化工实验改革与绿色化学理念的运用研究

蒲艳玲

（兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州730070）

化工实验改革与绿色化学理念的运用研究

蒲艳玲

（兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州730070）

我国改革开放以来，伴随着国家化工技术的不断发展，现如今我国化工技术已经排在了世界前列，化工产品和人们的日常生活有着紧密的联系，特别是拥有一些高质量要求和结构复杂的化工材料等化学物品。化工实验涉及范围非常广泛，如材料、农药、医药、燃料等几十种行业，近代世界各国都在不断研究、发展化学工艺，这就造成了大面积的化学污染。随着社会的不断发展，国家和人民的环保理念越来越强，绿色化学理念也孕育而生。基于此，主要讲述化工实验改革方法，以及把绿色化学理念融入到化工实验之中。

化工实验改革；绿色化学理念；环境污染；策略

近几年，我国的化工技术有了很大的发展，逐渐推出了许多新品种，产品生产技术和合成工艺都有很大的变化，国家、机构、人民更加注重把绿色化学理念应用在化工实验中。绿色化学是传统化学的升华，其最主要的特点就是源自经济性，即在获得新物质的化学实验过程中，更加充分地利用每个原子原料，实现真正的“零排放”，把传统化学的“粗放型”改变成现代化学的“集约型”，不仅是让资源的利用更加充分，更重要的是大大减少了化工污染。所以，绿色化学理念的根本作用就是节约资源和防止污染，重新审视、革新传统化学，从根本上解决化工多带来的污染问题。

1 传统化工、化学带来的一些问题

随着化工、化学技术的不断发展，人类生活中处处都有化学的存在，化学其实是一种能量的转变，人类诞生初期是没有化学存在的，自从人类第一次使用火开始，人类就已经开始利用化学。人类通过对化学的利用，使得生活变得便捷、美好。但是，很多的化学产物却对人类、生态系统产生极大的威胁。很多老人都会说现如今的水没有以前清澈，现如今的天没有以前蓝，现如今的雾霾更是在以前没见过的。化学作为人类生活的必须品，如何减少化学、化工制品对生态的危害，取决于化学运用的途径和控制程度。

火在人们生活中随处可见，人们所熟知的火是一些可燃物品在空气中发生了氧化反应放出光和热的过程。火的出现有效地解决了人们的吃、穿、住、行的质量。人们可以通过各个媒体得知，远古时期人类在没有使用火之前，任何食物都是生吃，这样食物味道不好且含有各种病菌威胁。想象一下，如果在电气化之前没有火，人们的冬天可能会穿很多衣服，使人们的行动显得非常笨拙。而火的利用有效地解决了这个问题。但是，如果人们对火的利用不完善，就会造成很大损失，甚至会威胁人类的生命。如果是单纯的碳氢类化合物会产生一氧化碳和碳粉尘，如果燃料中含有氮、硫等杂质，则会产生二氧化硫和一氧化氮等有害气体。此外，不完全燃烧的还可能产生一些较为复杂的物质等。以上气体皆对人体、生态环境有害，就算是燃烧中产生最多的温室气体如二氧化碳等，虽对人体没有直接的影响，但是过多会直接影响生态环境，进而影响人类生活。这一系列问题都取决于人类对火的利用程度和方法。

在科技迅速发展的今天，化学可以为人类提供更好的服务，但同时也带来了巨大的危害。例如，人类对化石燃料的开采和利用给人们解决了能源问题，但在这些化石燃料使用的过程中产生的二氧化碳和一些有毒气体对大气产生了极大的危害，如温室效应、光化学污染、臭氧空洞、雾霾和酸雨等一系类危害人类健康和生态平衡等问题。但是，现代化人类已经清楚地认识到了这些问题，人类正在进行的新能源的研究就是在解决这一系列问题。而正是对新能源的开发和使用，使人们能够更好地利用化学、化工为人们服务，使得人们生活环境更加干净。

