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化學(xué)實驗的綠色化
化學(xué)實驗的綠色化1
當(dāng)今,化學(xué)的發(fā)展非常迅速.化學(xué)的發(fā)展在不斷促進人類進步的同時,在客觀上使環(huán)境污染成為可能.一些著名的'環(huán)境事件多數(shù)與化學(xué)有關(guān),諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營養(yǎng)化等;綠色化學(xué)是應(yīng)對挑戰(zhàn)的必然.
化學(xué)實驗的綠色化2
化學(xué)是一門實驗性很強的科學(xué)。高等學(xué)�；瘜W(xué)、化工、生物、食品、材料、水利等專業(yè)的本科課
程均設(shè)置有較多的化學(xué)(含無機、分析、物化、有機、高分子等)或普通化學(xué)課程及相關(guān)實驗課程，各本科/研究生專業(yè)畢業(yè)論文中均會涉及較多的化學(xué)實驗。因此，加強各本科/研究生畢業(yè)論文的實驗教學(xué)指導(dǎo)尤其是化學(xué)實驗指導(dǎo)，是培養(yǎng)高素質(zhì)人才和提高教學(xué)指導(dǎo)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。目前，大學(xué)本科/研究生專業(yè)畢業(yè)論文的化學(xué)實驗設(shè)計系統(tǒng)，實驗任務(wù)多，大多數(shù)實驗均采用常量法，所使用、消耗的化學(xué)試劑品種多、成分復(fù)雜，雖然消耗量不及化工廠大，但常常對試劑藥品不進行回收和循環(huán)利用，未經(jīng)處理而直接排放，造成了資源的浪費。而且，本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實驗所使用的試劑常常有毒有害，對人和環(huán)境會造成不利影響和污染。為了減少化學(xué)實驗對學(xué)生、對環(huán)境的影響，培養(yǎng)大學(xué)生尊重生命、愛護環(huán)境的意識，環(huán)境友好、資源節(jié)約型的化學(xué)實驗，尤其是本科/研究生畢業(yè)論文中的綠色化學(xué)實驗，已成為國內(nèi)外高校畢業(yè)論文實驗教學(xué)指導(dǎo)與研究的重要發(fā)展趨勢。
我們長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院擁有電力與交通材料保護湖南省重點實驗室、華中電力集團動力化學(xué)研究中心、基礎(chǔ)化學(xué)湖南省示范實驗室，現(xiàn)有應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、生物工程、食品工程、環(huán)境工程、輕化工程等6個本科專業(yè)，在校本科生1579人，碩士研究生123人。每年的本科/研究生畢業(yè)論文階段，主要集中在36月份，各個實驗室的無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)等常規(guī)實驗及實驗研究項目開展很多，尤其是無機、分析化學(xué)實驗中的試驗性實驗多，很有必要實施實驗綠色化。所以，廣大教師開展了許多綠色化實驗方案設(shè)計，積極指導(dǎo)畢業(yè)論文同學(xué)從小事做起，從自己做起，樹立節(jié)約資源、保護環(huán)境、愛護生命健康的化學(xué)實驗綠色理念。
一、綠色化學(xué)
綠色化學(xué)是美國最早提出的一門新興學(xué)科，它的提出是21 世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展對環(huán)境的挑戰(zhàn)。綠色化學(xué)實驗是指設(shè)計沒有或盡可能小的環(huán)境副作用，并且在試驗技術(shù)上和經(jīng)濟上可行的化學(xué)實驗過程，是一門從源頭上阻止污染的實驗化學(xué)。把綠色化學(xué)理念融于本科/研究生專業(yè)化學(xué)實驗教學(xué)指導(dǎo)中，使綠色化學(xué)成為大學(xué)本科生/研究生化學(xué)教育的一個重要組成部分，是本科生/研究生化學(xué)教育的新課題。