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关键词:绿色化学;理念;高校;化学教育
绿色化学,又称为环境无害化学、清洁化学,是利用化学的技术与方法降低或消除化学产品设计、制造与应用中有害物质的使用与生产,使设计的化学产品或过程更加环保,是一门从源头上减少污染的化学。绿色化学不管是在工业化学、生态化学还是化学教育中都有着重要的意义。化学教育作为培养化学人才的首要途径,将绿色化学应用到高校日常教学中,是培养绿色化学人才、环保型人才、节约型人才的主要方式。
一、绿色化学在高校化学教育中的重要性
1.绿色化学教育是绿色科技发展的重要基础
绿色化学必将推进绿色能源工业、绿色农业的发展,因而可知,绿色化学在绿色科技的成长中扮演着重要的角色,绿色化学的应用,提高了高校培养人才的质量,成为绿色科技发展的主要根基,也是顺应我国可持续发展战略的重要表现。
2.绿色化学是高校化学教学的重要组成部分
高校化学教育课程不只是传授学生化学知识、指导实验,高校化学教育旨在培养综合性、创新性人才。随着国家可持续发展战略的实施,各高校加倍重视绿色人才的培养。将绿色化学融入高校化学课堂中,对完善、优化高校教育教学有着重要的意义,是当下高校改革的重要部分。例如,在化学实验中选用绿色材料,化学废物利用、尾气收集无害化处理等,大力提倡微实验,提高化学教育教学水平。
3.绿色化学能够有效提高大学生绿色意识
人的意识是具有能动作用的,具备良好的绿色意识能够更好地从行动上保护环境,维护环境的可持续发展。在学习绿色化学的过程中,不仅要在常识和技术上“绿色化”,更要在思想上意识到试验“绿色化”的重要性才能有效地在日常的行为中体现“绿色化”,才能通过绿色意识指导绿色行为。
4.绿色化学是当前高校化学教育发展的需要
随着环境污染的不断加剧,社会在保护环境、促进可持续发展方面的呼声日益激烈。在这样的大背景下,化学教育更应该适应当下市场需求,走绿色道路,因此绿色化学符合高校化学教学、培养新型人才的需求。
二、绿色化学在高校化学教育的应用
1.绿色化学在高校化学课堂中的应用
课堂是大学生学习成长的主要场所,教师所采取的教学方法、教学理念等都对学生的学习有着直接影响。在教学理念上,化学教师必须树立良好的绿色化学理念,将理念贯彻到实际的课堂教学中;在案例分析上,列举具备绿色化学的例子进行案例分析,使学生充分认识绿色化学的作用;在行为操作上,教师在进行试验演示过程中采用绿色化学材料,回收有害气体,实现废物循环利用等。
2.绿色化学在高校化学实验中的应用
化学实验是化学知识传递过程中必不可少的一个重要步骤。高校化学教育中,每一个学生都在进行不同的实验,因此会产生大量的化学垃圾,对环境造成严重的影响。微实验便是绿色化学应用在化学实验中的典型例子,微实验强调规模小、简单化、用料少、效果好,在实验中减少使用化学材料,回收利用化学反应物等都是绿色化学所提倡的,是应用绿色化学的重要表现。
3.绿色化学在高校课题中的应用
高校课题中,特别是化学课题,通过钻研学习课题能更好地发现问题、分析问题、解决问题,是众多化学成果诞生的地方。传统的课题不仅消耗资源,同时造成环境的污染,研究者为了得到成果并不在乎过程所消耗的人力、物力,也不在乎是否造成污染,属于“粗放型”课程。然而绿色化学促使化学课题转向环保、节约、可持续的“集约型”课题。绿色化学促使转变课题观念,注重绿色环保;在原料上,使用绿色原料,减少课题过程中产生的污染;在规模与次数上,逐渐实行“微实验”,提高效率,减少实验次数。将绿色化学应用到化学课题中,是从根源出发,从开始到结束均采用绿色技术,达到环保目的。
4.绿色化学在大学生练习实践中的应用
身为材料化学专业的学生,往往需要外出进行化学检测,如污水检测、水泥性能检测以及高分子材料检测等一系列的练习与实践,这一类的练习实践需要绿色化学技术作为支撑。将练习实践中出现的污染问题运用绿色化学进行分析,并提出有效的治理办法。例如有污水净化、高聚物降解、粉尘吸收等。
化学教育的目的主要是培养适合社会发展需求的化学人才,当前社会对于绿色人才、绿色技术的需求量非常大。绿色化学在高校化学教育中的应用是顺应社会发展的需求,是促进国家可持续发展的重要表现。
参考文献:
[1]仲崇丽.绿色化学导论[M].北京:化学工业出版社,2000.
