浅谈如何在有机化学实验教学中减少环境污染

2016-03-28韩亭亭

长春师范大学学报 2016年10期

关键词：常量环境污染试剂

韩亭亭，赵仑

(长春师范大学化学学院，吉林长春 130032)

浅谈如何在有机化学实验教学中减少环境污染

韩亭亭，赵仑

(长春师范大学化学学院，吉林长春 130032)

高校有机化学实验教学中产生了大量对环境污染大、危害大的有毒性物质以及后处理困难的污染物。为减少环境污染，应尽量选择无毒或低毒、环境污染较小的反应原料以及后续处理容易的有机化学实验项目。对不产生污染或轻度污染的实验采用常量实验的教学模式，对产生中等污染的实验采用微型实验的模式进行，而对产生重度污染且教学有需求的实验采用绿色化的教学方法。

有机化学实验；实验教学；环境污染

有机化学实验作为高等学校化学专业学生必修的基础课，是教学中非常重要的环节。在全面实施素质教育和创新教育的今天，有机化学实验对提高学生的实验仪器基本操作技能以及培养学生创新思维和创造力有着至关重要的作用。这门实验课程涵盖五部分内容：(1)有机化学实验的一般知识：包括有机实验室的规则、安全知识、常用仪器和装置的适用范围及保养等。(2)基础操作和实验技术：这部分着重介绍各个有机化学实验的基本操作和方法，如蒸馏操作、分馏操作、重结晶提纯法和色谱法。(3)有机化合物的制备：制备一些常用和典型的有机物，如正丁醚、无水乙醇、己二酸和乙酰苯胺。(4)有机化合物的性质实验：包括有机化合物的元素定性分析，以及醇和酚的性质、醛和酮的性质、糖类的性质等实验。(5)理论部分：在有机化学实验过程中，使用的有机溶剂和有机试剂往往会出现“三废”，这会对环境造成很大的负面影响。近年来，随着招生规模的不断扩大，化学专业学生人数不断增加，有机化学实验的操作次数也随之增多，这导致了很多有机化学试剂的用量和实验室“三废”排放量迅速增长。在有机化学实验教学过程中，教学工作者培养了学生的观察能力、动手能力、分析能力、解决问题能力，实验教学收到了良好效果，但同时不可避免地将实验过程中产生的一些废气、废水、废渣直接排放到环境中(部分废气导入大气中，废水导入下水道，废渣进入垃圾桶)。且大多数学校对实验后排放的污染物很少作定期的处理，这对环境造成很严重的影响。因此，在有机化学实验中应尽量排除或减少对环境危害大以及后处理困难的实验项目，尽量选择无毒或低毒、环境污染较小且后处理容易的有机化学实验项目。针对有机化学实验的特点，我们将从以下三方面讨论如何减少有机化学实验教学过程中所带来的环境污染。

1 常量有机化学实验

常量化学实验是指在传统的仪器、装置中，采用常规试剂完成的化学实验，适用于反应原料对环境是无污染或极低污染的、易得且价格合理的实验项目；要求反应产物可回收利用、后处理方便[1]。例如无水乙醇的制备，实验室可采取分子筛法和氧化钙法制取，我们采用的是后者。氧化钙法制备无水乙醇的反应原理是利用氧化钙与95%乙醇中的水充分反应后得到氢氧化钙，再利用蒸馏的方法将沸点低的乙醇蒸馏出去。反应后剩余的氢氧化钙可利用低浓度的盐酸加以溶解，得氯化钙溶液，回收反应产物氯化钙溶液和无水乙醇。类似这种产生轻污染或无污染的有机化学实验还有很多，例如：(1)从橙皮中提取柠檬烯。整个反应过程中用到的反应原料是橙子皮和蒸馏水，原料易得无污染，属绿色的化学原料，反应结束后回收反应产物柠檬烯；(2)透明皂的制备。利用不饱和脂肪酸与氢氧化钠溶液发生皂化反应，原料是动物油脂——牛油，植物油——椰子油和蓖麻油，以及蔗糖、蒸馏水和氢氧化钠溶液，反应结束得到的是透明光滑的透明皂。整个过程没有废弃物产生，且学生对实验有浓厚的兴趣。目前，有机化学实验中反应溶剂的回收再利用在部分实验中得以实施，这些工作很大程度上降低了有机化学实验污染性试剂的排放量。

