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绿色化学,是一门从源头上阻止污染的化学,它将给人类可持续发展带来希望。世界各国都十分重视绿色化学的发展,绿色化学及其带来的产业革命将在全球兴起。绿色化学目标的实现需要一代又一代具有绿色意识、懂得绿色知识和技术的绿色人才,绿色人才离不开绿色化学教育。实施绿色化学教育,无论从学生的现代国民素质与科学素质的培养,还是从环境责任感和绿色意识的形成,都是十分必要的[1]。
一、绿色化学的认识
绿色化学(Green Chemistry)又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)等。绿色化学即用现代化学和化工生产的技术去减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有毒的原料、催化剂、溶剂和试剂的使用,不产生有毒有害的产物、副产物和废物。绿色化学是化学发展的新阶段,是促使人类与环境协调发展的更高层次的化学[2]。
二、绿色化学教育现状
绿色化学教育是指在化学课堂、实验、习题等教育中贯彻绿色化学理念、运用绿色化学思想,宣扬绿色环保意识的教育化学教育方式。
当前,我国绿色化学教育仍处于刚刚起步的阶段,对于绿色化学教育还需要进一步的普及和宣传。2003年,我国初中化学课程标准中明确提出了“绿色化学”教育的思想,新课标要求化学必修课程的设计中必须要体现绿色化学思想,同时也要求把绿色化学的理念引入到初中新教材之中,同时要求把绿色化学的思想、绿色化学的理念定位初中化学的教学目标,这些都说明我国初中化学教育中开始渗透绿色化学教育。
虽然,我国中学化学教育之中已经开始渗透绿色化学教育的理念,同时也把绿色化学教育的理念融入到教学目标之中,但是绿色化学教育的的实施仍不尽合理,有待进一步改善。我国中学绿色化学教育存在的问题主要有以下两方面:
第一,化学课堂教学中还未完全融入绿色化学的思想。我国一些化学教师,还未完全把绿色化学思想融入到日常的化学教学之中,这是因为绿色化学是一门新兴的科学,许多化学教师自身也对其不是很了解,很难将其有效的与课堂教学内容整合。
第二,化学实验教学中绿色化学理念体现的不够。在中学阶段,所教授的化学知识大约有60%以上是通过实验引入的,但现行的教材中的实验设计却很少体现绿色化学和环境化学的理念。现行教材中的实验设计操作方便、装置简单、现象较明显,却很少顾及环境污染问题,更谈不上对实验进行绿色化设计。
三、以化学教材内容为依据倡导绿色化学教育
1.立足显而易见的绿色化学内容,进行绿色化学教育
在多种版本的化学新教材中都包含了非常明显的绿色化学内容,比如鲁教版《实验化学》教材末尾处“主题拓展从实验到工厂—化工过程开发”,不仅将实验室仪器与工厂设备联系起来、将科学研究与生产实践联系起来,还对绿色化学进行了正面介绍。人教版《化学2(必修)》最后一章直接以“化学与自然资源的开发利用”为题目,其第二节专门以“资源综合利用—环境保护”为题,本节第二部分更是以“环境保护与绿色化学”为标题对绿色化学进行了正面介绍。教材的这种设计使绿色化学的思想更加明确化和系统化,教学中应立足这些显而易见的绿色化学内容,进行绿色化学教学设计,开展绿色化学教育[3]。
2.努力挖掘教材内容潜在的绿色化学思想
教材中除了有明显“绿色化学”提法的内容外,还有许多内容包含绿色化学的思想和观念。例如,在讲有机化合物塑料时,以废弃塑料的回收利用为例,让学生讨论其可能的途径,认识化学对废旧物资再生与综合利用的作用;在讲化学反应与能量这一主题时,结合燃料燃烧效率的提高、高能清洁燃料的开发和新型燃料电池的研制,安排一些调查与交流活动,提出合理化建议。通过这样的教学设计,可以让学生意识到资源的循环利用、能源的优化应用以及环境的源头治理对可持续发展的意义。此外,还有许多可以充当绿色化学教育素材的内容,比如当学习氮和硫的氧化物时,让学生讨论减少大气污染物的原理和方法。教学中要努力挖掘这些内容潜在的绿色化学思想,适时对学生进行绿色化学思想和观念的教育。
四、绿色化学教育的未来发展
绿色化学教育在未来面临的挑战和绿色化学自身发展一样充满了多样性,涉及到从绿色化学教师培训到绿色化学技术工业化前景等一系列问题。
1.绿色化学教师培训
由于绿色化学的产生,尤其是开展绿色化学教育的时间不长,许多化学教师对绿色化学并不熟悉,甚至还有人对绿色化学的重要性和前景持怀疑态度。因此,如何通过进修班、座谈会和研究会等多种方式对有志于从事绿色化学教育和教学研究的教师进行必要的绿色化学知识培训将是各国政府和教育界面临的紧迫任务,对那些将来可能成为绿色化学家的专攻绿色化学的学生还要制定特殊的培训计划。
2.澄清化学物质毒性和物质分子结构之间的关系
要让学生深刻地认识到对有害化学污染物质进行治理会大大增加环境成本,而化学物质的危险性/毒性作为其分子结构的一种物理/化学性质,是可以预先进行设计和控制的。通过这些知识的传授让学生懂得产生分子毒性的理论基础,影响合成步骤的规律以及产品制备过程中环境状况发生的变化等。
五、总结
把绿色化学融合于化学教育中已是一种趋势,已是化学教育的崭新课题。绿色化学的理念应始终贯穿于整个化学教育之中,因此,化学教育工作者要树立可持续发展的观念,使绿色化学思想、内容从基础教育贯穿到高等教育,让学生了解绿色化学,培养学生在实验的操作、运用、开发等方面多从绿色化学的角度来思考;从绿色的角度来说,化学很多物质的制取、化学工艺等等都值得重新考虑。通过在化学教学中渗透融入绿色化学教育理念和思想,使学生树立起牢固的绿色化学理念和环保意识,一方面这有利于我国绿色化学的大力发展,也有利于我国可持续性发展政策的贯彻落实,有利于我国生态环境保护。化学教育工作者必须抓住机遇,努力在化学教学中渗透绿色化学思想,为我国培养具有绿色化学思想和意识的社会主义建设者。
参考文献
[1]徐汉生. 高等院校本科生化学系列教材一绿色化学导论[M]. 武汉大学出版社, 2002.