一、绿色化学的现代内涵
绿色化学(Green Chemistry)概念从一提出来,就明确了它的目标,是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大限度地节约了能源,在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的过程为零排放和零污染,具体内涵体现在五“R”上。
1.减量(Reduction)――减量是从节省资源、少污染角度提出的,包括两层意思:(1)减少资源用量,在保证产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率,减少损失率;(2)减少“三废”排放量,主要是减少废气、废水和废渣(副产物)排放量,特别是排放废水量必须降低到一定标准以下。
2.重复使用(Reuse)――重复使用不仅是降低成本的需要,而且是减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。
3.回收(Recycling)――回收可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求。回收包括:回收未反应的原料,回收副产物(含“三废”),回收助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。化学工业产生中的循环操作程序就是一种常见的回收方式。
4.再生(Regeneration)――再生是变废为宝、节省资源能源、减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在它设计的开始,就应考虑到有关原材料的再生利用,特别高分子材料的再生显得尤为重要。
5.拒用(Rejection)――拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的药品原料,拒绝在化学反应过程中使用。在学术界日益重视的绿色化学现代内涵已得到理解,绿色化学概念在工业上也已日渐得到认可,但它的概念与内涵在教学中也应得到贯彻,它的应用在实验中也应得到推广。特别是中学化学教学,面对的是接受启蒙化学教育的中学生,贯彻绿色化学内涵,推广绿色化学成果显得尤为重要。
二、绿色化学教育实施策略
1.宣传绿色化学,增强环保意识。
要让学生把绿色化学理念变为自觉的行动,树立正确对待环境的态度,培养学生改造和优化环境的意识和能力,就必须让学生接受绿色化学的思想。在教学中要充分利用教材资源,有计划、有目的地对学生进行宣传教育。对学生进行环境教育,首先要使学生对环境保护的重要性、必要性和紧迫性有清醒的认识。环境危机意识是环境教育最适宜的切入点。利用化学学科优势,教师可以点带面,介绍环境污染及其危害,逐步树立学生的环境忧患意识,从而培养学生的绿色化学思想及可持续发展战略。例如:在讲化学“硫和氮的氧化物”一节时,先让学生阅读“图4-19空气质量日报”,并让学生相互讨论工业生产对环境造成的污染的严重性,让其认识到保护环境、防止污染的重要性和紧迫性。明确发展经济不能走先污染再治理的老路,要提倡绿色化学,从源头上减少和消除工业生产对环境的污染,从而树立学生的绿色化学思想。
2.重视实验教学,渗透绿色化学理念。
在实验教学中贯彻绿色化学观点,实验教学与绿色化学联系最为紧密、最为直接,在实验教学中贯彻绿色化学思想最为重要。因此,为了适应绿色化学新要求,中学化学实验必须进行改革。
(1)要大力推行微型实验。要对常见实验仪器进行微缩,对常用试剂要给出限量,实验中除了可使用已研制成功的井穴板等微型仪器,还可以把容量瓶、烧瓶、启普发生器等微型化。在微型化带来实验现象不明显时,可借助现代化辅助教学手段把实验结果放大。
(2)要努力改革实验方式。有些颜色变化明显的定性实验可放在点滴板中进行,如指示剂与酸或碱作用实验、Fe3+的显色实验等,有些定性实验可放在滤纸上完成,如电解饱和食盐水,检验醛基存在等。
(3)要设法改进和创造性演示有关实验。课本中有些实验仍有危险性,硝基苯及苯有毒,硝基苯、溴苯制备实验可以用多媒体演示;在NO2制备、铜与浓硫酸反应、氯气的制备等实验中可以连接尾气装置;对H2和O2、Cl2与H2等的爆鸣实验可以进行改进。
(4)正确处理实验废弃物。化学实验产生的废水、废气、废渣等都会对周围环境造成不同程度的污染。如果我们对这些废弃物进行合理利用,不仅可以减少对环境的污染,而且可以变废为宝。对于废液的处理,实验室应建有专门的废酸槽和废碱槽。在实验操作中要求学生,每次实验完毕后的废液,一定要在指定处倾倒。对于含贵重金属的废液,要经化学处理回收后再排放。比如做了银镜反应后,试管中的银镜用稀硝酸清洗后的废液可集中收集起来,可以回收其中的贵重金属银。对于废气的处理要做好尾气的吸收或回收再利用。对于Cl2等有毒气体的制取,要用相应的试剂进行尾气处理。
3.精心设计作业,巩固绿色化学理念。
关键词:“可持续发展” 环境意识 做法 问题
一、培养“可持续发展”的环境意识――我们的做法
我们以资源问题为切入点,使学生领会“可持续发展”理论,在教学中增加了资源利用及资源状况方面的介绍。我们通过元素化合物性质、用途、制法的教学,培养学生的“可持续发展”的价值观。“可持续发展”的价值观,即对未来负责,做到人类与非生物界、国家与地区间及考虑代际间的公平,从后代的角度考虑当代人的行为;认识到真正的生活质量,体现在解决物质贫困问题的同时,应解决精神的贫困和生态的贫困。培养学生“可持续发展”的价值观和态度,将有利于指导和规范学生的环境行为,是学生环境行为的先导和动力,使学生学会了用民族的,历史的,世界的观念看问题,是培养学生“可持续发展”意识的关键点。
我们以元素化合物知识为桥梁,使学生用辩证地观点认识物质既有有利的一面又有不利的一面,让学生用批判性思维来考虑这些物质的使用会给世界带来哪些影响。如磷元素是植物生长的营养元素,含磷化合物进入水体,少量促进植物生长,过量则使水中植物疯长,引起水体富营养化,造成水体变黑、变臭。我国生产的洗衣粉大多为含磷洗衣粉,它们的大量使用是造成水体污染的重要原因之一,而水体污染严重影响了人类的生存与发展。
