绿色化学技术实验教学内容改革与实践*

贺有周，傅　敏，王崇均，王小平，杜若愚

(重庆工商大学环境与资源学院，重庆　400067)



绿色化学技术实验教学内容改革与实践*

贺有周，傅敏，王崇均，王小平，杜若愚

(重庆工商大学环境与资源学院，重庆400067)

绿色化学技术实验是在绿色化学的思想指导下，用预防化学污染的新思想和新技术对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。针对绿色化学技术实验教学中存在的问题，提出绿色化学技术实验教学改革思路。实验教学应通过建立具有绿色化学理念的实验教学队伍，加强实验教学硬件条件，更新或增加绿色化学技术实验项目，达到培养具有绿色环保意识和实践创新能力的高素质复合应用型人才的目标。实践证明，改革取得了较好的效果。

绿色化学技术，实验教学，教学改革，绿色环保

实验教学是高等教育体系的重要组成部分，是对学生进行科学实验训练、深化理解课本内容、提高学生动手和创新能力的重要环节。实验教学是培养具有工程实践能力和创新能力的实验技能的基础，在应用型高素质专门人才培养过程中显得尤为重要。然而，当今实验教学过程中周边环境往往被忽视，实验过程中的物质、资源没被充分利用，实验过程产生的“三废”物质大部分直接外排。这种缺乏环境意识的实验教学模式对培养具有绿色环保意识和实践创新能力的高素质复合应用型人才是极其不利的[1]。

绿色化学技术实验是在绿色化学的思想指导下，用预防化学污染的新思想和新技术对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。环境保护和资源利用协调发展离不开绿色化学技术。在生态文明建设中，环境保护与资源利用协调发展已成必然。要实现在资源利用过程中尽量减少污染物的产生，在污染物处理过程中尽量获得可利用的资源和能源，就必须发展绿色化学技术。绿色化学技术是包含原料绿色化、溶剂绿色化、催化剂绿色化、剂量绿色化、反应绿色化、产物绿色化等在内的一系列化学技术，是解决环境污染和资源循环利用的关键技术[2]。尽管环境保护与资源利用协调发展是一个复杂的系统工程，涉及的专业门类多、技术范围广，但其关键在于创新和发展环境保护和资源利用中的各项技术，尤其是绿色化学技术。因此，开展绿色化学技术实验教学的研究与实践对于有效促进现代实验教学改革和培养具有绿色环保意识和实践创新能力的高素质复合应用型人才极其重要。

1　绿色化学技术实验存在的问题

结合国内现状，我们发现绿色化学技术实验教学存在一些问题，这些问题有全国其他高校面临的共性问题，也有各校自身的一些特点，这些问题主要体现在以下几方面[3-5]：

(1)实验教学人员的绿色化学思想观念薄弱

目前，我国部分实验教学人员的环境保护意识还十分薄弱，在实验过程中用到大量化学试剂，包括许多有毒试剂和致癌物，甚至认为实验室产生的污染对环境来说算不了什么。从而出现了许多实验室把化学废物直接倒入下水道、垃圾道，气体废物直接排入大气等的现象。没有清楚的意识到在化学反应中产生有害气体会直接影响实验教学人员和学生的身体健康，而排出的废液和废渣，若不经处理而直接排放到下水道或垃圾箱中，将会污染环境，直接或间接地危害人类健康。

而推行绿色化学技术实验，对授课老师自身素质和教学实验水平提出了更高的要求。实验教学人员必须增强环境保护意识，树立绿色化学的思想观念，掌握源头控制与三废处理的技术。

(2)实验教学硬件条件仍需加强

开展绿色化学技术实验项目必要的仪器设备(如微量化反应实验装置、超声技术实验装置，微波反应器等)数量、台套数不多，导致部分实验无法正常开展；仿真实验软件的数量不够或者质量低下，导致计算机多媒体辅助教学模拟化学实验的效果不够理想。

(3)绿色化学技术实验项目不足

由传统的化学技术实验室向绿色化学技术实验室转型过程中，由于实验教材更新速度较慢和实验教学人员重视程度不够，导致绿色化学技术实验项目不足，极大的影响了绿色化学技术实验的开展。并且还存在着传统化学实验室不可避免的消耗许多药品和大量的水资源，特别是对一些使用昂贵试剂的实验；易发生爆炸的实验；必须采用有毒，有害试剂，并在整个实验中排放较多有毒气体、有毒废水，给师生身体健康带来极大危害且对环境造成污染的实验；这些极不符合可持续发展的绿色环保理念。