关键词:绿色化学 环境保护 生物技术
人类正面临有史以来最严重的环境危机,由于人口急剧的增加,资源的消耗日益扩大,人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少,人口与资源的矛盾越来越尖锐;环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业,在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时,在生产活动中不断排放出大量有毒物质,化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理,已开始从治标,即从末端治理污染转向治本,即开发清洁工业技术,消减污染源头,生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。
绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学即是用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。
传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝,可使经济效益大幅度提高。绿色化学已在全世界兴起,它对我国这样新兴的发展中国家更是一个难得的机遇。
一、采用无毒、无害并可循环使用的新物料
1.原料选择
工业化的发展为人类提供了许多新物料,它们在不断改善人类物质生活的同时,也带来大量生活废物,使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平,又不破坏环境,我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。
以塑料为例,据统计,到1989年美国在包装上使用的塑料就超过55.43亿kg(20世纪90年代数量进一步上升),打开包装后即被抛弃,这些塑料废物破坏环境是我们面临的一大问题:掩埋它们将永久留在土地里中;焚烧它们会放出剧毒。
我国也大量使用塑料包装,而且在农村还广泛地使用塑料大棚和地膜,造成的“白色污染”也越来越严重。解决这个问题的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料,目前国际上已有一些成功的方法,例如:光降解塑料和生物降解塑料。前者已经投入生产。光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目,已取得一些进展。
2.溶剂的选择
大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品,而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质,分离和配方中所用的溶剂。在传统的有机反应中,有机溶剂是最常用的反应介质,这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此,在无溶剂存在下进行的有机反应,用水作反应介质,以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。
2.1固相反应
固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应,有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。
2.2 以水为溶剂的反应
由于大多数有机化合物在水中的溶解性差,而且许多试剂在水中会分解,因此一般避免用水作反应介质。但水作为反应溶剂有其独特的优越性,因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”,价廉、无毒、不危害环境。此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的,有时可提高反应速率和选择性,更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。
水相有机合成在有机金属类反应,水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。因此在某些有机化学反应中,开发利用以水作溶剂是大有可为的。
2.3 超临界流体作为有机溶剂
超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体,是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的研究中,最活跃的研究项目是开发超临界流体(SCF),特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点(31.10℃,7 477.79KPa)以上的CO2流体。它通常具有流体的密度,因而有常规常态溶剂的溶解度;在相同条件下,它又具有气体的粘度,因而又具有很高的传质速度。而且,由于具有很大的可压缩性,流体的密度,溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。
3. 催化剂的选择