相对于化石燃料对人们的影响，有些化学反应在战争领域的应用更加高效且迅速地置人于死地，这就是常说的化学战剂。常见的化学战剂有沙林、芥子气、新失能剂EA4923等。以沙林毒气为例，沙林学名为甲氟磷酸异丙酯，化学式为（CH3）2COOPF（CH3）。其杀伤机理主要是摧毁人的神经系统，一滴这样的毒气在几分钟内就能杀死一个人。前些年，新闻总会报道哪个国家原子弹爆破成功，人们都是原子弹是核聚变，在地球上无论哪个区域爆炸，都会导致该区域很多年不长植物，虽然爆破都在无人岛上，但这样的试爆同样会污染环境。而这样的大规模杀伤性武器却并不需要复杂的化学变化，所以特别容易被人们利用。这是化工、化学的一个大大的弊端。

化学和其他一些科学一样给人们带来美好生活的同时也能带来灾难。这完全取决于人们运用化学的途径。随着化工、化学等问题的不断扩大，人类也已经认识到了要保护赖以生存的环境，逐渐提出了“绿色化学”的理念，并应用到化工实验当中。现如今人类利用化学更多是利大于弊，而且弊端也逐渐被人类控制。

2 绿色化学的定义和特点

绿色化学又被称之为“环境无害化学”“环境友好化学”“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生进而得到发展的，是一个“新化学婴儿”。其涉及范围广，其中包含有机合成、生物化学、催化、分析化学等内容。绿色化学的根本目的就是预防污染，绿色化学的理念是零排放、零污染。全球很多国家已经把绿色化学作为新世纪化学进展的主要方向之一。

绿色化学主要的特点是：充分利用资源和能量，采用无毒、无害的原料；在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；提高原子的利用率，尽可能让所有原料的原子都被产品所消耗，实现真正的“零排放”；利用现代科技生产出有利于环境保护、人类健康的环境友好型产品。

3 如何在绿色化学理念下完成化工实验

3.1 改革化工实验内容，建立绿色化工理念

绿色化学理念是在化工化学领域的一种可持续发展的战略措施，更是受到了全世界的关注。绿色化工理念是在研究和设计过程中，科研与生产过程中实现没有或者非常小的环境污染问题，并且在经济、技术等方面进行化学的过程。总之，绿色化学理念是从根本上阻止化学所带来的污染。绿色化学预防化学污染的核心是“4R”，分别是不用危害品（reject）、减少用量（reduce）、循环使用（recycle）、收回重用（reuse）。为了把化学用品对人类和自然的危害降低到最低程度，充分发挥化学化工造福人类的作用，在现在化工实验过程中通常都是在不影响实验结果的前提下，尽可能选择那些合成路线毒性小、三废（废气、废水、废渣）污染少的实验。例如，根据表面活性剂结构与性能关系的研究成果，研究和改进分子结构，设计易生物降解、对人体温和的表面活性剂；在香料制作过程中用无环境污染的臭氧化反应来代替重铬酸盐氧化；在合成氨基甲酰咪唑类农药时，用安全的实际“双光气”（双光气，氯甲酸三氯甲酯的别称，化学式ClCO2CCl3）、“三光气”（三光气，又称固体光气，化学式为C3Cl6O3）等代替剧毒物“光气”进行酰基化，从而达到绿色合成的目的。

3.2 突出微型化学实验作用，适应科学技术发展要求

所谓的微型化学实验（Microscale Chemical Experiment），就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法和技术。虽然微型化学实验试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一甚至几千分之一，但是其效果可以达到准确、明显、安全、方便和防止环境污染等目的。这是近20年发展迅速的一种化学实验的新方法、新技术，其具有很多“微特征”，如仪器微型化、试剂微型化等，正常实验过程中微型化学实验用量要比常规化学实验节约90%以上。微型化学实验具有省原料、少污染、快速、安全且便携等特点，但并不是单单地缩减了常规实验试剂用量，而是要在微量化的条件下对化学实验进行重新设计、再表现，从而达到用最少的试剂来获得更多的化学信息的目的。