作為化學(xué)專業(yè)大學(xué)生/研究生學(xué)習(xí)與從事的主要實驗，化學(xué)實驗中有很多無機化學(xué)、分析化學(xué)實驗，將綠色化學(xué)理念融入其中，實現(xiàn)無機化學(xué)、分析化學(xué)實驗綠色化，使本科生/研究生一開始就在潛移默化中受到綠色化學(xué)的教育，以后運用到有機化學(xué)和物理化學(xué)實驗直至畢業(yè)論文的復(fù)雜系統(tǒng)實驗中實現(xiàn)綠色化，這對培養(yǎng)本科生/研究生科學(xué)的環(huán)境觀、資源觀，提高他們的環(huán)保緊迫感和責(zé)任感，樹立綠色化學(xué)的意識都具有非常重要的意義。
綠色化學(xué)是維護生態(tài)環(huán)境的化學(xué)，從長遠(yuǎn)的發(fā)展觀點看，放棄有污染的傳統(tǒng)化學(xué)實驗，探索傳統(tǒng)化學(xué)實驗的綠色化，是本科生/研究生化學(xué)實驗尤其是畢業(yè)論文實驗研究工作的必然趨勢。近年來依據(jù)綠色化學(xué)理念，長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院指導(dǎo)本科生/研究生在使用化學(xué)藥品時切實遵循5R原則，即：減量使用或盡可能少用(Reduce)、循環(huán)使用(Recycle)、重新使用(Reuse)、再生使用(Regenerate)、拒用危險品(Reject)或采用替代品(replace)。例如，使用到汞的極譜電化學(xué)實驗已于二十多年前被取消了，使用濃酸濃堿的實驗則盡可能減少使用量，并經(jīng)中和處理后再排放。學(xué)院各化學(xué)教研組由教授牽頭，博士積極參與，經(jīng)常就如何實現(xiàn)普通的化學(xué)實驗尤其是本科畢業(yè)論文多程序?qū)嶒炓约把芯可瘜W(xué)實驗的綠色化進行細(xì)致的探討，并總結(jié)經(jīng)驗，進行交流推廣。
二、微型化實驗
近年來，大學(xué)本科/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實驗為了實現(xiàn)節(jié)能減排，適應(yīng)快速合成、高通量篩選等需要，已逐步發(fā)展到快速、集約型、微型化實驗階段，如采用微量進樣器、微量試管和微量反應(yīng)容器，微型實驗已逐漸運用到國內(nèi)外高等學(xué)校的化學(xué)實驗及實驗室管理中。微型化學(xué)實驗一般指以盡可能少的反應(yīng)容器和試劑，來獲取所需化學(xué)信息的實驗原理與技術(shù)。微型化學(xué)實驗的基本特征是：化學(xué)反應(yīng)儀器微型化和化學(xué)試劑使用少量化。微型化學(xué)實驗不是常規(guī)實驗的簡單縮微或減量，而是要在微型化的條件下對實驗進行重新設(shè)計與探索，達到以盡可能少的試劑來獲取盡可能多的化學(xué)信息的目的。用于教學(xué)的微型實驗還需具有現(xiàn)象明顯、便于操作、效果良好、成本低、易于推廣的特點。
在我國，近30年來微型化學(xué)實驗方面取得了可喜的研究成果。杭州師范學(xué)院周寧懷教授為代表，開展了許多化學(xué)實驗微型化的研究，召開了各級微型化實驗學(xué)術(shù)交流會議，編寫了一些微型化實驗用教材，同時研制出一批微型化實驗用儀器等，使化學(xué)實驗微型化不斷深入進行，并在無機、有機、分析、物化、高分子化學(xué)等學(xué)科全面展開，成為當(dāng)今實驗教學(xué)改革的重點。近年來，國內(nèi)各高校如我們長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院逐步改變傳統(tǒng)、粗放型實驗，推廣使用微量反應(yīng)容器，教導(dǎo)學(xué)生尤其是畢業(yè)論文的大學(xué)生/研究生合理安排實驗項目，減少試劑的使用量，既節(jié)省了經(jīng)費開支，又減少了化學(xué)污染物的排放，不僅提高了學(xué)生的實驗技能，學(xué)生也多次獲得湖南省大學(xué)生化學(xué)實驗技能競賽獎，由此推動了學(xué)院的.省級化學(xué)基礎(chǔ)課示范實驗室的建設(shè)與化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。
三、畢業(yè)論文化學(xué)實驗綠色化實踐
