精细化工专业实验的绿色化建设和教学改革探索

赵天琦， 陈晓东， 孟繁雨

（吉林大学化学学院，吉林长春 130012）

精细化工专业实验的绿色化建设和教学改革探索

赵天琦， 陈晓东， 孟繁雨

（吉林大学化学学院，吉林长春 130012）

实验室是学生学习基础和专业知识、验证所学理论、掌握实验技巧的场所，同时也是提高学生自身素质和培养其先进思想理念的平台。随着化学工业的快速发展，有毒有害原料和溶剂的使用及废物排放对大气、水、土壤等造成的污染问题日益严重。这不仅给人类健康和生活环境带来了严重的危害，更警醒人们探索绿色化学。如何改善实验室的硬件环境，提高教师和学生的绿色化学意识，改革以往不注重环保的粗放实验及教学模式，是一线实验教师的责任。为实现精细化工专业实验的绿色化建设，从实验室合理规划布局、实验课程设置和实验教材内容改进、实验室规章制度建立等方面对精细化工专业实验进行了全方位教学实践改革的探索，促进了专业化学实验室的绿色化建设，培养了大学生绿色环保理念。

绿色化学;教学改革;绿色化建设;环保理念

0 引言

随着化学工业的快速发展，有毒有害原料和溶剂的使用及废物排放对大气、水、土壤等造成的污染问题日益严重。这不仅给人类健康和生活环境带来了严重的危害，更警醒人们探索绿色化学［1-5］，从源头上减少或消除有毒有害废物的产生，以期最终实现废物的零排放［6-7］。走绿色环保可持续发展之路［8-9］。

大学实验室是学生学习基础和专业知识、验证所学理论、掌握实验技巧的场所，同时也是提高他们自身素质和培养其先进思想理念的平台。如何改善实验室的硬件环境，提高教师和学生的绿色化学意识，改革以往不注重环保的粗放实验及教学模式，是我们一线实验教师的责任。为此我们利用学校搬迁，实验室建设重新改造的契机，按照绿色环保的理念对专业实验室重新进行了合理规划和布局，在不影响专业实验教学大纲要求的前提下，组织从事环保科学研究的实验老教师对专业实验教材内容按“5R”(减量化Reduce、再利用Reuse、拒用Rejection、再生Regeneration、再循环Recycle)的原则［10-11］进行了二次整编。同时实验室制定了一系列严格的符合环保要求的规章制度。并在每学期末组织实验师生针对现有的实验室绿色化建设［12］提出合理化整改建议，不断完善实验室的绿色化建设和教学。

1 实验室建设面临的困境

(1)缺乏整体布局。由于精细化工专业是国家教委80年代后期开始在全国部分高校建立的新专业，当时学校各方面条件还不完善，是由学院从其他科室挤拼出的几个不在一起的小房间，严格意义不能算是规范实验室。更谈不上合理整体布局规划。

(2)实验课程设置不合理。建专业实验室之初，由于缺少绿色化学的思想理念，教师编写的原始实验教材重点是以实验内容与所开专业课配套为着眼点，单方面强调学生的专业知识的实践提高，没有考虑要同时兼顾绿色化学内容。

(3)缺少绿色化实验室建设的管理体系。实验室没有一套相对完善的与绿色化［13-14］实验室建设相适应的规章制度，教师和学生无行为规范可依。

2 实验室的绿色化建设

新建实验室后，我们以实验室绿色化建设为核心加强了实验室的排风系统等硬件建设、对实验室的布局进行了整体规划。

2.1 实验室绿色化的硬件保障和措施

学校对易产生污染的各实验室加装了大功率通排风系统，为了防止实验过程中所产生的废气对实验室及周围环境造成污染，根据废气污染物的具体性质和数量，安排产生有害气体的实验在通风橱柜中进行，并选择了适当的方法对它们进行净化处理。例如:采取燃烧法、吸收法、吸附法等，在废气排放前加以净化，确保有良好的实验环境条件，保证了实验区周围大气环境的达标。解决了有毒气体的污染问题。

其次对实验产生的有害液体，利用专业特有的精馏等设备优势，采取混合液体集中精馏加以回收循环利用，个别有毒有害固体物质不能回收利用的，采取集中收集，定期送到学校指定场所统一处理，解决了有毒液体、固体的污染问题，在实验室建设规划的硬件措施上为实验室的绿色化提供了科学保障。

