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化學實驗的綠色化
化學實驗的綠色化1
當今,化學的發(fā)展非常迅速.化學的發(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)與化學有關,諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營養(yǎng)化等;綠色化學是應對挑戰(zhàn)的必然.
化學實驗的綠色化2
化學是一門實驗性很強的科學。高等學�；瘜W、化工、生物、食品、材料、水利等專業(yè)的本科課
程均設置有較多的化學(含無機、分析、物化、有機、高分子等)或普通化學課程及相關實驗課程，各本科/研究生專業(yè)畢業(yè)論文中均會涉及較多的化學實驗。因此，加強各本科/研究生畢業(yè)論文的實驗教學指導尤其是化學實驗指導，是培養(yǎng)高素質人才和提高教學指導質量的重要環(huán)節(jié)。目前，大學本科/研究生專業(yè)畢業(yè)論文的化學實驗設計系統(tǒng)，實驗任務多，大多數(shù)實驗均采用常量法，所使用、消耗的化學試劑品種多、成分復雜，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。為了減少化學實驗對學生、對環(huán)境的影響，培養(yǎng)大學生尊重生命、愛護環(huán)境的意識，環(huán)境友好、資源節(jié)約型的化學實驗，尤其是本科/研究生畢業(yè)論文中的綠色化學實驗，已成為國內外高校畢業(yè)論文實驗教學指導與研究的重要發(fā)展趨勢。
我們長沙理工大學化學與生物工程學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研究中心、基礎化學湖南省示范實驗室，現(xiàn)有應用化學、化學工程與工藝、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、分析化學、有機化學、物理化學等常規(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計，積極指導畢業(yè)論文同學從小事做起，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實驗綠色理念。
一、綠色化學
綠色化學是美國最早提出的一門新興學科，它的提出是21 世紀可持續(xù)發(fā)展對環(huán)境的挑戰(zhàn)。綠色化學實驗是指設計沒有或盡可能小的環(huán)境副作用，并且在試驗技術上和經濟上可行的化學實驗過程，是一門從源頭上阻止污染的實驗化學。把綠色化學理念融于本科/研究生專業(yè)化學實驗教學指導中，使綠色化學成為大學本科生/研究生化學教育的一個重要組成部分，是本科生/研究生化學教育的新課題。作為化學專業(yè)大學生/研究生學習與從事的主要實驗，化學實驗中有很多無機化學、分析化學實驗，將綠色化學理念融入其中，實現(xiàn)無機化學、分析化學實驗綠色化，使本科生/研究生一開始就在潛移默化中受到綠色化學的教育，以后運用到有機化學和物理化學實驗直至畢業(yè)論文的復雜系統(tǒng)實驗中實現(xiàn)綠色化，這對培養(yǎng)本科生/研究生科學的環(huán)境觀、資源觀，提高他們的環(huán)保緊迫感和責任感，樹立綠色化學的意識都具有非常重要的意義。
綠色化學是維護生態(tài)環(huán)境的化學，從長遠的發(fā)展觀點看，放棄有污染的傳統(tǒng)化學實驗，探索傳統(tǒng)化學實驗的綠色化，是本科生/研究生化學實驗尤其是畢業(yè)論文實驗研究工作的必然趨勢。近年來依據(jù)綠色化學理念，長沙理工大學化學與生物工程學院指導本科生/研究生在使用化學藥品時切實遵循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，并經中和處理后再排放。學院各化學教研組由教授牽頭，博士積極參與，經常就如何實現(xiàn)普通的化學實驗尤其是本科畢業(yè)論文多程序實驗以及研究生化學實驗的綠色化進行細致的探討，并總結經驗，進行交流推廣。
二、微型化實驗