再有,结合一些重要化工原料的在工业、农业、医药等领域应用的实际,引导学生用“可持续发展”的价值观来分析这些生产及科研,强调在其过程中要注意资源的利用率,降低能耗,并进行“三废”的合理回收和再利用。这是“可持续发展”环境问题的具体体现。
我们以实验教学为手段,培养学生“可持续发展”的态度和行为。实验是化学教学的重要手段,也是进行环境教育的极好时机。实验需要使用各种试剂,会排出相当数量的成分复杂的废气、废水、废渣,它们不仅对实验环境构成一定威胁,也对周围环境构成一定危害。在实验教学时始终强调按量用药品,以减少污染物的排放,并使药品得到有效利用;规定将实验废弃物放到统一地点,统一回收处理。在实验前讲明道理,使学生自觉规范自己的行为。教师对实验操作既坚持严格要求,又发挥学生主体作用,尽可能提供实验设计和操作机会。
二、培养“可持续发展”的环境意识――要解决的问题
(一)树立“可持续发展”的环境教育观
教师是否具有“可持续发展”的环境教育观念,是环境教育能否顺利转向“可持续发展”的环境教育的关键。首先,教师要努力更新自己的知识结构,了解“可持续发展”的有关理论、思想,研究“可持续发展”教育、环境教育以及化学教育的结合点,探讨在化学教学中渗透“可持续发展”环境教育的目标、内容,探索“可持续发展”环境教育的方法、情境等,以适应“可持续发展”环境教育的需要。其次教师要重新认识化学,认识化学在人类“可持续发展”的进程中,在人与自然平等、和谐关系中的地位和作用,了解“绿色化学”的思想、意义及内容。义不容辞地承担起普及、宣传、研究“绿色化学”的责任。
(二)明确“可持续发展”环境教育的目标
在化学教学中进行“可持续发展”的环境教育的目标包括三方面:
1、知识与技能目标――关于环境的教育:从化学的角度去解释环境和从环境的角度去认识化学,获得化学与环境及环境问题的有关经验,以及研究绿色化学和用化学知识解决环境问题的技能。2、过程与方法目标――在环境中的教育:利用各种教学资源,提供参与各种层次用化学知识解决环境问题和研究绿色化学的机会,培养学生的参与意识,养成良好的环境行为习惯。3、情感、态度、价值观目标――为了环境的教育:树立可持续发展观、环境道德观、环境价值观及关心环境的情感等。
(三)确立“可持续发展”环境教育的内容
从化学的角度去解释环境及环境问题,包括两个方面的内容:1、化学与环境污染,如:酸雨、温室效应、臭氧层空洞、水污染、大气污染、土壤污染、化学品污染及典型环境公害事件等等;2、化学与清洁环境,如化学在清洁环境中的作用、方法等。
从“可持续发展”高度重新认识化学,了解绿色化学的思想、意义和内容,如果说“可持续发展”是人类关于生存和发展思想的抽象表述的话,那么“绿色”则是这一思想生动、形象的表达。绿色是生命世界的原色。她孕育了生命,预示着人类的诞生和未来,也是和平、美好的象征。崇尚绿色,是对自然、对人以外的生命的尊重,是对人和自然和谐相处境界的渴望和追求。因此,绿色不仅仅是绿化,更是一种理念、一份责任。绿色化学是绿色科技的重要组成部分,是以“可持续发展”思想为指导,研究和设计没有(或尽可能少的)环境负作用,在技术上和经济上可行的化学品与化学过程。
(四)充分利用各种途径进行“可持续发展”的环境教育
可以让学生通过检测学校的环境,对学校的环境状况(空气质量、水质情况、垃圾处理等)作出评价,并将其与自己的利益和行为联系起来,从而使他们主动地关心、爱护学校的环境,并将环境意识、对环境的情感外化为自觉的、具体的环境行为,积极参与改善学校环境的活动。如参与学校有关环境政策方面的讨论和决策;倡导改善学校环境的良好行为;提倡对学校的垃圾进行分类处理;举办废物再利用作品展览;提出改善空气质量的措施等等。
把绿色意识带到家里去,影响家庭成员的环境行为,使他们也成为关心环境的积极行动者。如与家长签定"绿色公约",让每个家庭成为绿色消费者:购买绿色产品(即环境标志产品:无氟冰箱、摩丝、定型发胶,无磷洗衣粉,无铅汽油等),不用或少用塑料袋,节约并循环用水,垃圾分装。
学生作为社区的一分子,对社区的“可持续发展”负有义务和责任。而社区也为学生参与社会实践,让化学走入社会、走入生活提供了一个舞台。因此,把“可持续发展”的环境教育与社区的环境、发展联系起来是化学教育的一个新思路。如:与社区建立联系,了解社区有关环境的政策;对社区的环境状况进行调查,并就改善社区的环境提出建议;进行有关化学与环境、化学与生活、化学与社会方面的知识宣传;倡导健康、有益的“可持续发展”的绿色生活方式等等。
今天的学生将是明天的公民,培养“可持续发展”的环境意识是现阶段我们不可推卸的责任。我国的经济发展不能以牺牲环境为代价,因为环境一旦被破坏,则无论如何不可复原,如果说发达国家是这样走过来的,现在不也发展的很好吗,那是因为他们有几代人的资本积累、较少的人口、缓慢的经济发展速度等所造成的,然而,这些都是我们所不具备的,所以,我国的经济发展一开始就走“可持续发展”的道路是我们的必由之路。
参考文献:
1.张国锐,《可持续发展》课件,中央电教馆教师进修资源中心。
关键词: 高中化学课堂 教学策略 学习兴趣 研究性学习
化学在我们的现实生活中,因创造出更多的新物质而丰富人类的生活,在满足人类物质生活不断提高的同时,又得担负起防止环境问题的产生和恶化的责任。因此化学与人类的生活质量密切相关,高中化学教育的生命力不仅只是在“高考”了,而是需要有机结合社会生活实际,创设适宜的教学情境,让学生“触景生情”,感受到学有所用,从而产生求知欲望,形成社会责任感,强化学习动机,从为单纯的高考而进行的高强度、枯燥的学习转向主动、积极的探索性学习,提高化学教学的生命力。下面是我在高中化学教学中对此所做的初步探索。
一、适时结合教材,介绍资源危机和环境危机,介绍化学所起的作用,激发学生的社会责任和忧患意识。
人口、能源、环境是人类发展面临的三大问题,由于全球的工业化速度加快,资源的开采在加速进行,人类必须处理好人类发展与各种有限的自然资源之间的矛盾。比如,在石油和煤的教学中,让学生通过查阅相关资料了解我国在化石能源方面所面临的压力,树立能源危机意识,激励学生勤奋学习,努力成为为未来社会的发展去发现新能源的先驱探索者。人类的生存与发展离不开环境,人类在追求更高生活标准时,会对环境资源无限度地、盲目地索取,且因追求所谓的“GDP”,漠视有些厂商随意地、毫不负责地把各种废弃物投入到环境中,造成各种环境污染。在进行环保方面的教学时,可让学生通过查阅资料,调查访问,实践探究,使学生了解当前我国经济发展与发展之间日益突出的矛盾,认识到解决这些矛盾除政策性法规外,化学的功能是不可或缺的。