2.2 实验室的合理布局和科学管理

实验室新建后，专业实验室按功能进行了合理划分:教师批改作业的资料室、实验准备室、药品储备室、合成类实验室、测试类实验室等。其中对易产生污染的合成类实验室:每个试验台旁专设有针对不同实验的相应的回收瓶具和装置，并贴有对应标签，方便学生实验过程中随时对产生的有毒有害化学品的回收利用;对易产生污染的药品储备室:各类药品严格执行分类存放分开保管等科学措施。如:无机类按酸、碱、盐分类、有机类按官能团分类、其他杂类按表面活性剂、香精等分类。尤其对剧毒、易爆药品，专门保存在特制的墙柜里，并加锁。对强腐蚀性、强氧化性药品也用瓷砖砌成专柜存放。同时做到注意化学药品的存放期限，室内恒温、恒湿、保持通风通畅等保障措施。总之，实验室的药品分类存放并实施科学管理，既能减少实验药品的浪费，节约经费开支，又能降低化学药品对环境的污染，是构建绿色化学实验室建设的一项重要环节。显著提高了实验室的绿色化科学化管理水平。

3 实验课程设置的改进

建立绿色化学实验室，其根本目的是从节约资源和防治污染的观点来重新审视和改革传统化学与化工实验，按照“5R”原则解决化学与化工实验中出现的污染问题，目的是减少和消除对环境的污染，培养并提高学生的绿色环保意识和专业知识技能。

化工精化实验室因做实验的学生很多，绿色化学教育的问题与师生的身体健康息息相关，影响较大，危害明显。因此，教师与实验技术人员在绿色化学教育方面意识要加强。近年来我们在实验设置和实验教材内容等多方面探索了一系列绿色化改进措施。

3.1 减少试剂用量

实验试剂的用量尽可能少。将制备实验的试剂用量减至最少，性质实验采用半微量分析的方法，减少了药品浪费，降低实验污染。

3.2 大力倡导采用绿色实验技术手段

实验污染主要是由实验中所用的高毒试剂引起的，在保证实验效果目标的前提下，尽量采用微波等环保方法对实验仪器进行洗涤;用超临界水等无毒害、无污染或低毒害、低污染的试剂替代毒性较强的试剂;用酒精温度计和仪表式温度计代替水银温度计避免可能带来的汞污染。再如我们在精化专业实验中让学生采用高粱籽壳作原料提取制备绿色环保型染发剂，学生们试验后，颇有感悟。

3.3 调整实验教材内容，多途径实现绿色化

3.3.1 利用可再生资源合成化学品

用可再生资源［15-16］或其副产品做化工原料，是绿色化学的一项战略任务。我们在精化专业实验讲义内容编排上把精细化学品合成的几类不同实验的原料都统一以农作物玉米秸棉籽壳提取物糠醛为原料，由糠醛原料出发分别制备:属基础化工原料塑料增塑剂、食品防腐剂用的糠酸 、属食品酸味添加剂用的富马酸(反丁烯二酸)和黏合剂基础原料用的糠酮树脂，再用糠酮树脂制备黏合剂。探索出利用由可再生资源糠醛出发合成多类精化产品的可持续化环保实验途径。

3.3.2 采用了一条龙循环实验

一条龙实验的含义是把多个相关实验有机地结合起来，把前一个实验所得到的产品(结果)，作为下一个实验的原料，从而形成了多个实验串联在一起的一条龙实验。这种实验的特点是能尽量减少中间环节的物料排放，同时也节省了后续实验所需的化学药品原料。

例如:我们利用上一个实验合成的产物N，N-二甲基十二烷胺做下一合成反应十二烷基甜菜碱的原料来合成两性表面活性剂十二烷基甜菜碱，再把该十二烷基甜菜碱做为测量表面活性剂性能实验─表面张力实验和泡沫高度测量实验的配剂，其实验后的废液还可收集起来作实验室洗刷烧杯、烧瓶类的洗涤剂用。充分实现了绿色节约环保。