(4)实验后的“三废”进行无害化处理不到位

化学试剂库房及实验室通风系统不良好，没有配置尾气净化设备，废气向周围环境中随意排放；废水收集及废渣废物处理没有专门的设施，再加上请专门的公司进行处理其费用昂贵，存在偷排的情况。

(5)学生重视程度不够

由于大多数高校没有开设绿色化学理论课程，导致学生对绿色化学思想不是很了解，对绿色化学知识的没有充分掌握，在实验过程中不能很好应用绿色化学的理念去思考和解决问题。

2　绿色化学技术实验的探索与实践

(1)建立具有绿色化学理念的实验教学队伍，浓厚绿色化学技术实验教学改革氛围

对实验教学人员进行绿色化学相关理论知识培训，要求熟悉绿色化学的基本原理和技术，增强环境保护意识，树立绿色化学的思想观念，熟练掌握化学实验产生“三废”的处理方法，将绿色化学理念融入到实验教学和实验室日常管理工作中，以高度的责任心，科学、规范地指导好实验和做好实验室管理工作，共同营造和浓厚绿色化学技术实验教学改革氛围。同时，将实验教学人员的激励机制与考核方式与“绿色”相挂钩，从而力求实现实验室化学反应全过程的清洁控制。

(2)配套相关仪器设备及教学软件，满足绿色化学技术实验教学需要

为满足绿色化学技术实验项目开设的需要，优先保证仪器设备经费，用以购置绿色化学技术实验项目必要的仪器设备，如微量化反应实验装置、超声技术实验装置，微波反应器等，确保绿色化学技术实验项目能够顺利开设。购置相关仿真实验软件，建立了虚拟仿真实验室，让学生在计算机屏幕上所做实验达到身临其境的感受，最大程度地减污节能，达到了化学实验绿色化。

(3)依据绿色化学技术实验项目的设计思想，更新或增加绿色化学技术实验项目

根据绿色化学的原则，绿色化学技术实验项目的设计思想主要体现在：(1)原料绿色化：选择无毒或毒性较小的试剂及利用可再生资源如生物质作试剂；(2)溶剂绿色化：尽量选择水作溶剂，避免有毒有害和挥发性有机溶剂的使用，特别是卤代烃类溶剂的使用；(3)剂量绿色化：化学反应所需试剂、溶剂、催化剂的用量在保证实验效果的前提下，要达到实验剂量最小化；(4)催化剂绿色化：采用无毒无害无腐蚀性的物质作催化剂；(5)化学反应绿色化：选择不产生“三废”的原子经济反应；(6)产物绿色化：反应的生成物(产物和副产物)无毒无害，是环境友好产品(图1)。

图1　绿色化学技术实验项目的设计思想

依据绿色化学技术实验项目的设计思想，从绿色环保角度改造传统的实验教学内容，充分考虑试剂和产物的毒性以及整个实验过程所产生的“三废”对环境的污染情况，剔除毒性大的实验项目，与此同时，通过寻找替代性试剂、溶剂、催化剂，推广微量、半微量或减量化实验，采用微波、超声波降解、高级氧化、酶反应、催化等新技术，实施虚拟仿真实验，更新或新设置了一系列典型绿色化化学技术实验项目，不仅培养了学生的绿色环保意识，而且让学生了解并掌握了化学实验技术发展趋势和前沿技术在环境保护与资源利用中的应用。

更新或新设置了一系列典型绿色化化学技术实验项目，比如：减少“正溴丁烷的合成”、“乙酸乙酯的合成”、“肉桂酸的合成”等实验中反应原料的用量，在保证实验效果的前提下，达到实验剂量最小化；更新或新设置“茶叶中咖啡因的提取”、“大黄中蒽醌类成分的提取、分离与鉴定”、“薯蓣皂苷元的提取、分离和鉴定”等原料绿色化的实验项目；更新或新设置“邻苯二甲酸酯的微生物降解”、“光催化降解水体中有机污染物亚甲基蓝”、“无双氧水无辐照泡凤爪工艺与质量控制实验”等反应绿色化的实验项目；更新或新设置“乙酰水杨酸(阿斯匹林)的合成”、“环己烯的绿色催化合成”、“淀粉糖浆的酶法制备及其葡萄糖值的测定”等催化剂绿色化的实验项目；更新或新设置“餐饮废油再生利用实验”、“应用分子蒸馏技术处理废油”、“实验室废气活性炭纤维净化及分析”等产物绿色化的实验项目。