(一)逐步開展基于綠色理念化學(xué)實驗的微型化
作為理工科大學(xué)長沙理工大學(xué)的化學(xué)與生物工程學(xué)院，我們逐步開展了基于綠色理念的無機、分析化學(xué)實驗微型化的實踐，其目的是探討實驗儀器微型化和試劑用量減量化，以節(jié)約資源、減少排放。不僅是通過實驗教學(xué)鞏固、加深本科生/研究生對無機化學(xué)基本內(nèi)容、基本理論的理解和驗證，更重要的是通過微型無機化學(xué)實驗加強化學(xué)教學(xué)的素質(zhì)教育作用，培養(yǎng)本科生/研究生綠色意識和精細(xì)化操作能力，使本科生/研究生在化學(xué)實驗中既可以獲得第一手的化學(xué)知識和實驗技能，逐步學(xué)會對實驗現(xiàn)象進行觀察、分析、推理和歸納總結(jié)，又能受到科學(xué)方法和思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)本科生/研究生認(rèn)真求實的科學(xué)態(tài)度和獨立工作及解決問題的能力，跟上當(dāng)今實驗技術(shù)發(fā)展的進程，從而為將來走上工作崗位從事重要開發(fā)研究工作奠定堅實的實驗基礎(chǔ)。并期望把本科生/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學(xué)實驗綠色微型化的經(jīng)驗，在其他學(xué)院的化學(xué)、生物化學(xué)、材料等相關(guān)學(xué)科中推廣應(yīng)用，最終實現(xiàn)本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實驗的全面綠色微型化。
(二)根據(jù)專業(yè)特色進行指導(dǎo)融合
理工科大學(xué)本科生的無機、分析化學(xué)類課程是我校的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。課程組對該類課程進行了較多的前期研究工作�，F(xiàn)在各專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容基本為無機、分析化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，課程組在現(xiàn)階段的教學(xué)過程中已進行了一些融合，根據(jù)專業(yè)的特色進行教學(xué)。本科生的無機、分析化學(xué)系列課程有著豐富的教學(xué)內(nèi)容，該類課程有正式出版的教材，有完整的教輔資料，講課和指導(dǎo)實驗的教師隊伍由教授和博士領(lǐng)銜，配備了足夠面積的無機、分析化學(xué)實驗室，實驗室有完備和先進的儀器設(shè)備，課程的實驗課的教學(xué)效果得到了充分的保證，授課內(nèi)容不斷更新，并能與學(xué)科建設(shè)發(fā)展充分地結(jié)合。教師的教學(xué)指導(dǎo)受到學(xué)生的歡迎，在歷次教學(xué)效果測評中，教師均獲優(yōu)良評分。
通過開展基于綠色理念的本科畢業(yè)論文無機、分析化學(xué)實驗微型化的研究，教學(xué)進一步實現(xiàn)了基礎(chǔ)化學(xué)實驗的綠色化，以及在綠色化學(xué)理念的指導(dǎo)下，實行污染預(yù)防全過程控制和實驗操作事故危機處理機制。從教學(xué)指導(dǎo)管理角度出發(fā)，制訂教學(xué)指導(dǎo)計劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等每個環(huán)節(jié)都要考慮保護生態(tài)環(huán)境，從而符合綠色化學(xué)的要求。而且，實際教學(xué)指導(dǎo)過程中，在保證實驗教學(xué)指導(dǎo)效果的前提下，積極、合理地應(yīng)用綠色化的措施，可實現(xiàn)本科/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學(xué)實驗?zāi)酥晾砉た拼髮W(xué)整個化學(xué)實驗的綠色化目標(biāo)。
(三)建立新型人才培養(yǎng)模式
