绿色化学理念下精细化工工艺学课程教学改革

戴润英，王义华，魏玲，刘光斌，刘倩，黄忠，龚磊，黄喜根，卢丽敏

（江西农业大学理学院，江西南昌330045）

绿色化学理念下精细化工工艺学课程教学改革

戴润英，王义华，魏玲，刘光斌，刘倩，黄忠，龚磊，黄喜根，卢丽敏

（江西农业大学理学院，江西南昌330045）

精细化学品带给人类便利的同时也造成了环境污染。将绿色化学理念贯穿于精细化工工艺学课程教学各环节中，培养学生的绿色化学理念和增强学生的环保意识是实现精细化工绿色化的最基本保障；优化改革课程教学内容，将课程内容绿色化、课堂教学与虚拟仿真教学相结合，使培养学生的方式丰富化、培养学生的内容实用化，并提高学生的实践技能水平；完善课程考核体系，使学生开放思维、大胆创新，凸显绿色化学理念。

绿色化学；精细化工工艺学；实践教学

精细化工工艺学是一门实用性很强的学科，是应化、化工、食工等专业必须修读的专业课程。精细化学品带给人类便利的同时，也对人类社会产生了“双刃剑”效应，造成环境污染。随着社会的可持续发展和公众环保意识的增强，作为新世纪化学的“绿色化学”能从端源上解决传统化工带来的环境污染问题。将绿色化学理念贯穿于精细化工工艺学课程教学的各环节中，培养学生的绿色化学思维，提高学生的绿色化学实践能力是绿色化学教育的重要途径，也是国内外化学专业课程教学改革的重要目标之一。

绿色精细化工指在生产过程中或产品生命周期中均对环境无危害。其包含两层意思：一是整个生产过程或工艺符合绿色化学原则，即原料的充分利用，原料和产品与环境和生态系统相容，循环工艺的运用，工艺的清洁性及周期性；二是高新技术和先进设备的应用，即借助先进的技术设备实现绿色化，如超临界流体技术、超声技术、仿酶催化技术、微波技术、基因工程技术和膜技术等[1，2]。笔者选用《精细化工工艺学》（第3版，化学工业出版社出版，宋启煌主编）教材，在绿色化学大背景下对该课程进行教学改革与实践如下。

1 培养绿色化学理念，增强学生环保意识

环境问题是伴着现代工业革命发展而产生的，随着人口增长和先进文明的出现，气污染、水污染、固体废弃物污染日益严重。若任其发展下去，人类将自食其果。绿色化学不仅是一种预防污染的化学理念，还是一种新的思维方式，培养学生的绿色化学理念是实现化工绿色化的最基本保障。只有将绿色化学的理念融入课程教学的各环节中，学习绿色化学知识，增强环境保护意识，形成绿色化学思维方式，才能提高学生的绿色化学实践能力。教师应充分利用绿色化学的特点和相关知识，通过设计特定课程教学过程使学生逐渐产生绿色化学理念，形成绿色化学的思维方式。例如，在涂料这一章节，涂料按剂型分类可以分为溶剂型和水性涂料。溶剂型涂料是以有机溶剂为分散介质，具有色泽鲜亮、光泽性强、挥发速率可控的优点，但VOC（挥发性有机化合物）的排放量是衡量其对人体及环境的有害程度[3，4]。本着绿色化学理念，降低VOC排放量是研究溶剂型涂料的瓶颈问题。让学生在获取化学专业知识的同时受到良好的绿色化学教育，清醒地认识到环保的重要性、必要性和紧迫性，一定程度上培养学生的社会责任感。

2 优化改革课程教学内容

2.1 课程内容绿色化

精细化工工艺学课程涵盖内容广、涉及知识面宽（包括表面活性剂、合成材料助剂、食品添加剂、黏合剂、涂料、香料、感光材料和化妆品等领域[2]）。例如，在表面活性剂这一章节，阴离子表面活性剂的用量最大，可用作食品乳化剂、农药悬浮剂、织物整理剂、日用品润湿剂、起泡剂和杀菌剂等。传统的碳氢阴离子表面活性剂降低溶液表面张力能力低，如十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度和表面张力分别为8.3×103mol/L和40.8mN/m[2]。而有机硅阴离子表面活性剂既具有有机硅表面活性剂的低表面张力，又具有阴离子表面活性剂的高表面活性，与各种表面活性剂配伍性好，用作农药表面活性剂可有效减少农药用量，降低对环境污染[5，6]，如有机硅羧酸钠的临界胶束浓度和表面张力分别为4×103mol/L和17.87mN/m，主要是由于有机硅表面活性剂分子中存在双疏水链段的聚二甲基硅氧烷和三甲基硅烷[7]。制备有机硅羧酸钠所采用的原料是有机硅厂的副产物和废弃物，“变废为宝”是化工绿色化的完美体现。再如，在合成材料助剂这一章，材料作为21世纪的三大支柱产业之一，材料的品种、质量、性能及产量是衡量一个国家是否发达的标志。三大合成材料（塑料、橡胶和纤维）的迅速发展，给人类生活带来众多便利，同时也给环境也带来许多的负面效应[8]。“白色污染”是分子量很大（数万或十万）且结构稳定的高聚物（如聚氯乙烯）制成的各种塑料制品，塑料废弃物难以分解或自然降解，威胁人们赖以生存的环境，破坏自然界生态平衡[9]。目前，“白色污染”已影响到农业生产，我国目前使用的农用地膜，经老化后碎片残留在土壤中，难降解的塑料地膜在土壤中形成阻隔层，使肥料被阻隔，水分和养分也受阻，致使作物减产严重和土壤环境恶化。材料助剂的添加就可使问题迎刃而解。在玉米淀粉改性的低密度聚乙烯中加入助剂纳米二氧化钴作光敏剂，可制备光催化降解的塑料包装袋，而且抗拉伸强度高[10]。课程内容绿色化，让学生对绿色化的必要性有一个基本的、直观的意识。