许多传统的有机反应用到酸、碱液体催化剂。如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂,这些液体酸催化剂的共同缺点是:对设备腐蚀严重,对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境,多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手,大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟,这种催化剂选择性高,乙苯收率超过99.6%,而且催化剂寿命长。
二、化学反应的绿色化
为了节约资源和减少污染,合成效率成了当今合成方法学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面,一是选择性(化学、区域、非对映体和对映体选择性),另一个就是原子经济性,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物,理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物,不产生副产物或废弃物,实现废物的“零排放”。为此,化学化工工作者在设计合成路线时,要减少“中转”、增加“直快”、“特快”,更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子,减少中间产物的形成,少用或不用保护基或离去基,避免副产物或废弃物的产生。实现原子经济反应的有效手段很多,在些不作赘述。
三、生物技术的应用
生物科学是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分,生物化工是21世纪最具有发展潜力的产业之一,它将成为创造巨大社会财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。从发展绿色化学的角度出发,它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程,其产品常常又具有特殊性能。因此,生物技术的研究和应用倍受青睐。
关键词:化学科学;大类招生;绿色化学
传统的化学在发挥巨大作用的同时,也给人类带来了严重的环境污染问题。绿色化学正是在这一背景下应运而生。绿色化学以“原子经济性”为原则,研究如何在产生产物的过程中充分利用原料及能源,减少有害物质的释放。
一、在发展中的化学科学课程教学中渗透绿色化学理念的必要性
专业大类培养指的是学生在本科入学后的第一学期按照培养类别进行通识培养,后面七个学期按照学科专业方向进行专业培养。相近学科专业学生的共同必修基础课,即大类通识平台课程。发展中的化学科学是面向化学、生物专业学生开设的大类通识平台课程。
发展中的化学科学课程是我校化学、生物专业学生最先接触的一门核心课程。学生在学习化学基础课之初就受到绿色化学思想的熏陶,逐步形成预防污染的绿色观念,他们在以后的工作中就会非常注重绿色化学知识的运用。其次,我校很多学生会是将来在中小学从事基础教育的老师。加强对师范生有关绿色化学理念的熏陶,实际上是抓住了对全社会进行绿色化学理念教育的关键。
二、在发展中的化学科学课程教学中渗透绿色化学理念的可行性
发展中的化学科学课程的主要教学目标是让学生全面了解化学科学在社会发展中的地位、作用。在发展中的化学科学教学中进行绿色化学渗透,既符合课程的特点,又与课程的教学内容非常契合;既可以使教学内容显得生动有趣,又可以拓宽学生的知识面。
三、绿色化学理念在发展中的化学科学课程教学中渗透的具体措施
1.将绿色化学理念渗透到“化学与能源”教学
要想改变石油、天然气和煤炭等传统不可再生资源日益减少的现状,就要大力开发太阳能、地热能、氢能源、核能等可再生资源。将各类能源转化为实用能源最重要的一种形式是发电机(站)、化学电源等电能转换装置。其中以锂离子电池、氢化物 / 镍二次电池、燃料电池为代表的绿色化学电源已经广泛地应用于各个领域中,用来代替各类有污染传统电源。
2.将绿色化学理念渗透到“化学与材料”教学
介绍陶瓷材料时,可以引入绿色陶瓷相关内容。在介绍催化剂材料时,可以引入如分子筛、杂多酸、固体超强酸等固体催化剂,这些非均相催化剂具有选择性高、不腐蚀设备、不污染环境等优点。
综上所述,将绿色化学理念渗透于高校大类通识平台课程发展中的化学科学课程教学中是必要的、可行的。通过绿色化学理念在发展中的化学科学课程教学中的渗透,可以让绿色化学理念在学生的头脑中深深扎根,扩展学生的知识面,激发学生的学习兴趣,提高学生的学习效率。
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关键词:绿色化学;绿色化学实验;绿色素质
环境与发展问题,已成了当代世界共同面临的两难选择,成了对21世纪人类最严峻的挑战,人类不得不面临新的环境问题。为了从根本上预防和治理环境污染,必须依靠近年在国际上引起极大关注的化学领域――绿色化学(Green Chemistry)。绿色化学又称“环境友好化学”,是利用化学知识来防治污染的一门科学。绿色化学包括所有可以降低对人类健康与环境产生负面影响的化学方法、技术与过程。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。初中化学教学中我们通过不同途径,可以让学生对绿色化学有初步的印象。