微型無機、分析化學(xué)等實驗是本科/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實驗發(fā)展的方向與趨勢。開放實驗室，樹立創(chuàng)新意識，開展本科生/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學(xué)實驗微型化可使無機、分析化學(xué)實驗明顯地減少實驗對環(huán)境的污染，有效地解決實驗經(jīng)費不足的困難，有利于本科生/研究生綜合素質(zhì)的提高，是培養(yǎng)本科生/研究生創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新能力、實施素質(zhì)教育的有效途徑。
我校是理工科大學(xué)，無機、分析化學(xué)實驗涉及全校十多個本科生/研究生專業(yè)學(xué)位點，畢業(yè)論文實驗涉及面廣。研究發(fā)現(xiàn)，全校在十多個本科生/研究生專業(yè)學(xué)位點進行無機、分析化學(xué)實驗綠色化、微型化實驗教學(xué)指導(dǎo)，實施范圍廣，受益本科生/研究生每年預(yù)計在1500人左右。做好無機、分析化學(xué)實驗綠色微型化教學(xué)指導(dǎo)的研究與實踐可推廣至理工科大學(xué)整個化學(xué)實驗體系，因此在理工科大學(xué)中具有示范效應(yīng)和十分重要的改革意義。
四、綠色化實踐成績與展望
近年來，我們通過本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實驗綠色化研究和實踐工作的努力，在本科生/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學(xué)等實驗的教學(xué)指導(dǎo)中實施實驗綠色化，在人才培養(yǎng)、教研教改等方面取得了一些研究成果，在理工科大學(xué)起到一定的示范效應(yīng)。取得的主要成績?nèi)缦隆?/p>
1.課題組成員在核心期刊《實驗技術(shù)與管理》和《教育教學(xué)論壇》上發(fā)表教研教改論文2篇，還有1篇論文被收入《高等師范院校化學(xué)教育教學(xué)前沿研究》。
2.課題組成員獲得湖南省20xx年教學(xué)成果三等獎1項。
3.我們指導(dǎo)的環(huán)境工程專業(yè)本科生胡靜齡、張云飛等同學(xué)在科研創(chuàng)新實驗項目中能做到化學(xué)實驗綠色化并順利完成該項目，已在《化學(xué)學(xué)報》等國內(nèi)外期刊上公開發(fā)表研究論文2篇，獲得實用新型專利2項;指導(dǎo)張云飛等同學(xué)提出的新型智能燃?xì)鉅t項目，在節(jié)能減排方面獲得長沙市第七屆大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)勝獎最后完成大學(xué)本科學(xué)業(yè)，獲得學(xué)士學(xué)位。
4.課題組成員制作的《無機化學(xué)》和《分析化學(xué)實驗》多媒體課件分別榮獲湖南省高校多媒體教育軟件大賽三等獎、二等獎，指導(dǎo)的本科生/研究生還榮獲了湖南省挑戰(zhàn)杯競賽三等獎。
5.課題組成員和本科生/研究生的實驗論文獲得湖南省精密儀器測試學(xué)會20xx年度學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文獎1項，課題負(fù)責(zé)人獲長沙理工大學(xué)優(yōu)秀指導(dǎo)教師。
然而，由于微型化學(xué)實驗的成套儀器較貴，要完全實現(xiàn)本科生/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學(xué)實驗的微型化，目前還有一些困難。但我們可以在能夠達到實驗?zāi)康牡那疤嵯�，在可能的實驗條件下，通過改造實驗裝置，使之趨于微型化，盡可能減少污染物的排放，做到實驗綠色化。因此，作為理工科大學(xué)的學(xué)子們，必須牢牢樹立綠色化學(xué)的理念，從源頭上阻止污染。根據(jù)實驗?zāi)康�，在能夠達到同樣教學(xué)效果的前提條件下，尋找替代品，盡量用低毒或無毒化學(xué)試劑替代有毒化學(xué)試劑。我們長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院無機化學(xué)和分析化學(xué)教研組的老師們制訂了周密的研究和實施計劃，根據(jù)本科生/研究生畢業(yè)論文教學(xué)、指導(dǎo)的具體情況進行優(yōu)化與整合，初步制訂了本科生/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學(xué)教學(xué)實驗指導(dǎo)大綱，同時組織課題組成員研討無機、分析化學(xué)實驗的教學(xué)內(nèi)容，改革、編寫相關(guān)教材內(nèi)容，以適用不同專業(yè)研究方向本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實驗教學(xué)指導(dǎo)與培養(yǎng)的需要。
