质及生产工艺，尽量减少发生意外事故的风险。

二、高校有机化学实验环境污染成因探究

高校有机化学实验是化学化工专业的必修课程，其它相关专业如生物、医学、材料、食品等都相应开设有机化学实验课，但有机化学实验本身也就成为高校环境污染的一个源头。

1.高校有机化学实验对环境污染的现状

高校有机化学实验作为大学生从事有机化学实验、进行有机化学科学研究的最重要的载体, 每天都有师生在做各种有机化学实验, 要用到大量的有机化学溶剂，实验过程中也会产生大量有机中间产物、副产物和产物。

高校有机化学实验过程中产生大量的强腐蚀性废酸、废碱，易燃、易挥发的有机溶剂，甚至是有毒、有危险的有机化学废弃物，有机化学实验排放废弃物包括液体、气体、固体三大类，其中以液体为多，这些构成了有机化学实验排放的主要污染物。调查发现,绝大部分的学校对有机化学实验产生的废弃物,根本不进行处理,实验后直接排放到下水管、垃圾箱和大气环境中去,每天都在污染着环境。另据有关资料显示仅北京高校实验室每年产生的化学废物就有几百吨。而全国有数以万计的高校化学实验室,污染总量是很大的。虽然每次排放污染物的量相对于工业排污量来说很小,但由于实验日复一日、年复一年地在进行,其累积的污染必会成为一个相当严重的结果。

2.高校有机化学实验环境污染成因分析

造成高校有机化学实验环境污染的成因较多，笔者认为主要有以下几方面的成因：

(1)高校实验管理人员对高校有机化学实验环境防护的认识不足是主要根源。高校有机化学实验环境是安全隐患和污染最大的地方，有些实验室缺乏科学的管理,在药品的管理和学生实验管理上有很大漏洞,部分实验室人员的环境保护意识还十分薄弱,甚至认为实验室产生的这点污染对环境来说算不了什么,完全是小题大作，在这些错误观念下,许多实验室出现把化学废物直接倒入下水道、土埋，气体废物直接用通风橱排入大气等随意排放化学废物的现象时有发生。

(2)实验设计不合理。这包括实验教材的编写、实验内容的设计、实验过程的安排及实验计划等等不近合理,导致污染的发生，只要做实验, 就会带来污染。很多高校还一直沿用十几年前的实验教材，所做实验十年一贯制, 没有创新。一些化学教科书和实验教材只要求学生懂得实验目的、实验步骤和实验结果, 对于实验可能带来的环境污染以及如何规避则只字未提, 缺乏人文关怀和环保意识, 不利于学生的全面发展。

(3)一些实验室苦于资金投入不足, 没有直接处理实验废物的能力, 因而对污染的防治无能为力。由于缺乏资金投入, 也使得相关环保防治工程配套相对滞后, 对于有机化学废液的处理束手无策, 并最终给污水处理、河湖等承受者带来了污染。

因此,有机化学实验的污染不容忽视,应引起足够的重视,并采取有效措施加以防范，治理高校有机化学实验对环境的污染已经到了刻不容缓的地步，如何有效降低污染、减少化学试剂和药品对人体和环境的侵害是有机化学实验管理的主要解决方向。

三、有机化学实验绿色化管理的路径探究

笔者结合近十多年的实验管理经验，认为绿色化学实验管理理念就是以人为本的真实体现，以拒绝危害品、减少用量、循环使用、回收再用、再生利用为实验工作的规范，通过实验技术与技巧的方式来有效规避危害，从而实现人与环境的友好和谐。

1.提升实验管理者的绿色化学管理理念

高校是培养社会栋梁的地方，是培养具有先进理念人才的地方，应该在推动绿色化学的进程中起先锋作用。大力提高实验室技术人员的绿色环保意识，有利于实验室的管理及对学生的正面影响，将绿色理念体现在一言一行之中。理念的强化在于对绿色化学理论的学习与探讨，作为高校有化学实验管理人员就有必要在强化自身业务学习的同时，努力将绿色化学的理念深入到日常的业务和管理过程中，这是有效实践高校有机化学实验管理的基础所在。

2.优化有机化学实验药品器材的管理

把好实验材料的采购关，在制定实验消耗材料计划的时候,尽量考虑现有材料的使用,对照库存清单,购买缺少的材料。在实验教学的准备过程中一定要做到准确无误，严格按照参加实验的学生的人数控制实验消耗材料的数量，准确计量实验所需药品的质量与体积，以确保实验课程的顺利进行,但又不过多的剩余材料,以免造成不必要的浪费。这样，不仅节约了化学试剂，更重要的是从实验的源头上防止了污染。