二、结合人类社会发展进步实际,介绍化学所起的作用,激发学生学习化学的兴趣。
“火”是自然界中一种化学现象,是火这种化学现象“照耀”着人类一步一步走向光明;冶金技术的发展推动了世界第一次技术革命,为社会的发展提供了性能好的金属材料;原电池的发明推动了世界第二次技术革命,原电池是将化学能转化为电能,其中交流电的诞生,是人类对化学能的利用的又一个创新,使人类进入了电气化时代;半导体材料的发现与制取推动了世界第三次技术革命,20世纪40年代,世界诞生第一台电子计算机,这是由硅、锗作基本材料的集成电路所形成的微电子技术创造的奇迹。纵观人类社会的发展,这些巨大进步,化学起了关键作用。二十一世纪的人类未来社会,化学对人类文明的继续发展扮演着更为重要的角色。
三、结合身边生活实际,介绍化学能提高人们的生活质量,唤醒学生社会责任感。
化学能提高人类生活质量,这是每一个人和每一个国家都能感受到的事实。如食物的保鲜与防腐,目前人们找到或合成了易变食物保鲜、防腐、无害的化学试剂,极大地改善了人们的生活条件。又如,化学科学家制造出高纯度的硅,在高纯度的硅中加入适量的铜或银制成芯片,这块小小的芯片使信息传播更为快捷,彻底改变了社会生活节奏,给人们带来了全新的社会生活理念,极大地促进了社会生产力的发展,使整个地球变得像一个村子一样,人们和睦友好地相处在一起;化学影响着环境,目前人类可利用某些特殊反应中的能量变化来改善居住环境,如墙体保温、人工降雨。以上几个实例都说明了化学科学就在我们身边,它的发展极大地促进了人类社会进步,提高了人们的生活质量,同时整个社会也越来越成为一个系统工程,每个人在接受别人提供服务时,自己也必然要承担一份责任。
四、结合社会热点问题,从化学科学方面寻求突破,让学生明确历史使命。
目前人类生存与发展所面临的最大挑战就是能源和环境问题。这两大问题严重影响着人类的可持续发展,应当看到,环境问题的出现和持续恶化,是人类忽视了应当与环境保持和谐关系的结果,然而要解决这些问题,就要借助于化学手段,这个责任就落在当代学子身上。第一是开发新能源;第二是用化学方法消除环境污染。世界性的能源危机正向人类袭击,而我国人口众多,将面临更为严重的挑战。目前摆在人类面前的四大环境问题是:工业三废的大量排放、酸雨、温室效应、臭氧空洞,这些环境问题主要是由化学反应引起,因此也需要通过化学来消除其污染。
五、开展研究性学习,在社会实践活动中尝试学以致用,让学生体验成功喜悦。
研究性学习是新课标理念下一种新的学习思维方式,其本质是调动学生主动学习的积极性,让学生参与到学习过程中,去发现问题、思考问题,运用科学方法分析和解决问题,在实践中产生积极体验、感受成功乐趣,从而由被动接受转向于主动探究,产生持久的学习热情和掌握终身能自主学习的方法。比如利用假期深入到闭塞的偏远地区,进行社会调查,向当地人们推广科普知识;对学校周边环境污染展开社会实践调查,提出合理解决议案;再就是鼓励学生对课本实验大胆质疑,在老师的指引下开展自主性探究性实验。这样学生在体验中进步,同时也培养了学生的科学素养。
学习、实践、收获才是学生学习的原动力和生命力,若纯为高考而教而学,就只会使课堂沉闷,没有生命的活力。
参考文献:
[1]徐汉生.绿色化学导论[M].武汉大学出版社,2002.
新课程改革教学方式教育教学观念
一、新课程课堂教学改革要求实现观念转变
1.观念是思想,观念是生命
教育教学的本质是催生新观念的过程,而不是传递现成知识技能的过程。任何年龄阶段、任何发展水平的任何学生都是带着自己的观念进入教学过程的,因此教学的首要任务就是倾听学生自己的观念,而同时教师的观念又是课堂生命力的源泉。如在讲授配置一定物质的量浓度溶液的实验时,我很自然地想到先给学生明确实验的步骤、注意事项等,要求学生严格按照课本上的实验规程进行实验,可谓目标明确、结构严谨、层次清晰,结果却发现课堂中师生交流严重受阻,课堂气氛沉闷死寂,就连几个平时喜欢化学课的学生也极少投入课堂讨论,只是机械地记录我提供的笔记。也许通过课堂的讲授,原来计划的教学目标是基本达到了,但通过这节课,学生学习化学的兴趣,发表自己看法的习惯,自主学习的态度却丧失了。是什么原因造成这样的局面呢?反思自己的教学设计和授课过程,发现了一个严重的不足:没能考虑学生的主体意识,一味强调知识的传授和落实。
2.改变教学方法,由学生自己去阅读实验规程,让他们自己去发现问题,并提出问题的解决方案
例如,在转移溶液时用玻璃棒移液体,学生常出现液体溅洒出容量瓶的现象,而且也比较难操作,在做实验时,有的学生提出怎样才能既完成实验目的,又操作简便的方法。问题产生了,学生自己提出了他们想要研究的问题,我就因势利导,我先不回答学生的问题,而是问他们自己是否有什么改进措施。我没有直接下结论,只是提供相关的仪器,让他们自己去验证。而且随着验证的深入,他们提出的问题越来越多,也对配置一定物质的量浓度溶液的实验掌握越来越深刻。我真切地感受到每一个学生的心灵不断诞生精彩的观念,犹如姹紫焉红的鲜花在春天绽放。正如布鲁纳说:“学习的最好刺激,乃是对所学材料的兴趣,而不是诸如等级或竞争等外来目标”。布鲁纳在这里实质上提出这样一个问题,我们的教学究竟是把现成的结论通过讲解放在学生面前,让他们去记取呢?还是通过引导、启发,让学生从已知的材料中概括出应有的原理。布鲁纳提出发现法的本意是后者而不是前者,学生经历了分析的过程,以后再碰到这样的问题,他也能够自己去查找相关资料,去分析,去创造。
有一些学生,喜欢课前把当天要上的课先预习,然后上课时积极发言,以得到老师的表扬。以传统教学观点看,这是一个让老师又喜又忧的事。喜的是课前学生预习,教学起来效果好;忧的是有可能打破教师的教学计划。传统教学的习惯是:一个新授课,要一层一层地去剖析知识,直到最后水到渠成,自然地揭示出主题,达到目标。这以前被认为是很成功的课。但教师经常会遇到这样的情况,刚一上课,有学生就一股脑地全说出来了,精心的准备被打乱。
对这种情况,我们现在要以新的观念去看它。学生本来就有强烈的好奇心,不知道的,他想去了解,知道的他又想说出来,表现一下。这是很正常的。教师应该摒弃以前的观点。正好利用这点来激发学生进一步求知的欲望,发挥他们的主观能动性,培养他们主动学习的意识。