将传统的化学技术实验项目改造为绿色化学技术实验项目，以“阿司匹林合成实验”为例，其经典合成方法是使用乙酸酐在硫酸催化下对水杨酸酰化，其副反应使产品色泽深且不利于提纯，废酸液更会对环境带来严重污染。离子液体因绿色化学的兴起而成名，其作为催化剂不仅表现出环保方面的优势，而且可以增强催化效率，提高产品质量。如将氨基酸离子液体代替硫酸应用于催化合成阿司匹林，取得了较好的效果；采用无水碳酸钠作催化剂，以微波合成法合成乙酰水杨酸的反应速率比用浓硫酸作催化剂的加热合成法的反应速率快数十倍，产率和纯度均较高，环境污染小，避免浓硫酸造成的设备腐蚀和操作的不安全因素，适合21世纪绿色合成，经济环境可持续发展的要求。我们将离子液体和微波合成法用于阿司匹林的合成，并与经典制备方法比较，让学生形象具体地认识绿色化学理念。

(4)以绿色化学理论为指导，全力打造绿色化学实验室环境

改造化学试剂库房及实验室通风系统，配置尾气活性炭净化设备，进一步完善废水收集及废渣废物处理设施，尽量减少实验室污染物的排放和堆积，科学处理废弃物和污染物，增强广大师生环境保护意识，努力打造一批环境友好型实验室。

(5)培养学生绿色环保意识，树立绿色化学的思想观念

在实验教学中，教师适时灌输绿色化学思想，让学生充分理解和接纳绿色化学知识；教导学生依据“5R”原则来考虑和解决化学实验中出现的污染问题，做到实验药品的减量化、循环或回收再利用，选择污染少、装置简单、产物易分离、安全性高的实验方法，在无法避免使用或产生有毒有害物质时，必须采取有效的保护和消害处理措施；引导学生观察和认识生活、生产中的绿色化学现象，巩固和加深绿色化学知识，树立绿色化学的思想观念。

3　实践效果与展望

通过近3年的改革与实践，目前已经形成了较为固定的绿色化学技术实验教学内容，进一步完善了绿色化学技术实验教学条件，提高了实验教师的绿色化学技术实验的教学水平，培养了学生绿色环保意识、树立了绿色化学的思想观念。在今后的工作中，我们将在实践中不断完善教学内容，增强学生应用绿色化学的基本原理和技术解决实际问题的能力，从而实现培养具有绿色环保意识和实践创新能力的高素质复合应用型人才的目标。

[1]杨延梅. 提倡绿色化学实验，推动实验教学改革[J]. 高校实验室工作研究，2011(2):3-4.

[2]杨天林,杨文远,倪刚. 改革实验教学，走绿色化学之路—以无机化学实验教学为例[J].实验技术与管理，2012(4):17-20.

[3]殷馨,王海文. 探索绿色化学之路改革化学实验教学[J]. 化工高等教育，2014(1):64-66.

[4]周成勇. 树立绿色化学观念改革化学实验教学[J]. 长治学院学报，2008(5):76-79.

[5]刘根起,韩玲,张诚,等. 非化学化工专业开展绿色化学教育的改革实践[J]. 化工高等教育，2004(3):24-26.

Reform and Practice on Green Chemistry Technology Experiment Teaching*

HE You-zhou, FU Min, WANG Chong-jun, WANG Xiao-ping, DU Ruo-yu

(College of Environment and Resources, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, China)

Green Chemistry Technology Experiment was to prevent pollution at the very beginning. With respect to the issue occurring in Green Chemistry Technology Experiment, a reforming speculation was proposed. Experimental teaching through the establishment of experimental teaching team with the concept of green chemistry, strengthening experimental teaching hardware conditions, updated or added to green chemistry technology pilot project, was to cultivate green environmental protection awareness and innovative ability of high-quality compound applied talents target. Practice proved that reform had achieved good results.

Green Chemistry Technology; experimental teaching; teaching reform; green environmental protection

重庆工商大学教育教学改革重点项目(130106)；重庆工商大学教育教学改革一般项目(2016年)。

贺有周(1984-)，讲师，主要从事化学、材料科学与工程及环境科学方面教学与科研工作。

G642.0

B

1001-9677(2016)014-0205-03