2.2 课堂教学与虚拟仿真教学相结合

目前，常采用的课堂教学是讲授法和多媒体课件相结合的方法。但是，精细化工工艺学是一门实践性很强的专业课程，精细化学品的生产工艺流程仅是课堂教学不足以让学生完全掌握所学，工厂实习的实践教学是提升学生专业技能的最佳方式。但化工厂生产过程中多涉及易燃、易爆、有毒及强腐蚀性物料，为防止火灾、爆炸、中毒等事故发生，学生在化工厂实习时往往走马观花，实习效果不佳，加之该课程学时数有限，无法满足每位学生亲自动手操作。虚拟仿真教学利用半实物、全数字化动态模型及3D虚拟现实仿真技术，能深层次地揭示教学内容，为学生提供安全、经济的培训条件，同时使学生能在虚拟的学习环境中如临其境，有利于提高学生的专业技能，弥补学生在化工实习环节中“只能看，不能操作”的不足[11]。采取课堂教学与虚拟仿真教学相结合，使学生在有限的时间内，可以对精细化学品生产工艺流程、工厂实习进行高效集中的综合实践训练，借助虚拟仿真这一经济有效手段，使培养学生的方式丰富化、培养学生的内容实用化，增强学生的感性认识，提高学生的实践技能水平。

3 完善考核体系，凸显绿色化学理念

传统的课程考核以闭卷考试的方式，硬背的知识点较多，这种方式禁锢学生的思维。精细化工工艺学课程考核评价应以环保为核心，凸显绿色化学理念。考核方式可以开放些，让学生根据所学理论知识，围绕绿色精细化工的主题，自由设计某种精细化学品的生产工艺流程，给其足够的自主权，让其开放思维，大胆创新。评价标准应重点考虑学生的设计过程中，原料利用率是否高，反应条件是否绿色化，反应过程中“三废”处理是否合理，技术和设备是否先进等，重点突出绿色化学的理念。

4 结语

培养学生的绿色化学理念和增强学生的环保意识是实现精细化工绿色化的最基本保障，也是提高学生绿色实践能力的前提；优化改革课程教学内容，将课程内容绿色化、课堂教学与虚拟仿真教学相结合，使培养学生的方式丰富化、培养学生的内容实用化并提高学生的实践技能水平；完善课程考核体系，使学生开放思维、大胆创新，凸显绿色化学理念。

[1]胡玉林.绿色化学理念下的精细化学品化学和精细化工实验教学探索[J].绿色科技,2014,31(8):331-334.

[2]宋启煌,王飞嫡.精细化工工艺学[M].广州:化学工业出版社,2013:1-403.

[3]刘光勇,温火生.低VOC净醛溶剂型木器涂料研究[J].涂料工业,2009,39(9):10-13.

[4]丁宝维.溶剂型涂料企业VOC排放整改设计[J].涂料工业,2016,46(7):51-53.

[5]幸松民,王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京:化学工业出版社,2000:834.

[6]王楠,张桂菊,赵莉,等.表面活性剂的性能与应用——表面活性剂的分散作用及其应用[J].日用化学工业,2014,44(12):666-671.

[7]戴润英,游胜勇,王文敏,等.有机硅羧酸钠表面活性剂的合成及其应用研究[J].江西师范大学学报(自然科学版),2015,39(6):561-565.

[8]田大听.绿色化学理念在高分子化学教学中的渗透[J].中国科技信息,2008,20(3):212-213.

[9]李芳蓉,童丹.白色污染的危害及其绿色化治理对策[J].江苏教育学院学报(自然科学版),2013,29(3):39-45.

[10]陈晖.一种光催化降解塑料包装袋的制备方法[P].CN:106146970A,2016-06-28.

[11]宋建争,李建军,张永强.化工虚拟仿真实验教学探索与实践[J].教学研究,2014,37(3):107-109.

Teaching Reform of Technology of Fine Chemicals based on Concept of Green Chemistry

Dai Run-ying,Wang Yi-hua,Wei Ling,Liu Guang-bin,Liu Qian,Huang Zhong,Gong Lei,Huang Xi-gen,Lu Li-min
(College of Science,Jiangxi Agricultral University,Jiangxi Nanchang 330045)

The green chemistry concept applied to the Technology of Fine Chemicals courses teaching,which is due to the fine chemicals not only bring human convenience but also cause environmental pollution problems.It is the basic protection of realizing the fine chemical greening to cultivate students′ green chemistry concept and to enhance students' environmental awareness.It makes the cultivated students' way enrichment,causes the cultivated students'content practical and improves the students' practical skills to optimize the teaching content,to make the course content greening,to combine classroom teaching and virtual simulation teaching.Improving the curriculum assessment system makes that students open thinking and bold innovation,which highlights the concept of green chemistry.

Green Chemistry;Technology of Fine Chemicals;Practical Teaching

G642.4

A

2096-0387（2017）03-0077-03

江西农业大学教研项目（2014B2ZC07）；江西省教育厅教研项目（JXJG-09-4-6）。

戴润英（1983-），女，江西泰和人，博士，讲师，研究方向：精细化工工艺学和高分子化学教学。