一、化学教育工作者要树立可持续发展的观念
绿色化学有利于保护人类赖以生存的环境、实现人类社会的可持续发展。化学教育必须体现绿色化学的新内容,要在课程教材中体现绿色化学的理念,使绿色化学的思想和内容贯穿于从基础教育到高等教育的始终。教师在课堂教学、实验等方面,要始终贯彻绿色化学的思想;要让学生了解绿色化学,树立起绿色意识,培养学生从事绿色化学研究与开发的能力。从绿色化学的角度来看,中学化学中许多物质的制取反应、化学工艺等等都是值得讨论和重新考虑的。这给改革课堂教学、培养学生的创新精神和创新能力提供了良好的契机。绿色化学不但有重大的社会、环境和经济效益,而且说明化学的负面作用是可以避免的,显现了人的能动性。绿色化学体现了化学科学、技术与社会的相互联系和相互作用,是化学科学高度发展以及社会对化学科学发展的作用的产物,对化学本身而言是一个新阶段的到来。作为新世纪的一代,不但要有能力去发展新的、对环境更友好的化学,以防止化学污染;而且要让年轻的一代了解绿色化学、接受绿色化学、为绿色化学作出应有的贡献。
二、在化学教学过程中,有效的开展绿色化学实验
在化学实验课程中,要有效的创新化学原料的性质、实验方法、条件和目标。在绿色化学实验中,要尽量减少使用和产生有毒物质。比如在对我国燃料电池进行研究和发展中,可以在很大程度上引出清洁燃料和绿色能源,尤其是在废弃电池中,所包含的铅、镉以及汞等重金属会对环境产生影响,因此不需要随意丢弃电池,要进行合理的回收利用。在开展绿色化学实验时,要尽量减少实验的时间和药品,同时也可以降低污染环境,提高化学实验的安全性。在开展化学实验时,通常会出现一些有毒气体、液体和固体,这时,教师就要帮助学生学会处理和回收这些有毒物质。另外,在实验时,采取全封闭实验系统,以此防止空气出现污染。其次选用组合式化学实验。在开展绿色化学实验时,要重新组合各个实验之间的相关性,以此形成新的实验方案。
三、立足课外,提高绿色素质
课堂教学是对学生进行绿色教育的主阵地,但课外活动形式多种多样,内容丰富多彩,是课堂教育的很好补充。为了全面提高每个学生的绿色素质,组织学生积极参与课外社会实践活动。
(1)、专题讲座。对教材中讲的少而对环保具有重大意义的内容,可以专题讲座的形式向学生介绍,如针对有的学生认为环境污染主要是由于工业生产造成的,与自身没有太大的关系。可举办家庭生活与环境污染讲座。
(2)、课外实验。积极利用课外实验配合课堂教学,开展环保教育。“河水、雨水酸碱性的检测”、“模拟水体受硝酸汞、硫酸铜等污染的检测及危害”、“干电池的收回河利用”等,让学生在实验过程中既锻炼动手能力又强化了绿色意识。
关键词:绿色理念;实验教学;渗透
绿色化学主要就是指环境无害化、友好化的清洁化学,通过使用先进的生产技术从而保证生产或者实验过程中减少对于环境的污染,实现保护环境的目的。初中阶段作为学生价值观念形成的重要时期,直接关系到我国可持续发展战略的实施。所以,这就要求教师在初中化学实验教学过程中,应该注重渗透绿色化学实验的理念,使学生能够在掌握化学基本知识的基础上,可以应用化学原理来优化生活,促进社会的良好发展。只有在教学过程中帮助学生形成绿色化学实验的理念,才能够消除学生对于化学的误解,形成良好的环境保护意识。
一、在化学知识点中渗透绿色化学的理念
在初中化学教学过程中,教师应该善于挖掘教材中绿色理念的隐形因素,从而在化学实验教学过程中有效结合绿色化学,使学生在潜移默化中接受绿色化学的理念。只有这样,才能够使学生形成基本的绿色化学意识,才能够在具体的化学学习过程中坚持这种理念,保证绿色化学活动的展开。
如在学习《我们周围的空气》的时候,教师应该针对教材中的内容对学生进行绿色化学理念的引导,使学生能够深入理解化学理念。教师只有在学习这些知识点的时候进行绿色化学理念的渗透,才能够保证在进行化学实验的时候,学生能够秉持绿色化学理念,积极创新化学实验方法,使用先进的技术来保证绿色化学实验的具体实施。
二、在习题练习中渗透绿色化学理念
在初中化学学习过程中,教师还可以借助习题练习来进行绿色化学理念的渗透,使学生能够掌握绿色化学的最新信息,并且在化学实验中更加有效地应用绿色化学理念。通过这样的方式,可以帮助学生利用绿色化学知识解决实际问题,真正实现学以致用的目的。这就要求教师在习题练习中,应该注重深入分析理解习题,增强学生的理解,有效渗透绿色化学的理念。
如教师可以针对绿色化学设计一些习题,让学生在做习题的过程中深入理解绿色化学理念,掌握绿色化学的知识。想要更加有效地开展绿色化学实验,也需要教师能够引导学生在习题中进行练习,找到渗透绿色化学理念的方法。教师可以针对绿色化学的概念、绿色化学理念的方向以及具体的绿色化学实验的方式等设计习题,让学生在对于绿色化学的基础知识有深入了解的基础上,有效提高学生对于绿色化学理念的理解程度,从而更好地在实验和实践中具体实施。
三、注重绿色化学宣传,增强环保意识
