开发高校化学废弃物回收实验构建绿色化学实验室

2014-04-11吴建波戴小军龚波林

实验技术与管理 2014年5期

吴建波，戴小军，龚波林

（宁夏大学化学化工学院，宁夏银川 750021）

由于高校化学实验室的规模和实验课比例持续提升，实验中产生的废弃物数量激增，由此引发了人们对环境污染、实验室的安全以及处置费用增加等问题的担忧［1－3］。如何规范、高效地处置好实验室废弃物，是当前高校实验室面临的一个重要课题。笔者认为，开发化学废弃物回收实验是件很有意义的事情，它既是构建“绿色化学”实验室的有效手段，又是提高实验教学质量和学生综合实验能力的有效途径。

1 化学实验室废弃物处置中存在的问题

高校化学实验室每学期都会产生大量化学废弃物，这些废弃物未经任何处理直接排放会对环境带来严重污染。按照2008年颁布的《国家危险废物名录》规定，高校化学实验室所产生的废弃物属于“研究、开发和教学活动中，化学和生物实验室产生的废物”（类别代码为 HW49 900－047－49），具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性。将化学废弃物交由专业的危险废弃物处置企业处置，存在转移报批手续复杂、批复时间长、运输费用高等问题，同时需要采用固化填埋技术，处理费用也十分高［4］。有一些实验室将化学废弃物稀释至达标浓度再排放，虽然达到了环保部门的排放要求，但长期累积对环境的危害仍不可忽视［5］。

2 开发化学废弃物回收实验项目的必要性

高校基础化学实验室所进行的化学实验相对固定、所产生的废弃物成分基本明确，利用实验室的自身条件完全可以对部分废弃物进行回收和再利用。虽然废弃物回收实验项目的开发及其后续应用还存在费用高、时间长的问题，但从环境保护和最大限度地减少化学污染物这个角度来看，利大于弊［6］。将实验室废弃物的回收开发成综合型、设计型或创新型的教学实验，既可以为实验室节省试剂消耗和废物处置成本，又可以锻炼学生的创新能力和综合实验能力，构建绿色化学实验室。

3 化学废弃物回收实验开发的建设措施

3.1 强化绿色化学的教育意识

高校绿色化学实验室的建设，是可持续发展战略在化学实践教育领域的体现，它是用化学的技术和方法减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的化学物质的使用和产生［7］。构建绿色化学实验室必须强化教师和学生的绿色化学意识，即要从实验试剂到实验产物，再到实验产物的消亡这一过程中阻止污染。首先，教师应将绿色教育理念贯穿于整个实验教学中；其次，学生应培养绿色化学意识，学习绿色化学知识，并能体现在实验过程中［8］。

3.2 回收化学实验废弃物的方法

高校基础化学实验室开设的实验项目相对固定，可分别收集每个实验项目的废弃物。对实验中产生的每种废弃物都配置专用容器，并用标签标明成分。这样做可确定每种化学废弃物的成分和含量，大大降低处理化学废弃物的复杂程度，有利于回收实验的开发［6］。

实验室应将废弃物专用容器放在显眼、方便的位置，并用不同的标签加以标示。实验教师在实验前就要明确告知学生哪些步骤会产生什么样的化学废弃物，应将化学废弃物放在哪个专用容器中。我校基础化学实验中心通过制定实验室废弃物收集、分类和贮存操作规程，实现对每个实验废弃物分类收集的指导，并由实验室安全卫生督察员按照相应的评价和考核办法对工作进行考评。考评结果将计入个人年度绩效考核的成绩。

3.3 鼓励申报化学废弃物处置方面的课题和项目

为了提高学校师生对开发化学废弃物回收实验的兴趣，我校基础化学实验中心加大了对实验室废弃物回收相关教改课题的支持力度，在大学生创新实验项目中设置实验室废弃物回收利用的招标项目，并要求这些研究课题最终能够开发成综合型、设计型或创新型实验课。通过这些措施，一方面给学生创新实验的选题提供了思路，另一方面有效地解决了相关课题经费的问题。

3.4 积极推进化学废弃物回收课题的成果转化

对于教师和学生通过教改课题和大学生创新实验项目取得的相关研究成果，各实验室根据实际情况大胆引入并开设化学废弃物回收实验，实验室管理单位进行充分的协调。例如用银量法测定氯含量的实验会产生含银废液，含银废液的回收实验可以在无机实验室作为综合性实验开设；而有机实验室实验中产生的大量有机溶剂，可以与化工实验室联合开发为精馏、萃取等设计型实验进行提纯回收。通过将化学废弃物回收研究项目的成果转化为综合型、设计型和创新型实验课，有效减轻了实验员的工作负担，提高了教学质量，培养了学生创新探索和实践能力。

3.5 加强回收试剂的分类使用

对于通过化学废弃物回收实验得到的试剂，管理部门需要按照各实验室的需求进行分类使用。无机化学、有机化学和分析化学实验所回收试剂的纯度是否达到要求，是影响其能否再次使用的关键。因此，要对回收试剂进行化学分析以确定其纯度，并且实验课教师在使用前必须经过预实验进行验证。对于纯度较低的回收试剂，可在那些对试剂纯度要求较低的化工、物理化学实验课中使用。

4 化学废弃物回收再利用的实践探索

自2008年宁夏大学基础化学实验中心成为国家级基础化学实验教学示范中心建设单位以来，中心在实验室废弃物回收及再利用方面做了大量研究和探索，取得了一些成果。以下仅列举2例，说明化学废弃物回收实验的开发及具体运行过程。