二、新课程课堂教学改革要求教师转变角色,注重观察学生的思维方式、学习过程
新课程理念上,大多教师都能够接受,但真正落实到课堂教学中,甚至很多具体的细节问题上,教师是否能很快转变,学生的需要是否真正地被注意和重视,这可能是教师首先要解决的问题。在上课的时候,教师应多想想,学生都在干什么、想什么,他们到底需要什么,我该怎么教,更多地把关注点真正地放在学生身上。
例如,在进行Fe(OH)2的制取实验时,我除了按照教材的要求准备好实验仪器药品外,还每组学生实验桌上多放了一支长滴管和一瓶花生油。在学生进行实验时,我发现多数学生是按照基本的操作规程进行:将NaOH溶液滴加在盛有FeCl2溶液的试管里。由于氧气氧化的作用(课本上有相关的化学方程式),这些学生得到的都是灰绿色的沉淀,这与课本上所讲的Fe(OH)2是灰白色的沉淀不同。我同时注意到,有一组学生在得到灰绿色的沉淀后,第二次实验的时候使用了长滴管吸取NaOH溶液,并将长滴管伸入到FeCl2溶液中将NaOH溶液挤出,得到了灰白色的沉淀,但很快又变成灰绿色沉淀,接着他们又观察了实验仪器药品,他们利用了花生油,第三次的实验效果比较好,他们周围的同学也纷纷仿效。在实验告一段落后,我提问了他们,他们大胆地说出了自己的做法,我除了鼓励他们的做法,还引发其他学生思考:“有什么不一样”“他的方法可以吗”。实际上,学生在听到一种完全不同的做法时,他的智力是在接受挑战的,他的思维是在接受碰撞的。教育的目的之一,就是要引发这种碰撞并且引导学生去深入思考,开阔思维,并引发创新的欲望。很显然,观察学生的思维方式、学习过程,发现其中的闪光点,就成为教师在新课程课堂上必备的能力。同时教师要充分相信学生的能力,学生自身就是最可利用的课程资源。教师是一个组织者、引导者、评价者,而不是什么都在学生之上,什么都懂的传统师者形象。新颖的学习方式:自主、合作、探究等都将教师从传统角色中解脱出来。这些方式,也是教师可以充分发挥的无形资源。
三、结语
综上所述,教师只要掌握了规律性的、本质的为人师的责任和道理,摆正自己的位置和角色,就不怕课堂上学生出现的各种情况。这种角色的变化,的确对教师在教学的组织、引导方面有着更专业化的要求,但绝对是教师可以达到的要求。
参考文献:
[1]普通高中化学课程标准实验教科书.课程教材研究所人民教育出版社.
[2]仇艳辉.魏书生“商量”的艺术.2004.
随着科学的发展和市场需求指数的上升,加上人们化妆求美标准的提高,仅靠动植物中的提取物的搅拌、压榨等工艺,远不能满足人们想通过化妆求美和掩盖缺陷及追求个性化的心理,于是通过化学提取的方式获得更多用途的合成化妆品诞生了,到今天化妆品已经成为人们肌肤养护、社交、求美、彰显个性的必须品,大举进入千家万户。
在人类朝着更加文明与进步的方向发展的今天,人们崇尚绿色和纯天然。绿色与纯天然是一对理想化的生活目标,当自然科学与生物科学在化学的作用下,日益被广泛应用并取得很大发展,成为人们生活中的主要部分时,说明化学与生命科学已经走进我们的生活。
然而,也有一些人陷入误区,摒弃化学合成化妆品而崇尚纯天然,崇尚绿色化妆品。于是一些化妆品生产厂家投其所好,就在“绿色和纯天然”概念上做起文章,在大小商店里人们随处可见,那些打着“天然”、“绿色”、“草本”、“精华”化妆品迎合着消费者的口味。化妆品作为市场渐进成熟的一个品类族群,在受到人们追捧的同时,假冒伪劣品也开始趁机而入,各种损害消费者利益的事例逐渐被媒体曝光并受到指责,
其实化妆品族中到底有多少纯天然的绿色产品呢,从各种资料上看,市场上几乎没有100%纯天然的美容化妆品,只有天然成分的质量与含量有所不同而已。实事求是地说,到今天为止世界上一些发达国家也没有对“天然”“绿色”化妆品有严格的界定标准。到底什么样的化妆产品算是绿色和纯天然呢,各国没有一个共同的标准。以香熏为例,在英国,法律明文规定,只要是美容产品中含有几分子的香精油,都可以列为具有香熏效果的产品一类。由此可见,天然美容产品还是一个很模糊的概念。国际某名牌的面膜、香皂、洗面奶的全球市场部经理SUE说,不管你采用大豆还是大米的提取物,消费者感觉舒服的产品就是好的产品,顾客的标准就是我们的标准。在德国对绿色和纯天然化妆品的理解是,健康的美容品都属天然品,因为天然和健康是相互依存的关系。美国的绿色产品协会认为,现在的消费者很聪明,他们中的大多数人都受到过良好教育,他们对产品有着较强的识别能力,有着较强的健康和环境意识。也就是说顾客自己本身具有分辨真假的能力,只要生产者为消费者提供已安全可靠的产品,加上绿色产品协会对天然产品了如指掌,随时为顾客提供可靠的信息支持,帮助消费者辨别真伪的咨询,基本就可以保证人们使用上对肌肤有保健功能的绿色产品了。
生产工艺告诉我们,含纯天然成分的美容化妆品,都需要一些特殊的保护措施才能使其配方不会发生质变,保证在出售时仍能保持出厂时的功效。使用纯天然和绿色原材料要求的一些生化技术,比生产普通美容品要难得多。真正的天然美容品一般都含有草本精华、维生素和植物萃取物,含化学成分少,这些成分肯定对皮肤有好处,作为一个正规的企业在生产化妆品时,尽量使用优质的天然原料并为顾客提供该产品说明书,让消费者明明白白购物。
有消息说,最近国家卫生部公开征求化妆品卫生规范修订意见,根据欧盟《化妆品卫生规范》,国家卫生部增加了800种禁用物质,其中大部分是含有致癌、致畸和生殖毒性杂质的石油裂解产物;还有欧盟2005年3月起实施的26个易引起过敏反应的香料名单,要求当这些物质达到一定量时,要在产品标识说明书上注名香料名称,以提醒消费者慎重使用。这个《意见》还增加了防晒化妆品长波紫外线防护评价方法、防晒化妆品防水性能测试评价方法,并强调,一般情况下,新开发的化妆品,在投放市场前应根据产品的类别,进行相应的检验以评定其安全性。新品取样要尽可能照顾到消费的代表性,以使新面市的化妆品能正确反映化妆品的质量特征。最新的一个资料显示,最近欧盟出台很人性化的防晒品标识新规定,提议防晒品必须重新按配方生产并更换包装上的标识,原因是有的自称具有防晒作用的护肤品,实际上不具有真正的功能,没有对皮肤起到应有的保护。为确保防晒品能最大限度地抵御可能造成皮肤癌的光线辐射,建议采用一种简单的四级警告系统,标明该产品可提供低、中、搞或很高的保护等级。据说,欧盟委员会将制定具有强制性的法律条款予以执行。