3.规范实验操作，强化学生的环保意识

培养学生的环保意识是实现有机化学实验绿色化管理的根本，规范学生有机实验操作规程也就成为绿色化管理的重要环节。

建立、健全相应的高校有机化学实验规章制度并严格执行，是促进学生强化环保意识的保障。进入实验室前要求预习、查找实验有关资料，对实验的目的、要求、注意事项、重难点都应有所了解。实验过程中，要求学生必须做到基本操作正确而且规范，这是进行化学实验的前提和基础，也是减少环境污染的重要保证，无论是从药品的取放还是到仪器的使用，都应做到动作准确操作，娴熟灵活，避免操作错误而造成的重复实验。

通过提高学生的环保意识，严格学生的实验管理,重视实验室“三废”，保护环境，减少污染，以便给有机化学实验室创造一个干净、绿色的环境。例如在以前，实验结束后，在存放公用试剂的台面上总会留有洒出的试剂；回流操作时总会发生磨口连接不牢而使溶剂弥漫在实验室中等现象。

4.改进有机化学实验教学，体现科研管理绿色化

有机化学实验是有机化学教学的重要组成部分，对巩固学生的理论知识、训练学生的动手能力、提高学生的操作技能及运用理论知识解决实际问题的能力、培养学生实事求是的科学态度等方面起着无可替代的作用。

为了有效贯彻绿色化学实验管理，就有必要对现行的实验教材进行大胆改革，通过自编一套适合绿色化学实验管理的有机化学实验教学科研材料，在涵盖近年来有机化学发展起来的有代表性的新技术、新方法等的基础性实验和综合性、设计性及创新性实验基础上，使教材充分体现绿色化学的本质特性。主要体现在以下几个方面：

(1)减少有毒试剂的使用，防止环境污染。由于有机化学实验中毒害性较强的挥发性试剂种类较多，有的数量也大，所以减少有毒试剂的使用可以极大地改善实验室环境。有两种办法可供选择，一是不用这类试剂，想法用无毒或毒性小的试剂或方法代替。例如有些实验用苯做溶剂，可以考虑用甲苯代替，可能溶解性会差一些，“少量多次”可以达到使用苯的效果，但甲苯的毒害性较之苯要弱不少。减少有毒试剂的使用是我们进行绿色化学教育的内容之一，例如在水蒸气蒸馏实验中，引入天然植物为原料，实验中，我们以橘皮为原料代替甲苯或苯胺，开设了从橘子皮中提取橘子油，完成水蒸气蒸馏的基本操作，同样达到了应有的实验效果。二是如果不得不用对环境的污染较强试剂，我们可以改进实验装置，探索最佳反应温度和更好的催化剂以缩短反应时间，且尽量不要让它逸出到空气中。在用到电动搅拌时，如果溶剂要回流，从前采用汞封套管防止溶剂逸出，为防止溶剂逸出，最好改为带加热的磁力搅拌。开口式压力计里面的汞要加水封盖，但常常水挥发完了而忘记补充，可以考虑使用封闭式压力计，条件好的干脆用数字式压力计。取用毒害性较强的试剂时，要求学生尽量不要直接倾倒，可以放一只漏斗和量筒公用，少量取用时用胶头滴管，可防止试剂洒出。“1—溴丁烷的制备”产生的HBr易挥发，可用水吸收，对于有污染气体放出的反应，或者需要隔绝空气的反应，还可以考虑用气球封口。

(2)控制反应用量、减少废物排出量。有机试剂大多是易燃、易挥发、有毒的药品，若按常量法进行实验，除存在试剂储存的隐患和困难外，还存在着因试剂挥发带来的环境污染和资金浪费问题，产品的处理问题等。为了减少这些影响，在保证实验教学效果的前提下，我们尝试着试剂用量由教材用量的3/5、1/3、1/5甚至1/10量为起始原料，改进实验装置向小量、半微量和微型实验方向发展。这样就能从源头上减少染污物的生成。例如，醛酮性质实验，要求学生在点滴板上完成醛酮与希夫试剂、与2,4—二硝基苯肼的实验，试剂用量减少到常规量的1/10，即2滴，试样取量为1滴。

在制备实验中，我们尝试着用常规量与半微量实验对比的方法进行教学，也取得了较好的效果。例如，苯乙酮的制备，我们要求一半学生按常量法、常规仪器来操作，另一半学生则采用常量法的1/2 量，改用小型仪器、磁力搅拌加热装置来进行。实验结果表明，只要操作认真、规范，改用1/2量实验其合成产率为60%左右，满足常量法的实验要求，合成时间从6～8小时缩短至4～4.5小时，节省了时间，既满足了实验教学的要求，也使学生通过对比真正理解少量、半微量实验的意义，逐步树立绿色化学和环保意识。