实践证明，在化工实验过程中，采用微型实验所带来的经济效益和环保效益是非常可观的。陈耀祖先生提出：“采用微型化学仪器可以节约试剂和时间，并得以训练学生细心操作的技巧，使教学者得以在有限学时之内、有限经费条件下完成实验教学的要求。所以，应该给予支持和鼓励，使之日臻完善，并加以推广。”从上述的讲话中可知，微型实验不仅仅能够促进经济、保护环境，更能给予学生进行化学实验提供帮助。

3.3 将微波加热技术应用于化工生产中

微波加热技术，是微波能使物料中极性分子与微波电磁场相互作用的结果，在外加交变电磁场作用下，物料内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而交变取向，如此众多的极性分子因频繁相互摩擦损耗，是电磁能转化为热能。这是20世纪80年代兴起的一项有机合成技术。传统的外来加热方法是由外来的热能的辐射、传导和对流来进行的，而微波加热技术是通过偶极分子旋转和离子传导两种机理来实现的，分子偶极是以每秒24.5亿次的高速旋转，在旋转过程中产生损耗、摩擦进而实现转变，因为分子偶极旋转是在物质内部进行的，所以也叫做内加热。内加热具有加热速度快、反映敏捷、受热表面均匀等特点。所以，无论对于有机干反应和湿反应，都可以大大提高反应效率。此外，现如今的反应装置简单，而且操作方便，具有反映速度快、出产率高、产物易纯化等优点。

3.4 将化工实验与有机技术相结合

有机合成技术是指以农药、医药和一些功能性化合物为典型的化工用品，这些化工品具备结构复杂的有机化合物，化工产业的高效产量表明了化工有机化学积极作用，有机合成技术是获取相关化工物品最便捷的方式。有机合成技术和化工产业有着密切的联系，在化工有机合成的目的上和方向上，都是在一定程度的时间内，利用固定的资源和手段，以环保、经济、便捷为渠道，进而生产出价优、质优等化工产品。

3.5 将生物催化技术引入化工实验中

生物催化技术具有选择性高、环境好、污染低等优势，生物催化技术是仅次于医药技术和农业生物技术，能做到化工实验过程绿色化和经济化的主要支撑，生物催化就是在绿色化学理念中孕育而生的，而且技术相对其他新的技术成熟，所以生物催化作为现如今化工实验主流技术之一。

4 结语

现如今化工用品已成为人类生活中必不可少的生活用品。而化工实验是化学发展的重要渠道之一，只有通过不断的实验，经过反复的推敲，才能呈现更好的化工产品。但是，化工试验所带来的负面影响也是非常大的，绿色化学理念的推出有效地控制了化工业负面影响，只有不断地加深人类对绿色化学的理念，才能真正做到人与自然共存的局面。

[1]杨连利,王云芳,杨振,等.化工原理实验室建设的改革与实践[J].大学化学,2010,25(4):117-118.

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[3]颜红侠,黄英,张秋禹.建立绿色化学的理念，深化精细化工实验改革[J].高校实验室工作研究,2013,10(7):143-150.

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Study on Chemical Experiment Reform and the Application of Green Chemistry Concept

Pu Yan-ling
(College of Chemical and Biological Engineering, LanZhou JiaoTong University, Gansu Lanzhou 730070)

Since the reform and opening-up of our country, along with the continuous development of national chemical technology, now our country chemical technology has been ranked in the forefront of the world, chemical products and people's daily life has a close relationship, especially with some high quality requirements and the structure of complex chemical materials and chemical products. Chemical experiment involves a very wide range, such as materials, pesticides, pharmaceuticals, fuel and other industries, the modern world is in constant research and development of chemical processes, which resulted in a large area of chemical pollution. With the continuous development of society, the concept of environmental protection of the country and the people is getting stronger and stronger, and the green chemistry idea is also pregnant. Based on this, this papermainly studied the chemical experiment reform method, and the idea of green chemistry into the chemical experiment.

Chemical experiment reform; Green chemistry concept; Environmental pollution; Strategy

O6-2

A

2096-0387（2016）04-0069-04

蒲艳玲（1970-），女，甘肃陇南人，本科，高级工程师，研究方向：化工实验。