值得一提的是,DSM营养产业部个人护理产品2006年新产品会于4月25日在广州中召开,据说在此次会上,DSM全球个人护理品亚太技术经理说,DSM营养产品部在个人护理品行业一次推出三个新的原料,天然、安全、有效成为化妆品中的必然元素。新原料涉及防晒、护肤、护发三种不同方面,其中PARSOL TX是一种新的超细钛白粉,应用于无机防晒领域,能够很好地解决目前在欧洲和亚太地区市场上的防晒产品中BMDBM与二氧化钛的配伍问题,不易产生变色并显著提高人体的SPF值;ALL-Q plus是一种液态脂溶性抗氧化剂,包含了辅酶Q10和维生素E,体现了天然皮肤中辅酶Q10和维生素E联合存在的情况,共同构成了对氧化应激的防护;Beau-PlexVH则是一种多功能混合维生素护发产品,同时也含有对头发有益的五种维生素(E、C、B3、B5、B6),它的出现代表了化妆品原料市场绿色、阳光、健康的新趋势。
时间飞逝,眨眼间,两个星期的金工实习结束了,中间隔了个五一,在这短短的实习期间,我收益不少。
第一天我们做的是车工,我们分成两个小组,每个小组由一个老师带领,老师先给我们讲卧式车床的结构和一些基本操作及其工作原理,还亲自示范操作让我们看,边操作边说一些安全问题。然后让我们空车练习,等我们熟悉了操作就布置作业让我们做,老师要求我们把一个圆柱做成一边长20毫米,直径为10毫米的柱体,一边为长15毫米,直径为6毫米的柱体。
我们每人一台机器,各自按照老师的要求来加工零件。我先安装工件,安装工件时采用三爪自定心卡盘的方法,然后选择一把车刀,倾斜一定的角度,用来把端面削平,削光滑。接着校正工件,然后再选择另一把车刀,再调整车床的主轴转速和车刀的进给量,调整后主轴的转速是360转每分钟,然后是粗车和精车,粗车的目的是尽快地切去多余的金属层,使工件接近于最后的形状和尺寸,粗车后留下一定的加工余量。精车是切去余下少量的金属层以获得零件所求的精度和表面粗糙度。最后是纵向进给,纵向进给到所需长度时,关闭自动进给手柄,退处车刀,然后停车,检验。重复上述操作多次,直到达到老师的要求,然后再换另一边来加工工件,同样地安装工件,把端面削平,削光滑,然后校正工件,选择车刀……重复上述操作,直到把另一边也加工到老师要求的零件。在做的过程中,没发生什么安全事故,我们都按时完成了任务。我们做了一天,也站了一天,虽然有点累,但看到自己做的成品,就觉得是值得的了。
我觉得最需要耐心做的就是铸造了。铸造是指熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。用铸造方法得到的金属件称为铸件。铸造的方法很多,主要有砂型铸造,金属型铸造,压力铸造,离心铸造以及熔模铸造等,我们用的就是砂型铸造。我们用的造型材料是型砂,良好的型砂具备透气星,强度,耐火性,退让性等性能。
我们采用整模两箱造型,步骤如下:第一,造下砂型:将模样安放在底板上的砂箱内,采用两个定位销座,加型砂后用砂冲子捣紧,用刮砂板刮平。第二:造上型砂:翻转下型砂,按要求放好上砂箱,横浇口,直浇口棒和定位销,撤分型砂后加型砂造上型砂。第三:取出浇口棒并按要求扎通气孔。第四:开箱起模与合型:打开上型砂,起初模样,修型。第五:浇注后经落砂得铸件。其中最需要耐心的就是修补。修补不同的形状,需要用不同的工具,一不小心,就会越修越坏,这就需要小心翼翼,慢慢地修补,没耐心的人是做不好这一步的。在做的过程中,我们有不懂的就问老师,老师耐心地给我们讲解,还给我们做示范。我们上午做了一个模型,做得好的就浇注蜡得铸件。下午我们又做了另一个模型,下午做的时候,我们熟练多了,效率也提高了。
我觉得最有趣的就是化学加工了。首先是铝的阳极氧化。在适当的电解质溶液中,将金属作为阳极,在外电流的作用下,使其表面生成氧化膜的过程,称为阳极氧化。铝及其铝合金的阳极氧化膜有以下特点:一,氧化膜具有多孔结构,可使膜层对各种有机物,无机物,树脂,地蜡,染料及油漆等表现出良好的吸附能力,因此,膜层可用作涂装底层,也可将其染成各种不同的颜色,获得装饰的外观。二,氧化膜的硬度高,可以增强尽是表面的耐磨性能。三,氧化膜的耐蚀性好。铝氧化膜在大气中很稳定,具有较好的耐蚀性,为进一步提高膜的防护性能,阳极氧化后的膜层通常需要再进行封闭式或喷漆处理。四,氧化膜的电绝缘性好,具有很高的绝缘电阻和击穿电压,击穿电压可达2000V。五,氧化膜具有良好的绝热性,在许多具有一定温度的场合下,铝及其铝合金零件须经阳极氧化处理才能安全稳定地工作。六,氧化膜与基本金属的结合强度高,不容易分离。
一般及其合金零件的处理工艺流程:机械抛光――除油脂――清洗――化学抛光或点解抛光――清洗――阳极氧化――清洗――(着色――清洗――)封闭处理――检验。铝及其铝合金阳极氧化按电解液的不同合氧化膜的特点可有硫酸阳极氧化,铬酸阳极氧化,草酸阳极氧化,磷酸阳极氧化,硬质阳极氧化以及瓷质阳极氧化等方法。我们用的硫酸阳极氧化法,用此法得到的氧化膜硬度较高,空隙多,吸附性好,易染色。经封闭处理后,具有较高的耐蚀性。该法工艺简单,操作方便,溶液稳定,电耗较少,成本低廉,氧化时间短,生产效率高,使用范围广。我们还使用有机染料染色。有机染料染色法法是染料分子对氧化膜通过物理吸附和化学反应进行填充。该法着泽鲜艳,但耐晒性差。
其次是化学腐蚀加工。化学腐蚀加工就是将零件要加工的部位与化学介质直接接触,发生化学反应,使该部位的材料被腐蚀溶解,以获得所需要的形状和尺寸。化学腐蚀加工有一下特点:一,可加工能被化学介质腐蚀的金属和非金属材料,不受被加工材料的硬度影响,不发生物理变化。二,加工后表面无毛刺,不变形,不产生加工硬化现象。三,只要腐蚀液能浸入的表面都可以加工。四,加工时不需要特殊夹具和贵重设备。五,腐蚀液和废气污染环境,对设备和人体液有危害作用,需采取适当的防护措施。经过阳极氧化的铝板再经烘干――描图――雕刻――腐蚀――去蜡(烘干),就得到工艺品了,我选择的图案是竹子,在铝板的背面写上友谊长存,铝板的颜色是绿色的,这样一个工艺品就诞生了,我还镶上了有机玻璃,这工艺品还可以当作礼物送给朋友呢!化学加工,不仅培养了我们的动手能力,还加强了我们对化学的探索愿望。
我们还做了锻压冲压,汽车,铣工,PLC,加工中心,数车,数铣,电火花等工种,做电火花时,我还用一块五角钱的硬币,在其上印了一个五角星,留作纪念呢!