2 微型有机化学实验

对产生中等污染的有机化学实验，可根据需要，采用微型实验的模式，这被定义为在微型化的仪器装置中进行的化学实验。微型有机化学实验中，反应试剂的用量是常量实验的1/10～1/00[2]。设计一些适合于本科生实验教学的微型有机化学实验，每学期在本科生实验教学中操作2～3个微型实验，其试剂用量均在常量实验的1/10以下，能最大幅度地降低有机实验污染物的排放量[3]。微型有机化学实验所用仪器装置和操作方法都与常量有机化学实验有较大差别，甚至在有些实验中是完全不同的，所以微型有机化学实验是学生必须掌握的。操作微型有机化学实验可让学生学到处理微量样品的特殊方法和技巧，也能增强学生的环境保护意识。例如：醛和酮的性质实验可以通过在点滴板上完成醛和酮与2,4-二硝基苯肼的实验，该操作的试剂用量减少为常量的1/10，大大降低了有机物的使用量[4]。

3 绿色有机化学实验

1991年，美国化学学会(American Chemical Society,ACS)提出了绿色化学(Green Chemistry)主张，即在始端就采用预防污染的手段，实现在实验过程中都无污染[5]。绿色化学的真义是防止化学污染，而不是污染后的环境治理。据此，有机化学实验中污染的控制也应该符合绿色化学的基本原则，即在实验过程中，反应物的选择、合成方法的制定、制备过程及最终得到的化学品等都应尽可能不对环境造成污染和危害[6-8]。在有机化学实验教学中，我们应从环境保护的角度设计实验，同时也要考虑到实验的可行性和实验结果的可重复性。在不影响实验结果的前提下对试剂、实验设备以及实验方法进行适当的改进。此外，开设计算机仿真化学实验，即通过化学虚拟仿真实训软件来完成有机化学实验，这是减少有机化学实验污染、实现实验绿色化的必要手段。学校可设立化学虚拟仿真实验室，学生通过虚拟平台进行实验的操作练习和期末测试，这将是未来实现绿色化学的必然趋势[9]。

本文简单地讨论了如何在有机化学实验教学中减少环境污染，对不产生污染或轻度污染的实验采用常量实验的教学模式，对中等污染的有机化学实验采用微型实验的模式进行，而对于重度污染有对教学有需求的实验采用绿色化的教学方法。

[1]胡荣华,黄周璋,李树保.有机化学实验”绿色化”教改浅谈[J].井冈山学院学报:自然科学版,2005(3):56-58.

[2]王梦,王迎春,李琛,等.基于绿色化、微型化基础化学实验的实践与探讨[J].教育教学论坛,2015(49):248-249.

[3]马祥梅,王斌,冯道全,等.高校基础有机化学实验的绿色化[J].安庆师范学院学报:自然科学版,2016(1):155-159,166.

[4]李军,许俊强,郭芳.基础化学实验的绿色化设计与实践[J].重庆理工大学学报:自然科学版,2013(8):58-61.

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

[6]王峥.有机化学实验教学中的污染控制[J].环境科学与管理.2010(6):15-17.

[7]崔秀荣.有机化学实验绿色化教学模式探析[J].黑龙江科学,2014(7):166.

[8]马楠,王筱平.有机化学实验教学中体现绿色化学的探索[J].实验室研究与探索,2011(7):140-143.

[9]王菊,堵锡华,史小琴,等.应用型本科高校化学化工虚拟仿真实验中心建设探索[J].山东化工,2016(8):118-120.

2016-07-10

韩亭亭(1984- )，女，讲师，硕士，从事金属有机骨架材料研究。