思想作为学生行动的先导,只有让学生把绿色化学理念作为自己自觉的行动,使学生树立起环保的态度,才能够培养学生改造和优化环境的能力。所以,这就需要教师应该注重让学生接受绿色化学的思想,用思想来引导学生的行为。在实际教学中,教师应该有效利用教学资源,有计划和有针对性地对学生进行绿色化学教学。如学习了化学对社会进步的贡献以及化学给人类生活带来便利的同时,教师可以介绍绿色化学的概念,使学生准确了解绿色化学的重要性。通过对于绿色化学概念以及特点等进行讲解,对于绿色化学的重要性有深刻的认识。教师应该让学生理解化学并不是污染的代名词,并且有效利用化学知识可以使学生改善人们的生活,优化人类生存的环境。所以这就需要我们科学利用化学知识,秉持绿色化学理念。教师应该对于绿色化学实验以及生产的方法进行讲解,使学生能够知道怎样更加环保地应用化学知识促进社会经济的发展。只有加强绿色化学理念的宣传,培养学生的环保意识,才能够保证学生在绿色化学理念下进行化学实验的时候,有效提高化学实验教学的有效性。
四、在化学实验实践中渗透绿色化学思想
想要使学生在绿色化学理念下更加有效地学习化学实验相关知识,关键在于教师能否引导学生在化学实践中不断理解绿色化学理念,在实践中渗透绿色化学理念。通过这样的方式,使学生学习的效率大大提高在绿色化学理念下进行化学学习,为社会经济的发展和可持续发展做出贡献。例如,在进行《硫在氧气中燃烧》的实验的时候,教师应该要求学生严格按照要求开展实验。要严格保证硫的使用量,避免产生的二氧化硫对于空气造成污染。教师应该通过引导学生进行类似的实验,使学生在实验实践中能够更好理解绿色化学理念,并且可以在实验过程中更加有效的践行绿色化学实验的理念只有这样,才能够保证绿色化学实验的顺利实施,减少对于环境的危害,实现可持续发展。
综上所述,在我国大力提倡科学发展观的背景下,在初中化学实验教学中渗透绿色化学的理念已经成为了中发展的趋势。在初中化学实验教学中渗透绿色化学的理念是一项长远的过程,所以,这就需要教师应该采取循序渐进的方式,通过对于课本中绿色素材的挖掘和使用,从而引导学生不断地探索,找到开展绿色化学实验教学的有效方法。只有不断渗透绿色化学理念,使学生对于绿色实验化学有真正的理解,才能够使其为绿色化学做出贡献。
参考文献:
绿色化学的发展对环境保护等方面有着重要的作用,研究绿色化学教学策略,首先要意识到绿色化学教学的意义。
1.1绿色化学教学是新世纪科学进步的要求
绿色化学是新时期科学发展进步中一种更高层次的化学。它相比于传统化学来说具有一种最大的优势:极大地降低了对环境带来的负面影响。在传统化学中,追求化学研究的效率,注重生产出的物质的功能、有效性,却往往忽略了它对环境带来的污染,而研究化学的科学家往往是缺乏保护环境的意识与专业知识。而绿色化学恰好是针对这种情况提出的,它弥补了传统化学中在环境保护方面的不足之处。科学技术发展到21世纪,在这个时期,其发展速度比以前快了很多,同样的,对环境的破坏也是越来越严重。环境保护已经成为一项迫在眉睫的任务。人们越来越意识到保护环境的重要性。因此,绿色化学对环境的保护作用在今天的科学发展中就凸显出来了,而绿色化学教学则是新时期科学进步发展的必然要求。
1.2绿色化学教学是可持续发展的必经之路
化学工业这几十年来的不断发展,一方面为人们的生活、工作带来了便利,而一方面又在严重地破坏着地球的生态环境。近年来,空气质量越来越差,水中污染物越来越多,固体垃圾也已经泛滥成灾。很多化工厂对外排放的废水废气、固体垃圾都没有达到对环境保护所要求的标准,造成了环境的严重污染。人们生活在这样的环境中,健康质量与安全得不到保障,不但在经济方面损失重大,身体素质也受到严重影响,而且还危及到了子孙后代。虽然查处关闭一些污染严重的化工厂可以对环境保护起到一定的作用,但这无异于因噎废食,如果只是一味地抑制化工业的发展,只会使科学技术的发展越来越缓慢,对环境保护的作用也不会太大,要想从根本上解决问题,还是要发展一种对环境保护有利的化学,那就是绿色化学,因此,绿色化学教学是可持续发展的必经之路。
1.3绿色化学教学是素质教育的重要组成部分
教育事业的发展与科学技术的进步有着直接的联系。而当今时期,我国实行的素质教育更是注重学生全方面的发展,提倡把学生培养成为适应社会发展的人才。而绿色化学教学作为一种新兴的化学教学方式,不但有利于帮助学生掌握好化学方面的知识,更有利于学生形成绿色化学的理念,从根本上提高保护环境与可持续发展的意识,这是适应当今社会科技发展的一种教育方式,对于把学生培养成为具有高素质的人才有着重要的意义。这正是响应了素质教育对学生培养的要求,对培养学生各方面综合素质有着重要的意义。可见,绿色化学教学是素质教育不可或缺的重要组成部分。
1.4绿色化学教学是新课程改革的指导方向
绿色化学对于人们来说是一种新概念、新科学,它是未来化学科学技术发展的主要方向。而教育的发展方向是要跟随科学技术发展的脚步的,如今,我国正在实行大规模的课程改革,而绿色化学教学正是为化学学科的课程改革提出了明确的指导方向。它可以改进传统化学课程中在环境保护方面的不足之处,通过教材方面的改进,加强对学生环境保护观念的教育,让学生学会更多对环境有利的化学知识。
2绿色化学教学策略实施方案
2.1改进课堂教学内容,从理论上进行绿色化学教学
化学课程要顺应科学技术发展的潮流,以树立环境保护观念为首要任务,以可持续发展为目标。教师在对学生进行化学知识教育的同时,还要注重培养学生绿色化学的理念。这就要求教师在化学课程中不仅要教会学生基本的化学知识,还要为学生普及绿色化学的知识。教师在课堂教学中,要结合教材内容,联系化学科学及时发展的实际,并以实际生活中的现象为例子,让同学们认识到绿色化学对未来科技发展的重要性。比如,教师可以为学生讲解地球变暖的原因:由于二氧化碳的过量排放,导致了温室效应,而要达到绿色化学的标准,完成保护环境的目的,就要降低二氧化碳的排放量。利用这样的实例,不仅可以加深学生对化学知识的理解,更能够让绿色化学的观念深入人心。