(3)加强对溶剂和产物的回收再利用。有机化学实验中，溶剂的用量通常很大，必须回收利用。例如，“茶叶中提取咖啡因”实验，用到大量的工业酒精做溶剂，不但要求学生得到好的产品，还要把酒精的回收率作为此实验的打分指标。又例如，Fridel-Crafts反应多方面考虑只好选取“苯乙酮的制备”实验，用到大量的苯，由于苯的毒害性较强，也必须加强回收。溶剂回收后通常可反复使用。

在实验计划上，尽量设计一些串联实验，使回收的产物可以投入到以后的实验中，则可以解决这一问题。如“乙酸乙酯的制备”的产品，经过除水后，可用作“乙酰乙酸乙酯的制备”实验的原料；“1—溴丁烷的制备”产物可做为“2—甲基—2—已醇的制备”的原料；重结晶基本操作所得的少量产品可用于熔点测定基本操作；“环已烯的制备”的产物可用作“7,7—二氯双环[4,1,0]—庚烷的制备”的原料；“甲基橙的制备”的产物可进行重结晶基本操作，纯品可交给分析实验用。

(4)优化实验研究过程，确保高产率。提高产率好处是多方面的，不仅仅节省试剂，也可减少对环境的污染。高的产率也是绿色化学的一项要求。对于多数经典的实验，似乎产率就如教材所言很难有大的提高了。但事实并非如此。如教材上比较经典的“1—溴丁烷的制备”实验，我们的研究将其产率从80%提高到97%，可见世事无绝对。例如当1—溴丁烷的产率高达97%时，蒸出的粗产物分水后，其折光率与标准品几乎一致，如果要精制只需用无水氯化钙吸收微量水和正丁醇即可，无需采用教材上的步骤，从而无需运用过多其它试剂。又如“环已烯的制备”实验，我们按教材上的步骤进行实验，产率为78%，与教材一致，但如果变“一锅煮”为滴加环已醇产率会高一些，可以达到85%。我们通过对此实验的一些思索和实践，改变反应条件，粗产率曾达到93%，但目前的研究并不成熟，虽有提高“原子经济性”的可能，但想达到稳定的较高产率，还需要做大量工作。其实，对大多数产率已经达到80%左右的经典性实验改进起来比较困难，需要大量深入的思考和大量积极的探究。

四、结束语

实践有机化学实验绿色化管理，推广微量化实验、循环实验、对实验试剂进行回收与再利用、寻找无毒、对环境无污染的催化剂，达到不排放或少排放有害物质，是实现有机化学实验绿色化管理的重要手段；培养学生良好的实验习惯和强化师生的环保意识，是保证实验教学效果的前提。积极、合理、有效地应用绿色化的管理措施，是管理实现绿色化，管理推动绿色化的过程，同时绿色化规范管理上层次，绿色化促进教学上水平，这种互动双向作用，真正实现人与环境的有效和谐统一，真正实现有机化学实验管理绿色化，真正为高校教学和科研服务作出根本的保证。

[1]Anastas,Paul T., Warner,John C.Green Chemistry Theory and Practice[M].New York:Oxford University Press, 1998

[2]朱文祥.绿色化学与绿色化学教育[J].化学教育,2001,1：1～4

[3]董素清,岳冠华.解决学校实验室污染问题的有效手段之—回收循环再利用[J].北京建筑工程学院学报,2002,18(1):24～26

[4]高校化学实验室对环境的污染及其治理[J].实验室科学，2007，1：170

[5]王清廉,沈凤嘉修订.兰州大学,复旦大学化学系有机化学教研室编.有机化学实验[M].北京：高等教育出版社，1994

[6]虞春妹,刘晟波,李理.正溴丁烷合成的优化[J].苏州科技学院学报（自然科学版）,2005, 22 (3)：46～49

On the green management research of university organic chemistry experiments

Yu Chunmei, Liu Shengbo
Suzhou university of science and technology，Suzhou，215011，China

This paper has analyzed the reason for the environmental pollution of university organic chemistry experiments.It has been put forward that the green chemistry management should be implemented in the whole experiment management process. At the same time some further survey has been done to the path of the university green organic chemistry experiment.

organic chemistry experiments；green management；path

book=119,ebook=441

2009-11-18

虞春妹, 实验师。

*本文系2009年江苏省教育厅教改项目“一般工科院校基础课实验教学示范中心后续建设的研究与实践”。