以“绿色化学”为主题的新型有机化学实验室建设的探索与实践

黄宏妙 张强 郭占京 卢澄生

[摘 要] 以绿色化学的“5R”原则为指导，在教学实践中通过对学生教育、改革实验内容、实验室废弃物处理等三方面来考虑和解决化学实验中出现的污染问题，减少实验对环境的污染。经过实践，初步构建了以绿色化学为指导，对环境无显著毒副作用的绿色化学实验室。

[关键词] 化学实验室;绿色化学;改革

[基金项目] 2018年度广西中医药大学青年骨干教师培养（04B1805820）;2019年度广西中医药大学教改课题（2019A001，2019A020）

[作者简介] 黄宏妙（1980—），女，广西玉林人，化学工程硕士，广西中医药大学药学院副教授，主要从事高校化学理论与教学研究;郭占      京（1979—），男，河北保定人，化学工程博士生，广西中医药大学药学院副教授（通信作者），主要从事高校有机化学理论与      教学研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）34-0373-02    [收稿日期] 2019-10-16

我校的有机化学实验课和理论课一样，是一个相对独立的基础教学环节，通过有机化学实验课，一方面是验证，把理论的东西，再回到实践来，使学生获得感性知识，进一步理解、掌握有机化学的原理、物质的制备和性质等;另一方面，通过实验可以培养学生观察、思维、独立操作以及分析问题、解决问题的能力，同时也培养学生实事求是和严肃认真的科学态度和良好的实验习惯，为学生打下良好的工作基础。我校的有机化学实验室对全院药学生及部分医学生开设有机实验，如何顺应社会发展实行实验室绿色化，我校的设想是构造污染物零排放的绿色化学实验室，既防止排放的物质对生态环境造成严重污染，也可最大限度防止生成的有毒有害对学生的人身安全造成损害。

一、构建绿色化学实验室的必要性

化学作为一门注重理论和实践高度关联的学科，虽然实验室可以让学生全面提高这两项综合素质，但是任何化学实验都会伴随着产物和副产品的生成，高校化学实验产生有毒有害物质的实验更加常见，既容易对学生的人身安全形成威胁，若不合理处治这类产物，也会对环境造成严重的污染。目前我国境内的大量高校不注重对实验室有毒有害物质进行处理，随意排放后产生环境的安全威胁，此外近些年化学专业的报考比例稳步提高，学生数量增加后，实验室的使用频率必然上升，后果就是环境污染型生成物的总量上升，造成的环境污染更为严重。绿色化学实验室的建设目的就是最大限度消除这类污染物质，通过对于有毒有害和具备环境污染性物质的高效全面处理，让学生受到的安全威胁降低，同时也可防止生成的有毒有害气体、液体和固体形成空气污染、土壤污染和地下水污染等问题，全面充分确保对学校周边以及整个生态系统进行全面保护[1]。

二、构建绿色化学实验室的途径

（一）帮助学生树立绿色化学思想，强化学生操作规范

绿色化学思想要让学生了解“5R”原则，只有具备这一思想的情况下，才能够让学生具备化学实验中的可持续发展意识、绿色化学意识和化学原子经济意识。绿色化学思想意识的培养中要让学生掌握各类新型的化学实验技能，该项工作除了理论讲解，教师也要履行职责，可通过演示等方法加深学生印象。此外绿色化学实验室已经具备了室内环境保护和维持功能，要求教师充分讲解所有设备的操作方法和隐患酿成的后果，要求所有的学生都能够正确操作实验室中的設备，唯有如此教师才可让学生投入到实际的实验项目。

我校有机化学实验第一节课，在讲解实验室守则时，将绿色化学教育贯彻于实验室守则中。如守则中明确要求，所有产物必须经教师检查后回收;又如，将大部分实验更改为微量实验，减少药品用量。