2.2结合实际生活,渗透绿色化学理念
化学知识与实际生活联系非常密切。在生活中,处处都渗透着化学知识的影子,从烧开一壶热水、洗净一件衣服,到冰箱的工作原理、室内装修等,都与化学有着密不可分的关系。生活中看似不经意的一种行为,可能就会对环境造成了不利的影响,而生活中,一种良好的习惯,就对环境保护做出了贡献,这种好习惯,就包含着绿色化学的理念。而绿色化学教学不必非要寻找那些高深的科技发展案例为教育素材,我们平时的生活中处处都存在着绿色化学教学的例子,而且,这些实例贴近于生活,与学生们的日常活动有着紧密的联系,更容易让学生理解。因此,教师对学生的化学知识教育,要从实际生活出发。让学生从实际生活中寻找真实的案例,帮助学生加深对绿色化学的理解,形成绿色化学理念。
2.3丰富多彩的教学活动,突出绿色化学的重要性
现如今的教学形式,已经不仅仅是教师在课堂上讲课,学生跟着教师学习这种单一的形式了,丰富多彩的教学形式已经在教学活动中展开,在化学教学活动中,举办绿色化学知识讲座,是绿色化学教学一种非常有效的教学形式。绿色化学知识讲座以一种新颖的教学方式,极大地吸引了学生的注意力,激发了学生的学习兴趣,让学生充分地感受到绿色化学为科技的发展及生活的改善带来的巨大影响,加深了对绿色化学理念的印象。另外,还可以举办绿色化学知识竞赛,让学生在竞争中学会更多的绿色化学知识,从而达到绿色化学教学的最终目的。此外,还可以开展多姿多彩的课外活动,让学生们通过社会实践意识到绿色化学在当今社会科技发展与人们生活中的重要性,加深对学生绿色化学观念的教育,让学生自觉地接受绿色化学的教育,形成绿色化学的坚实理念。
2.4开展绿色化化学实验
[关键词]微型化学实验 绿色化学 素质教育
[中图分类号]G4 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349(2013)09-0230-01
一、微型化学实验
(一)定义
在微型化的装置中进行的化学实验,试验药品用量比常规实验尽可能的少,但依然能获取所需要的化学信息的实验。它具有多、快、好、省、少等优点,即学生动手机会多,实验时间短,实验效果好,节约药品,节省开支,大大减少环境污染。
(二)发展历史
1925年,埃及E.C.Grey出版了《化学实验的微型方法》,这是较早的微型化学实验教材。
1979年,马祖圣教授编著了《化学中的微型实验操作》,对微型化学实验的开展有很大的影响。1982年,美国的Mayo和Piko等以mmol级的试剂用量开展有机化学实验,取得了成功,之后微型化学实验便风起云涌,应用范围学扩展到无机化学、分析化学实验中。
我国在1989年将“微型化学实验研究”列入高等学校化学教育研究中心的科研规划。
二、绿色化学
绿色化学即用化学的方法和技术,并结合其他各种学科的知识去消灭或减少那些对人类健康、社会安全、生态环境有害的原材料、催化剂、溶剂、试剂、生成物、副产品等的生产与使用。
绿色化学从源头上消除污染,不使用有毒、有害的原材料,不生产有毒、有害的产品,不产生废物。
绿色化学的12条原则,并为国际化学界所公认,其内容如下:1.防止废物产生比其生成后再处理或清除更好;2.设计的合成方法应使工艺过程中使用的所有物质最大限度地转化到最终产品之中;3.设计合成方法时,应使使用的和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小;4.设计安全化学品;5.安全的溶剂和助剂;6.使化学过程所需的能量消耗越小越好,并应考虑其对环境和经济的影响,如有可能,合成方法最好在常温、常压条件下;7.使用可再生原材料只要技术上和经济上可行,应当使用可再生原材料;8.减少衍生物(reduce derivatives);9.应尽量使用无毒并且选择性高的催化剂;10.应考虑所需产物在完成使用功能后,可降解为无毒的物质还原于环境之中;11.需要进一步开发在有毒物质生成之前的快速、在线监测与控制的分析方法;12.本身安全、能防止意外事故的化学(inherently safer chemistry for accident prevention)。
三、微型化学实验与绿色化学
微型化学实验符合绿色化学十二条原则中第六条和第十二条,即能量消耗越少越好,并考虑其对环境和经济的影响;化学过程中使用的原材料、溶剂、助剂、催化剂等应考虑到尽量减少事故的潜在危险。
(一)微型化学实验有助于培养绿色化学的意识
可持续发展是人类正在探索的既能保持经济持续增长和社会持续发展,又能达到生态环境持续良好和自然资源持续利用的全新发展战略,人类将从工业文明的发展模式转向生态式的发展模式,而绿色化学正是在这一历史背景下产生并成为实现人类社会可持续发展的重要技术手段。
微型化学实验把消除、预防化学污染的思想贯穿于化学教育的过程之中,有利于对学生进行环保教育,良好的观念与习惯的养成为后续绿色化学的开展打下了一定的基础。
(二)通过微型化学实验,坚定绿色化学信心
微型化学实验是在绿色化学理念指导下用消除污染的思想、方法、技术对常规实验进行改革和发展的结果,但微型化学实验离绿色化学的核心理念还有一定距离。绿色化学是利用化学原理和新化工技术,从源头上预防污染的化学,它使环境的治理从治标转向治本,尽可能采用无毒无害的原料,革新工艺过程,开发绿色合成技术和清洁生产工艺,减少污染物,实现“零排放”,生产环境友好产品。