近年來，大學本科/研究生畢業(yè)論文化學實驗為了實現(xiàn)節(jié)能減排，適應快速合成、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容器，微型實驗已逐漸運用到國內外高等學校的化學實驗及實驗室管理中。微型化學實驗一般指以盡可能少的反應容器和試劑，來獲取所需化學信息的實驗原理與技術。微型化學實驗的基本特征是：化學反應儀器微型化和化學試劑使用少量化。微型化學實驗不是常規(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計與探索，達到以盡可能少的試劑來獲取盡可能多的化學信息的目的。用于教學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年來微型化學實驗方面取得了可喜的研究成果。杭州師范學院周寧懷教授為代表，開展了許多化學實驗微型化的研究，召開了各級微型化實驗學術交流會議，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、高分子化學等學科全面展開，成為當今實驗教學改革的重點。近年來，國內各高校如我們長沙理工大學化學與生物工程學院逐步改變傳統(tǒng)、粗放型實驗，推廣使用微量反應容器，教導學生尤其是畢業(yè)論文的大學生/研究生合理安排實驗項目，減少試劑的使用量，既節(jié)省了經費開支，又減少了化學污染物的排放，不僅提高了學生的實驗技能，學生也多次獲得湖南省大學生化學實驗技能競賽獎，由此推動了學院的.省級化學基礎課示范實驗室的建設與化學學科的發(fā)展。
三、畢業(yè)論文化學實驗綠色化實踐
(一)逐步開展基于綠色理念化學實驗的微型化
作為理工科大學長沙理工大學的化學與生物工程學院，我們逐步開展了基于綠色理念的無機、分析化學實驗微型化的實踐，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鞏固、加深本科生/研究生對無機化學基本內容、基本理論的理解和驗證，更重要的是通過微型無機化學實驗加強化學教學的素質教育作用，培養(yǎng)本科生/研究生綠色意識和精細化操作能力，使本科生/研究生在化學實驗中既可以獲得第一手的化學知識和實驗技能，逐步學會對實驗現(xiàn)象進行觀察、分析、推理和歸納總結，又能受到科學方法和思維的訓練，培養(yǎng)本科生/研究生認真求實的科學態(tài)度和獨立工作及解決問題的能力，跟上當今實驗技術發(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。并期望把本科生/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學實驗綠色微型化的經驗，在其他學院的化學、生物化學、材料等相關學科中推廣應用，最終實現(xiàn)本科生/研究生畢業(yè)論文化學實驗的全面綠色微型化。
(二)根據(jù)專業(yè)特色進行指導融合
理工科大學本科生的無機、分析化學類課程是我校的重要專業(yè)基礎課。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)的教學內容基本為無機、分析化學課程的教學內容，課程組在現(xiàn)階段的教學過程中已進行了一些融合，根據(jù)專業(yè)的特色進行教學。本科生的無機、分析化學系列課程有著豐富的教學內容，該類課程有正式出版的教材，有完整的教輔資料，講課和指導實驗的教師隊伍由教授和博士領銜，配備了足夠面積的無機、分析化學實驗室，實驗室有完備和先進的儀器設備，課程的實驗課的教學效果得到了充分的保證，授課內容不斷更新，并能與學科建設發(fā)展充分地結合。教師的教學指導受到學生的歡迎，在歷次教學效果測評中，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、分析化學實驗微型化的研究，教學進一步實現(xiàn)了基礎化學實驗的綠色化，以及在綠色化學理念的指導下，實行污染預防全過程控制和實驗操作事故危機處理機制。從教學指導管理角度出發(fā)，制訂教學指導計劃、教學內容、教學方式等每個環(huán)節(jié)都要考慮保護生態(tài)環(huán)境，從而符合綠色化學的要求。而且，實際教學指導過程中，在保證實驗教學指導效果的前提下，積極、合理地應用綠色化的措施，可實現(xiàn)本科/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學實驗乃至理工科大學整個化學實驗的綠色化目標。
(三)建立新型人才培養(yǎng)模式
微型無機、分析化學等實驗是本科/研究生畢業(yè)論文化學實驗發(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、分析化學實驗微型化可使無機、分析化學實驗明顯地減少實驗對環(huán)境的污染，有效地解決實驗經費不足的困難，有利于本科生/研究生綜合素質的提高，是培養(yǎng)本科生/研究生創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新能力、實施素質教育的有效途徑。
我校是理工科大學，無機、分析化學實驗涉及全校十多個本科生/研究生專業(yè)學位點，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)學位點進行無機、分析化學實驗綠色化、微型化實驗教學指導，實施范圍廣，受益本科生/研究生每年預計在1500人左右。做好無機、分析化學實驗綠色微型化教學指導的研究與實踐可推廣至理工科大學整個化學實驗體系，因此在理工科大學中具有示范效應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、分析化學等實驗的教學指導中實施實驗綠色化，在人才培養(yǎng)、教研教改等方面取得了一些研究成果，在理工科大學起到一定的示范效應。取得的主要成績如下。