[关键词] 建筑垃圾;混凝土;循环利用
中图分类号:TV331文献标识码: A
前言:随着城镇化的快速发展,每天都有大量的建筑垃圾产生,如果处理不当,把严重污染环境,并且不利于资源的重复利用。在当今推行建筑节能、绿色建筑以及资源缺乏的情况下建筑垃圾的循环再利用显得尤为重要。目前国外发达国家建筑垃圾资源化率已较高,然而我国内地建筑垃圾的资源化率不足百分之五,这与技术、资金、认识度等都有巨大关系,在此仅在技术方面对建筑垃圾循环再利用进行分析。
一、建筑垃圾带来的危害性
1. 1占用土地资源
据有效统计,建筑业每天产生的垃圾在3万吨左右,占城市垃圾中的十分之三左右,这些垃圾被施工单位运往到郊外、乡村等地,大量地堆放在路旁,虽然有的被掩埋,但是也降低了土地的质量。城市化进程加快,建筑业也在不断扩大规模,这样形成的建筑垃圾也就在不断增加,垃圾存放的面积扩大,堆放的地方也就越来越多,占用了大量的宝贵土地资源。这些土地资源由于被垃圾占据,不能被较好地用作开荒、种植、建设等活动。这样就无形中浪费了许多有效的土地资源。
1. 2严重污染环境
建筑垃圾给环境带来了严重的污染,那些堆放的垃圾在水分、温度的作用下,有机物质发生分解会产生大量的有害气体,这些气体的气味非常难闻,甚至有些可燃垃圾在燃耗的过程中还会产生有毒的致癌物,对空气造成严重的污染。还有的垃圾在堆放和填埋的过程中,由于各种外界因素,如雨水的冲刷,地下水的浸泡等等因素而渗滤出的污水造成了周边地下水的严重污染。那些建筑用胶、油漆涂料都是难以分解的高分子聚合物材料,都是含有许多有害的重金属成分,这些废弃物被埋在地下,同样会对水资源造成危害。一旦周边的村庄居民引用了这些受污染的水源,对他们的健康状况也带了极大的隐患。
1. 3影响市容
当我们走在乡间的林荫道上,感受美好、恬静的氛围时,看到路旁堆放的大量垃圾,美感顿时全无。到处都是废弃的砖瓦、塑料、金属,不仅灰尘大,而且影响着城市的美观。建筑垃圾占用空间大,乱堆乱放,与城市整体美好的形象极其不协调,如果遇到下雨天,脏水四溢,味道难闻,更是给城市环境卫生带来了负面影响。不利于城市的和谐建设。
1. 4诸多安全隐患
由于建筑垃圾的排放量很大,所以大多数垃圾的存放地点有着较强的随意性,这样,就为城市建设与居民的身体健康存在了严重的安全隐患。有些工程在进展时,不能快速地把垃圾运送出去,随意地摆放在施工现场附近,如果出现外界因素,成堆的垃圾出现崩塌,阻碍道路甚至砸到行人的状况随时都有可能发生,对城市居民的安全造成了严重的危害。建筑工地上还有很多废弃的金属,很多工作人员会由于只图施工方便,出现高申抛物现象.该样下县对居民的人身安个带央了威胁。
二、混凝土的循环再利用
相对其它建筑材料来讲,混凝土建筑材料的循环再利用这方面的技术发展不是很快,关于混凝土材料循环再利用技术再很早以前国外都有研究,但是其研究后所产生的价值不高,因为对于混凝土的回收加工后再利用其中间的工艺环节要
消耗大量的燃料。德国是世界上最早对此项技术进行研究的国家,近年来德国已致力研究一种叫做 “元素回收”的新型混凝循环再利用技术。此项技术的特点是将旧建筑物的混泥土板材保留,将整块的混凝土板材地应用到新的住宅建筑中。近年来,从事混凝土资源循环再利用的研究的德国建筑专家哈维,经过不懈的努力,完成了他的第一个作品,一座位于慕尼黑西南的索腊奇小镇的面积约 185m2的现代欧式建筑诞生。由此证明了此项技术是可行的。虽然目前混凝土循环再利用这项技术在全世界范围内没有被广泛推广应用,但是德国的这一先进技术已引得了世界其他国家的关注,并都在用统一理念去探索、研究,实现混凝土材料的可循环再利用。就我国而言,虽然我国在混凝土再生利用这方面已加快了发展的步伐,但基于我国对这项技术研究的起步较晚,有好多的核心技术还没有真正意义上的掌握,目前与国外发达国家相比还有很大的差距。
三、烧结砖瓦的循环利用
二战结束时德国就曾把废旧烧结砖循环,把没有破坏的砖挑拣出来,清理后再次在砌筑中应用,破坏的砖用于制作砼的骨料,现今这种方法仍被使用,以下进行详细介绍。在没有破损的情况下,旧烧结砖瓦经过清理可以直接用于砌筑, 这种循环利用方式因其简单、经济的特性在农村应用广泛。但在拆除时较难保证不破坏砖瓦,因此常把破损的旧砖瓦制作成再生骨料,用于混凝土的制作,其特性为流动性较差,粘聚性较强。废旧砖瓦还可用于制作免烧砖,把废旧粘土砖粉碎后以及水泥等材料按配比混合,压制成砖或混凝土砌块。此种循环利用方法节能环保,很值得进一步推广。此外,在种植绿化上旧烧结砖瓦也有应用,烧结砖瓦内有许多小孔,这些孔结构能保存植物所需的养分与水,因此烧结砖瓦可循环用作树坑的坑底垫层以及草坪的下部垫层。用废红砖作粗骨料可配制出理想的耐热混凝土,用废红砖作粗骨料配制的混凝土,其强度主要取决于骨料与水泥石之间的界面连接,在一定的条件之下,有一定的活性碎红砖的表面和水泥中某种和树种的水化产物都有可能产生化学的反应或者物理化学的反应,生成了稳定化合物,而达到一定强度。这种拥有一定强度结构体,在 300℃条件之下,骨料与水泥石的界面间的化学结合或者物理化学的结合得到进一步强化,表现出了更高物理力学的性能。