绿色化学具有“原子经济性”,就是在化学反应过程中充分利用分子中的每个原子来重新组合形成新的分子,不浪费一个原子。因此,它既能充分利用资源,又能够实现防止污染,因为没有废物产生。它是一种理念,一种理想,是人们应该倾力追求的目标,它是21世纪的科学。
绿色化学是集化学、物理、生物、材料、信息等科学的最新理论成果和技术于一身的新兴边缘学科,它一经提出,就带有强烈的应用技术性及工程性。因此,不仅要求有深厚的化学功底,更要有广博的其他相关学科的知识才能去实现它,要有勇于探索的精神,要有接受失败考验的承受力,要有具大的信心,因为我们要实现的是一项伟大、艰难、有利于人类可持续发展的工程。
关键词:化学工程;节能;绿色化学;工程工艺
中图分类号:TE08 文献标识码: A
前言:进入21世纪以来,环境问题越来越严重,而且,随着人口的继续增加,能源的持续减少,不可再生资源已经临近枯竭,生活垃圾核工业污染物也在无情的破坏着生态环境,人与自然的矛盾就这样不断被激化。在化学生产过程中,通过不再使用有毒、有害的物质,不再产生以及处理废物,生产无污染无伤害的目的正是绿色化学的设想。这虽然只是设想,但通过改进化学技术和方法,是可以达到减少有危害的化学产物的,绿色化学工程与工艺正是为了保证人类健康、生态环境,为促进化学工业节能目标而实施的。
一、绿色化学工业的概念
总结我们前面所阐述的,我们可以把其定义为无污染化学,所以在进行绿色化学工艺的过程中所产生的某种手段就是绿色化学工业技术,利用其原理从根源对普通化学反应产生的破坏进行整治。就绿色化学的特点来说,有以下两点,第一,绿色化学的本质就在于适中保持人与自然的和谐相处,近几年的快速发展而导致的环境破坏也就加速了绿色化学的快速发展;第二呢,绿色化学形成的结果是对环境友好的,绿色化学可以渐渐对付各种环境中产生的不利人类和自然发展
的因素。
但是究其根基,绿色化学是对环境的保护以及防范;而我们所说的环境化学就是对预防之后而无法达到效果的环境进行进一步的革新和处理,所以绿色化学和环境化学在起点和终点都是不一样的。那么在其反应过程中,对于有害物质进行摈弃,就可以制止不利产物的生成,但是在当前发展来看,这种想法只停留在表层,但是我们相信,通过科学家们的不断努力,这种想法终究会实现的。
二、传统化学与绿色化学的根本区别
化学可以理解为是研究从反应物向其生成物转化的的科学。传统化学在一定程度上是以资源过渡消耗和环境严重污染为代价的先污染后治理的化学工艺,其导致的危害是资源不可再生和环境污染,严重地威胁着人类生存和可持续发展,如目前全世界每年产生的废物达3-4 亿吨;而绿色化学(也称为环境友好化学)是从源头上防止环境污染的新兴科学。虽然传统的化学与绿色化学都为人类生活做出了巨大贡献,但绿色化学的根本思想是运用高选择性和原子经济性的反应,使用无毒无害的助剂、原料,生成环境友好的产品,而且经济合理,从而在节约资源的同时变废为宝。
绿色化学是对传统化学思维模式的革新和发展,也就是说,绿色化学可简单地描述为在化工生产反应过程中,改变了传统化学的“先污染后治理”,是“从源头上消除污染”,尽量不使用有毒有害物质,并减少或不生产废弃物和有毒有害物质。近年来的绿色化学发展,充分体现了绿色化学与可持续发展之间的密切关系,
因此,绿色化学也被称为“绿色与可持续化学”。
三、绿色化学应遵循的基本原则
1、污染预防优于末端治理污染;
2、尽可能的不用分离溶剂、试剂等辅助物质,若是不得已使用时,也应该是无毒、无害的;
3、在采用生产方法中尽量不使用和不产生对人类健康和对环境有毒有害的物质;
4、合成方法应具原子经济性(atom economy),原料分子中的原子更多或全部地进入最终的产品是原子经济性的核心目标。绿色化学的原子经济性有两个显著有点:一是最大程度地利用了原材料,二是最大程度地减少排放废弃物;
5、使用高选择性的催化剂优于化学计量试剂;
6、生产过程能耗应最低且在温和的压力和温度下进行;
7、设计具有高使用效益、低环境毒性的化学品;
8、在技术可行和经济合理的前提下,尽可能地使用可再生原料;
9、尽量减少或避免非必要的衍生反应步骤(如使用物理化学过程、屏蔽基团、保护复原的临时性变更等);
10、选择参与化学过程的物质,尽量避免发生意外事故的风险;
11、化学产品在使用完后应能降解成可以进入自然生态循环无害的物质;
12、发展适时分析技术以监控有害物质的形成。
四、绿色化学工程与工艺的开发
传统的化学工程与工艺对有害污染物的处理很被动,有滞后性,并且达不到根除污染物的效果,不但治理成本高,而且治标不治本。比如利用烟气除尘、脱硫,虽然净化了气体,却把污染物转化成了废渣废水,不但没有解决问题,反应复杂了处理方式。绿色化学工程与工艺,以零排放、清洁生产为原则,从化学反应着手,对污染进行有效的防止和控制。
1、采用绿色化学原料
化学生产原料是决定化学生产流程和工艺的主要因素,传统化学工程采用的绿色原料大多为不可再生能源,选取这种化学材料,不仅增大了我国不可再生能源的消耗量,同时也增加了化学生产污染物质的排放量,所以采用绿色化学原料是绿色化学工程重点研发项目,选用可再生、无污染的化学原料,如自然物质、绿色化学物质等。苞米杆、芦苇、纤维植物等农副产品废弃物,这些物质是典型的绿色化学原料,将其投入到化工生产中,可以转化成醇、酮、酸类的化学品,在转化过程中,这些化学原料只会产生氢气,不会产生任何有毒、有害物质。
2、采用高效高选择性的反应原料