4.1 含银废液的回收与利用

在分析化学实验中，用银量法测定氯化物中氯的含量是一个必做实验［9］。其主要原理是以K2CrO4为指示剂，用AgNO3标准溶液进行滴定，需要消耗大量的银盐，并生成 AgCl、Ag2CrO4砖红色沉淀［10］。该实验不仅向化学、化工、应用化学、制药等本院学生开放，还对本校其他院系环境、食品等专业的学生开放。由于开设实验的班级多、学生人数多，产生含有银、铬的废液量也很大。

废液主要有2种：一种是到达滴定终点时还剩余的AgNO3标准溶液；另一种是含有AgCl、Ag2CrO4沉淀的废液。在学生做实验前，对2种废液分别设立专用的收集容器，并明确标示、方便收集。实验课堂上教师向学生介绍含银、铬的废液对人类健康和生态环境的危害以及含AgNO3、AgCl、Ag2CrO4废液的回收方法，学生动手完成含银、铬废液的回收实验。

针对银量法测定氯含量实验的废液，我校化学实验中心在大学生创新实验中以“化学实验室含银废液的回收与利用”为题，面向学生进行项目招标。学生在指导教师的帮助下提出实验方案并进行验证，最后提交创新实验报告书。根据该项大学生创新实验的成果，在无机化学实验中开设了综合型实验——含银废液的回收。回收得到的AgNO3溶液和剩余的Ag－NO3标准溶液经浓缩后都得到了AgNO3固体粉末，而这些AgNO3固体粉末在银量法测定可溶性氯化物含量的实验中得到了循环使用。

4.2 乙醇－环己烷废液的回收与利用

在物理化学实验中，“双液系的气－液平衡图”实验会产生大量环己烷和乙醇混合废液［11－12］。通过大学生创新实验项目，确定以水为萃取剂，萃取分离该二元混合液并进行回收。

首先得到粗环己烷（含有质量分数约为1%的乙醇）和乙醇水溶液（乙醇质量分数为50%左右），再通过对粗环己烷进行精馏，从塔底得到质量分数可达99.9%的环己烷。乙醇水溶液通过共沸精馏得到无水乙醇。

化学实验中心用该萃取实验替换了原来在有机化学实验中以乙醚萃取甲苯胺和萘混合物的基本操作技术实验。粗环己烷的提纯实验是利用化工实验室的精馏塔设备开发的精馏设计型实验，即根据环己烷和乙醇的物理化学性质数据，计算出合适的精馏温度、压力、回流比等，再做精馏实验加以验证并得到纯的环己烷产品。

由于乙醇和水的沸点相近且易形成恒沸溶液，开发了化工综合型共沸精馏制取无水乙醇的实验。该实验以环己烷为挟带剂，通过间歇共沸精馏的方法得到质量分数大于99.5%的乙醇。这一回收实验加深了学生对共沸精馏方法的认识。

通过大学生创新实验招标项目，还解决了仪器分析实验项目“单扫描极谱法同时测定铅和镉”产生的既含有汞、又含有铅和镉的废液回收问题，使回收的汞在该实验项目中得到循环使用［13］。实验中心还积极发挥协调作用，加强废液的利用。例如在仪器分析实验中，色谱分析实验“反相液相色谱法测定萘的含量”、“高效液相色谱法测定APC药物中的有效成分”、“饮料中添加剂苯甲酸钠、山梨酸钾、糖精钠的测定”等，均采用甲醇作为流动相，年产生废液约30kg［13］。由于该废液甲醇含量高、杂质非常少，将其直接用于化工实验室的精馏或反应精馏实验，取得了良好的效果。

5 结束语

通过实验室废弃物回收与利用实验项目的开展，宁夏大学基础化学实验中心原来需要由专业公司处理的化学废弃物的费用和基础化学实验室购买试剂的费用都大幅减少。2012年11月，基础化学实验中心通过了国家级基础化学实验教学示范中心的验收。实验中心在综合型、设计型和创新型实验项目的比例、支撑“大学生创新型实验项目”和实验室环境与安全等方面都得到了专家的好评。

实践证明，充分利用高校化学实验室现有条件和优势开发化学废弃物回收实验，发掘了化学废弃物循环利用的潜力，从而最大限度地利用了化学实验所产生的废弃物，降低了开设实验和处理废弃物的成本，有利于构建绿色化学实验室。化学废弃物回收实验有利于充分调动师生积极性，努力开发更多的综合型、设计型和创新型的化学废弃物处理实验，从而推动高校教学改革实践，提高学生对绿色化学的兴趣和创新创造的能力。

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［1］刘雪凌，张培兰.浅析高校化学实验室废弃物的综合处理［J］.化学通报，2012（5）：476－480.

［2］缪自轩.浅析高校化学实验室废弃物的科学管理［J］.实验室科学，2010（1）：168－169.

［3］麦艺炽，张以科，何广坚，等.高校实验室废液管理的探讨［J］.实验室研究与探索，2011，30（11）：414－416.

［4］周海涛，陈敬德，周勤.高校实验室化学废弃物回收处置［J］.实验室研究与探索，2012，31（8）：460－462.

［5］彭实.关于一些高校实验室废液管理现状的调研报告［J］.实验技术与管理，2010，27（2）：153－157.

［6］魏群，吴隆民.实验室化学废弃物的回收和处理［J］.中国环境监测，1994（3）：54－58，62.

［7］王卫东，陆江林，胡珍珠.物理化学实验室的绿色化思考与建设［J］.实验技术与管理，2007，24（1）：151－152.

［8］陈艳.物理化学实验室绿色化建设探讨［J］.安徽建筑工业学院学报：自然科学版，2008（6）：48－50.

［9］郭建国，王淑华.基础化学实验I：分析化学模块［M］.银川：宁夏人民教育出版社，2008.

［10］张桂花，周敏莉，张璐鑫，等.实验室含银废液中贵金属银回收方法的优选［J］.高校实验室工作研究，2009（2）：47－49.