今后，我們計劃逐步將綠色理念融于長沙理工大學(xué)的能源、交通、電力、水利、輕工、化工等各個專業(yè)本科生/研究生畢業(yè)論文的整個化學(xué)實驗教學(xué)指導(dǎo)中，努力培養(yǎng)學(xué)生綠色意識和精細(xì)化操作能力，進一步完善畢業(yè)論文化學(xué)實驗微型化的新型人才培養(yǎng)模式的教學(xué)指導(dǎo)體系。
化學(xué)實驗的綠色化3
一、發(fā)展微型實驗
化學(xué)實驗的污染主要來自于化學(xué)反應(yīng)的生成物和化學(xué)實驗的藥品殘留，如果在進行化學(xué)實驗的過程中，在不影響實驗效果的情況下，對實驗進行改進，減少實驗藥品的用量，使得實驗微型化，這樣自然有利于降低實驗的污染。所謂微型實驗，其核心內(nèi)容就是實驗藥品微量化、實驗器材微型化。一般來說，在微型實驗中，其藥品的用量僅僅相當(dāng)一般常規(guī)實驗的十分之一，最少甚至能達到千分之一，由于藥品用量的明顯減少，從而使得微型實驗中所產(chǎn)生的污染也大大減少。不僅如此，由于藥品用量減少，其相應(yīng)的水電等能耗也會大大降低，并且也使得爆炸、燃燒等實驗的危險性降低了很多。關(guān)于微型實驗，在國際上已經(jīng)有了比較多的經(jīng)驗，然而，微型實驗在我國來說還是一個比較新的課題。我們可以在日常的化學(xué)教學(xué)中，多花一些時間和精力去研究和改進化學(xué)實驗，努力推進實驗的微型化，降低實驗教學(xué)的污染成本。
二、改進化學(xué)實驗
在化學(xué)實驗中，有些實驗藥品產(chǎn)生的污染物較少，或者產(chǎn)生的污染物便于處理，而有些藥品在實驗時產(chǎn)生的污染很大，并且處理的成本也非常高。因此，我們可以想辦法改進實驗以降低實驗造成的污染。例如，對于一些污染較為嚴(yán)重的化學(xué)實驗藥品，我們可以想辦法尋找一些更加環(huán)保的替代品。
三、注意實驗藥品的回收和利用
在過去的'化學(xué)實驗中，我們通常會把實驗殘留藥品經(jīng)過簡單的處理，然后丟棄掉，但事實上，很多化學(xué)實驗的殘留藥品，生成的廢液廢渣等是可以重復(fù)利用的，例如，在用二氧化錳和濃鹽酸制取氯氣的實驗中，很多人在得到氯氣以后，就會把實驗的廢棄物直接丟掉，然而，事實上，二氧化錳是可以重復(fù)利用的，如果直接丟棄，不但會造成環(huán)境的污染，同時也造成了一定的浪費。因此，在實驗結(jié)束以后，我們要注意對實驗藥品的回收和利用，這樣，在減少污染的同時，還可以降低實驗成本。
四、適當(dāng)開展多媒體模擬實驗
隨著計算機信息技術(shù)的普及，以該技術(shù)為核心的多媒體工具開始越來越頻繁地走進化學(xué)課堂。通過多媒體工具，可以改變傳統(tǒng)的化學(xué)課堂教學(xué)模式，其中就包括實驗教學(xué)。在化學(xué)實驗中，有了多媒體工具以后，一些不具備實驗條件的化學(xué)實驗就可以通過計算機進行模擬實驗。教師可以從網(wǎng)絡(luò)上下載一些視頻，把他們同F(xiàn)lash動畫結(jié)合起來，這樣，通過計算機技術(shù)，就可以給學(xué)生模擬出整個實驗過程，使得學(xué)生通過多媒體工具來觀察實驗現(xiàn)象、總結(jié)實驗規(guī)律、了解實驗原理。這樣一種依賴多媒體工具的模擬實驗不但是一種零污染的綠色實驗，同時，這種模擬實驗相較于傳統(tǒng)實驗還有很多自身的優(yōu)勢。雖然模擬實驗有很多的優(yōu)點，但是，我們也不能用模擬實驗完全取代傳統(tǒng)的實驗，畢竟，很多的知識和能力的培養(yǎng)還需要在親自動手的傳統(tǒng)實驗中才能夠獲得。
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