对于化学工业来说,化学反应是决定化学工业生产过程中生产成本和生产难度、充分利用化学资源等各方面的重要性因素。可以降低工业生产的成本,而且能够提高产物纯度,减少无效反应产物的排放,节约化学资源,在化学工业中,有机物的反应复杂,研究机制不确定,所以选择合适的反应原料,不断提高工业技术是对化学工业的发展有着重要的意义。
3、提高化学反应的选择性
烃类选择性氧化是一类具有强放热性的反应,石油化工工业中时常发生这种反应,但是,它的生成物不稳定,很容易被进一步氧化,生成H2O和CO2。在各类的催化反应中,此反应一般不会被选择,因为有时生成物中还会存在同分异构提,不利于得到最终产物,所以,为了简化生产,一般都会使用选择性高的试剂。这样不仅可以降低分离产品和纯化产品的难度,还提高了反应的选择性,还能够起到降低成本,节约资源,减少环境污染的作用。所以加强这一方面的研究会有很强的实用性,比如开发载氧能力强、选择性好的新型催化剂,就可以应对不同的烃类氧化反应。
4、采用无毒无害的化学催化剂
近年来,化学反应越来越多的应用到了工业化的生产中,而催化剂对提高反应速率有着明显的效果,所以开发新型高效、无毒无害的催化剂以成为绿色化学工艺的发展方向之一。如今,相关部门都在研发新的烷基化固相催化剂,此外,分子筛催化剂也得到了很好的开发和应用。
五、寻找高效绿色的化学催化剂对提升工业生产水平的作用
1、 污染治理
目前,化学工业有其是石油、化工、煤炭等重工业对环境造成重大污染,危害生存环境,破坏原有生态平衡,威胁人类生存。引起国际上广泛关注,美国
1996年设立“绿色化学挑战奖”表彰在绿色化学领域中做出贡献的人。绿色化学的目标就是从化学生产的源头上实现环境治理,消除环境污染,绿色化学改变了传统化学工业先污染后治理的模式,实现预防、监测、零污染,预先环境治理,保护环境,资源可持续发展。
2、优化资源
化学工业绝大多数工艺都是上个世纪开发的,受技术发展的限制,化工领域是劳动密集型产业,高耗能、重污染、浪费原料、劳动力成本高,对大气、水和土壤等环境排放高。使产品成本中附带原料浪费、能源消耗、污染治理等成本。据统计,美国化工业1992年用于环保经费达1150亿美元,治理污染经费达7000亿美元,化学品销售中资源节约和环境治理成本提升。绿色化学从约资源方面,提高使用效率,减少环境破坏,降低新产品经济成本,有利于倡导节约型社会。
3、节能减排
节能减排就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放。世界各国都制定了相关计划来实现这一目标,美国绿色化学目标:2020年将废弃物减少40-50%,化学生产行业消耗原材料降低20-25%。日本制定新阳光计划,在环境化学领域倡导绿色技术,减少环境污染,发展减排新技术应用。中国2006年提出降低能源消耗和对外石油依赖,希望2010年,单位GDP能耗比2005年降低两成、主要污染物排放减少一成。2013年国家发改委表示,为确保今后节能减排目标、推进绿色低碳发展,深入推进节能减排各项工作。绿色化学正是实现节能减排和环境保护重要工具。国家倡导在重点领域节能减排,推进企业节能低碳行动,开展绿色化工行动,加强环境治理,加大治理力度,引导循环经济,着力增强全民节能减排意识,实现共创和谐社会,建设美好家园。
4、化学工业中绿色化学的应用
绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染,做到完全无公害无污染,因此它又被称为清洁化学,应用范围广泛,它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科。工业中化学反应发生的条件一般都是高温高压,在反应过程中,只有适宜的温度和压力才能使用现代化学工业的技术,另外加上绿色化学的高效催化剂,这项工程才得以不断发展。例如上文提到的低维材料碳纳米管,催化裂解反应中有很大的化学功效。
5、化学工业中绿色化学和现代生物结合的应用。
讲到了催化剂,这就涉及到另外的技术性学科生物技术。生物技术的就是高科技与高端专业知识结合的产物,学科内又分为细胞工程、基因工程、胚胎工程等等。在化学产业中主要应用于生物化学。在化学工业生产过程中,选取有机的生物材料,主要是动植物的原料,另外也会采用他们经过上千年演变的产物―地下的煤炭等。催化剂主要由人工催化剂和自然催化剂,分别由人工合成以及采用天然动植物的生物酶。这样能够满足现代化学工业发展的需要,同时也能切合可持续发展的指导思想,节约能源,维持现在生态平衡的状态,推动化学工业发展。
六、结束语
综上所述,可持续发展在当今社会显得越来越重要,因此化学工业生产中也要遵循这个指导性思想,采用选择性高的原材料,节能减排,利用高新化学催化剂,最大程度的减少污染物排放,不断增高有效产物纯度,在资源有限的前提下,保护生态环境,维护现有的生态平衡。绿色化学在整个化学工业的发展中,有着实质性的意义,高新技术性产物催化剂的使用能改变现有产业结构和传统的生产过程,加速化学工业发展。
参考文献:
[1]于贺. 论绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用[J]. 科技与企业,2013,05.
[2]李丽,王超. 论绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用[J]. 化工管理,2014,05.