1.課題組成員在核心期刊《實驗技術與管理》和《教育教學論壇》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�；瘜W教育教學前沿研究》。
2.課題組成員獲得湖南省20xx年教學成果三等獎1項。
3.我們指導的環(huán)境工程專業(yè)本科生胡靜齡、張云飛等同學在科研創(chuàng)新實驗項目中能做到化學實驗綠色化并順利完成該項目，已在《化學學報》等國內外期刊上公開發(fā)表研究論文2篇，獲得實用新型專利2項;指導張云飛等同學提出的新型智能燃氣爐項目，在節(jié)能減排方面獲得長沙市第七屆大學生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)勝獎最后完成大學本科學業(yè)，獲得學士學位。
4.課題組成員制作的《無機化學》和《分析化學實驗》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會20xx年度學術年會優(yōu)秀學術論文獎1項，課題負責人獲長沙理工大學優(yōu)秀指導教師。
然而，由于微型化學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目的的前提下，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，作為理工科大學的學子們，必須牢牢樹立綠色化學的理念，從源頭上阻止污染。根據(jù)實驗目的，在能夠達到同樣教學效果的前提條件下，尋找替代品，盡量用低毒或無毒化學試劑替代有毒化學試劑。我們長沙理工大學化學與生物工程學院無機化學和分析化學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、指導的具體情況進行優(yōu)化與整合，初步制訂了本科生/研究生畢業(yè)論文無機、分析化學教學實驗指導大綱，同時組織課題組成員研討無機、分析化學實驗的教學內容，改革、編寫相關教材內容，以適用不同專業(yè)研究方向本科生/研究生畢業(yè)論文化學實驗教學指導與培養(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)論文的整個化學實驗教學指導中，努力培養(yǎng)學生綠色意識和精細化操作能力，進一步完善畢業(yè)論文化學實驗微型化的新型人才培養(yǎng)模式的教學指導體系。
化學實驗的綠色化3
一、發(fā)展微型實驗
化學實驗的污染主要來自于化學反應的生成物和化學實驗的藥品殘留，如果在進行化學實驗的過程中，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生的污染也大大減少。不僅如此，由于藥品用量減少，其相應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。關于微型實驗，在國際上已經有了比較多的經驗，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教學中，多花一些時間和精力去研究和改進化學實驗，努力推進實驗的微型化，降低實驗教學的污染成本。
二、改進化學實驗
在化學實驗中，有些實驗藥品產生的污染物較少，或者產生的污染物便于處理，而有些藥品在實驗時產生的污染很大，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重的化學實驗藥品，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'化學實驗中，我們通常會把實驗殘留藥品經過簡單的處理，然后丟棄掉，但事實上，很多化學實驗的殘留藥品，生成的廢液廢渣等是可以重復利用的，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、適當開展多媒體模擬實驗
隨著計算機信息技術的普及，以該技術為核心的多媒體工具開始越來越頻繁地走進化學課堂。通過多媒體工具，可以改變傳統(tǒng)的化學課堂教學模式，其中就包括實驗教學。在化學實驗中，有了多媒體工具以后，一些不具備實驗條件的化學實驗就可以通過計算機進行模擬實驗。教師可以從網絡上下載一些視頻，把他們同F(xiàn)lash動畫結合起來，這樣，通過計算機技術，就可以給學生模擬出整個實驗過程，使得學生通過多媒體工具來觀察實驗現(xiàn)象、總結實驗規(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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