（二）精选实验内容和改进实验方式

教学内容选择升级的前提是教学质量保障与教学目标达成，而绿色化学实验理念成为整个体系的保障思想，对实验方式进行改进，在绿色化学原则的指导下尽量减少对环境的污染。

1.选择对环境影响小或有毒药品可被替代的实验。理论作为所有化学实验的指导性管理体系，只有在学生掌握理论的情况下，才需要通过实验加深印象，考虑到学生的在知识验证中出现误操作的概率提高，所以要尽量选择对环境影响较小且操作更加安全的药品。替代药品的选择前提是能够获取同一个实验成果，同时实验现象、操作流程方面和被替代的药品使用相似，才能够通过实验提高学生知识掌握水平。此外要严格分析生成“三废”的处理难度，在学生经过长时间的学习后，甚至可让其讨论替代的药品，不但创建了绿色化学实验室，也让学生可将知识活学活用。如本校在熔点测定实验中，原来一直使用浓硫酸作为浴液。浓硫酸具有强腐蚀性，当沾染杂质时易变黑，影响熔点观测，故浓硫酸变黑后只能更换，更换下来的浓硫酸对环境污染大，后续处理困难。在绿色化学原则的指导下，实验室现阶段的熔点浴液全部更换为甲基硅油。甲基硅油具有卓越的耐热性，能够作为测熔点的热载体，且化学性质稳定，耐氧化稳定性和耐候性好，故在使用过程中只需添加损耗的甲基硅油即可，无须频繁更换。

2.改用仪器实验代替常规实验。传统化学实验严重依赖试剂和溶液，而在当前开发的多种新型实验仪器操作中，可变更这一现状，大幅降低了对试剂的使用量。比如传统的熔点测定实验要消耗大量浓硫酸（约50ml/人）及测试样品。在绿色化学原则的指导下，实验室现阶段采用微量熔点测定仪进行熔点测定实验，仅消耗样品（2mg/人），不消耗试剂。这一方法在降低实验成本的同时，缩短了检测时间和消耗的能源总量，并大幅降低环境污染，同时，使用仪器分析顺应社会发展需求，为学生就业提供了新的技能。

3.制作多媒体实验。某些实验教学大纲要求学生掌握，但是实验生成物毒性较大、预防措施作用有限或者“三废”难以处理时，则可考虑不让学生参与到具体的实验中，而是通过使用多媒体设备让学生了解实验流程、实验方法等内容。如本校根据实验内容，将部分专业的有机化合物鉴别实验，性质验证实验调整为演示授课，让学生在计算机上进行模拟实验，既可以让学生看到相关化合物的鉴别过程，又减少了试剂消耗及废弃物排出。

4.开展半微型化学实验。一些实验要求学生必须掌握，但是不但本身具备较高危险性，同时由于消耗的药品较多，且生成物难以处理，不符合绿色化学实验室的运行原则，这类实验课考虑使用“半卫星实验技术”降低污染物生成量，并降低实验中的能耗和药品成本。这一方法的指导思想是大幅降低实验药品的使用量，通常情况下是原有使用量的1/3到1/2，同时要求学生在掌握实验原理和知识点的内涵后，自主或半自主分析对于其余反应物的投入量，并研究实验条件是否也要被优化和改变。作用方法上来看，这一实验指导思想并非对实验药品的简单减半，而是要同时考虑多个因素，既能够降低实验过程中相关副产物的生成量，产物毒性处理和控制工作难度也适当下降，同时符合绿色节能原则。可以说这一原则的落实中，能够全面深度满足绿色化学实验室的各项建设目的，深度符合我国提出的各项环境保护要求[2]。

（三）实验室废弃物的处理

废弃物的处理综合处理办法体系包括分类收集、回收利用、合理存储等多种方式，同时一些所谓“废弃试剂”可被回收使用。如熔点测定污染的大量浓硫酸，我们可以尝试使用硝酸钾消色，也可以尝试以被污染的浓硫酸为合成试剂进行合成反应，增加合成实验的操作难度。通过这种形式，让学生自主或半自主参与到废弃物处理制度的制定方法与发展原则，让学生可以更好总结对于各类废弃物的处理方法，让学生的实践能力获得自主性提高，为其后续的学习、发展以及就业过程夯实基础，使学生切身感受目前化学工业的发展路径与“5R”精神的使用方法与获取的成效。

三、结语

高校绿色化学实验室的建设是环保要求、师生安全保障、高校实验室运行成本降低等多方面要求的统一实施路径，所以对其的建设有很高的必要性，建设过程要采用不同手段减少污染物的产生，主动地减少和消除实验室的化学污染，开展实验教学的绿色化改革是势在必行的。为了顺应时代要求，尽量达到绿色化学倡导的零污染或零排放，本校经过实践，初步构建了以绿色化学为指导，对环境无显著毒副作用的绿色化学实验室。

参考文献

[1]孙宏.有机化学实验教学中绿色化学教育的实践[J].高师理科学刊，2008，28（3）：28-29.

[2]杜群.高校化学实验室绿色化建设研究[J].硅谷，2013（2）：133.