3.3.3 多方法实现实验室废水治理

(1)利用实验有的废水呈强酸性，有的呈强碱性，可利用废水自身的酸碱中和，达到废水治理的目的。

(2)利用膜过滤方法进行废水处理。

(3)上面的废水可通过实验室的水循环泵进行循环利用。如:做实验反应的冷却水循环利用等。

3.3.4 毕业论文结合教师科研开展绿色课题研究

组织专业毕业学生以超临界水为绿色溶剂开展油页岩中石油提取研究。用酶选择性催化在室温水中一系列反应实现工业上废水污染治理等绿色环保课题研究。以及开展具有绿色化性能的油脂基表面活性剂的研发。同时鼓励和引导专业学生开展不使用有机溶剂参加反应的研磨法固相反应、微波促进的固相反应及高温固相反应等多方面环保型课题的探究。

3.3.5 充分发挥教学多媒体仿真实验的作用

在实验教学中，计算机仿真实验(模拟化学实验辅助教学)是一种化学试剂和仪器装置零投入零废弃物排放的特殊实验方式，特别是某些毒害或危险性较大的化学实验可以采用这种方式，可防止付出高昂的环境代价，是减少重复污染的有效方法。

我们在易出错较危险的真空减压操作实验和较复杂的精馏实验等教学中引入了各种多媒体仿真教学软件，拷贝给学生，作为他们实验前预演的资料。提高学生对关键知识点的掌握和兴趣，强化了学生实验动手能力、树立了环保观念。

4 强化培养大学生绿色环保理念

每学期开学实验前，首先组织学生熟悉各实验室，尤其要认真学习各实验室的规章制度，然后参观资料室，那里陈列有历届有关对实验室开展绿色化学实践的体会、合理化建议，也有学生们在绿色化学研究方面的论文。还有实验教师搜集的有关绿色化学的相关书籍和资料。最后要求每名学生写出一篇以实验室绿色化建设相关的书面报告。加强本专业学生对实验过程绿色化教学认识［17-18］，提高他们的绿色环保理念。

学期实验结束后，我们组织学生举行公开讨论，由每个小组阐述结合实验内容在绿色化学方面提出可行的改进和建议或展示他们的实验成果。对有价值的放到资料室存档。

通过这一环节的相互学习、相互交流，加深了学生对绿色化学的进一步的理解和认识。

5 结语

多年的一线实验教学实践，我们深切体会到探索精细化工专业实验室的绿色化建设和实验教学改革是全方位的，不仅要抓好实验室硬件方面建设，还要抓好实验教材内容等软件方面的建设，更要不断探索学生创新能力、绿色环保理念的提高和培养，使绿色环保理念深深植根于他们的内心深处。相信不断探索实验室的绿色化建设，不断提高实验内容绿色化水平，促进师生绿色化学理念的更新，是我们化学工作者刻不容缓的责任，走可持续发展的绿色环保之路，将永远是我们走向美好未来的不懈追求目标。

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The Exploration of Greening Construction and Teaching Reform on Specialized Experiment of Fine Chemical Industry

ZHAO Tian-qi，CHEN Xiao-dong，MENG Fan-yu
(Chemical College，Jilin University，Changchun 130012，China)

Laboratory is the place where students study the basic and professional knowledge，test the learned theories and master experimental skills.It also provides a platform for students to improve their own quality and to develop the advanced idea.With the rapid development of chemical industry，the pollution problem to the atmosphere，water，soil caused by the use of poisonous and harmful materials and solvent and waste emissions is becoming more and more serious.This has brought serious harm to human health and living environment.Meanwhile，it alerts people to explore green chemistry.It is our responsibility as a frontline experimental teachers to improve laboratory hardware environment，to improve the teachers＇and students＇consciousness of green chemistry，and to reform the past extensive experiments and teaching model without paying attention to the environmental protection.In order to achieve the greening construction of specialized experiment of fine chemical industry，the comprehensive exploration of experimental teaching practice reform on specialized experiment of fine chemical industry，such as reasonable planning and layout of the laboratory，experimental curriculum and improvement of experimental teaching material，the establishment of laboratory regulations et al，has been carried out，and will help to further promote the greening construction of fine chemical lab and foster the college students’concept of green environmental protection.

green chemistry;educational reform;green construction;the concept of environmental protection

TQ 396

A

1006－7167(2014)05－0144－04

2013－06－19

教育部“十二五”质量工程项目(20120820)

赵天琦(1963－)，男，吉林长春人，硕士，高级工程师，研究方向:主要从事有机和精细化学品合成实验教学与研究。

Tel:15526636118;E-mail:zhaotq@jlu.edu.cn