四、旧木材的循环利用
现今森林资源在不断减少,木材质轻,高强度以及加工方便的特点使对木材的需求又不断增加,因而木材的循环利用很有必要。现在对旧木材的利用主要在以下几方面:(1)木材废料可以作为生产粘土混凝土的原料。建筑垃圾里的废旧木材经分拣加工后以及粘土、水泥拌合,用以制作粘土砼。废旧木料中的纤维有利于提高复合材料的可塑性,复合材料用以制作轻质保温砼时,废旧木材的添加量在百分之三十五左右。(2)废旧木材经破碎后可以用于制作人造木材。例如制造木质人造板。把废弃木料破碎,在高温高压下加工,便可以生产石膏刨花板、中纤板等人造木材。(3)废旧木材还可用于制作氨基木材。氨基木材具有制造成本低、力学性能好、易于加工等优点。
五、废旧金属材的循环利用
建筑垃圾中废旧金属主要有废钢筋、废电线、废铁丝与废钢配件等。废旧钢铁的循环再利用主要是金属的循环循环利用,把废旧金属分拣、集中,回炉熔融,用以各种规格钢材的制作。废旧钢铁的循环利用省去了铁矿石烧结等多道加工程序,节大约了资源、能源、以及人力物力。
六、旧玻璃的循环利用
建筑垃圾中的废旧玻璃能用于纺织玻璃布,旧玻璃循环后重新回炉熔融,拉伸成纤维便可用于制作;旧玻璃经机械磨后能够制作玻璃砂以及砂纸;废旧玻璃制作的废玻璃丝可用于生产建筑饰面砖;废玻璃粉碎成废玻璃粉可用人工彩色釉砂的制造;此外废旧玻璃循环后经一系列的加工还可用于制作泡沫玻璃、浮法玻璃以及微晶玻璃。
结语
综上所述,建筑垃圾的循环再利用基本上是对砖瓦、混凝土、钢筋、木材、砂、石、玻璃等这些最基本的建筑材料进行循环利用,对建筑垃圾进行循环利用正是保护了自然环境,有利于可持续发展。在现今提倡节能环保以及资源缺乏的情况下,建筑垃圾的循环再利用的前景广阔,多种建筑垃圾循环再利用技术已经相当成熟,今后建筑垃圾循环利用的相关技术也会得到更广泛的应用。
参考文献:
关键词:可降解材料;光降解材料;生物降解材料
中图分类号:TQ464 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)07-0210-02
由于传统塑料材料的机械强度与韧性优良,传统塑料材料被广泛应用于包装材料,但是对石油基材料的过度使用,导致一次性消耗的自然资源过多,这使环境恶化。处理石油基包装材料的主要方法――填埋、焚烧造成了对居民的困扰。随着人们环保意识的不断加强,可降解材料应运而生,针对资源短缺、环境污染的问题,可降解材料的特点是原料绿色无污染,降解之后的产物对环境影响污染较小,甚至无污染。
1 可降解材料的概述
可降解材料是在生产过程中加入添加剂,使其本身在一定时间内能维持普通塑料的正常功能,超过一定时间或被废弃后,在光或微生物或其他因素的作用下,进行自身降解而后消失的材料。可降解材料可以减少一次性的难降解塑料在焚烧时对环境造成的危害,缓解填埋一次性难降解材料造成的人地矛盾。可降解材料从降解方式进行分类,可以分为光降解材料、生物降解材料以及其他降解材料。
1.1 光降解材料
光降解材料是一类添加光敏剂或引入特殊键的光敏基团,在太阳光的参与下,自身能进行对自身结构进行破坏的材料。
一类光降解材料的作用原理是聚合物在吸收太阳光后,光增敏基团被激活,使聚合物产生有双键等易于被降解的杂质,进一步发生氧化反应,最后降解为二氧化碳和水。例如:将一氧化碳为光敏单体与烯烃类单体聚合得到的如含有羰基结构的聚乙烯、聚氯乙烯等的光降解聚合物与同类树脂混合,可得到一种光降解材料;另一类光降解材料的原理是聚合物在生产时加入少量光敏剂,光敏剂在光照的条件下,促使聚合物产生自由基,加快自身的降解速率。光敏剂具有在光降解材料使用期内抗氧化的作用且能帮助维持光降解材料的正常使用,但在光降解材料使用期过后,又能促进其吸收光能进行自我分解的双重作用。含有光敏剂的光降解材料可分为含有过度的金属化合物如金属氧化物、有机金属化合物等的光降解材料和含有如蒽醌、嵌二萘等具有敏化烯烃塑料的多环芳香族碳氢化合物的光降解材料。
影响光降解的因素有聚合物结构(如含有羰基等)、光敏剂的添加、光波长、大气条件。光降解材料的缺陷有:第一,光降解的引发剂大多是对人体有害,因此不能应用于食品级,医疗级塑料;第二,大部分光降解材料不能被完全降解,这可能使其对环境的危害更大,第三,光降解材料应用范围较狭窄(地域狭窄),但可大面积应用于农田。
1.2 生物降解材料
由于光降解材料的局限,以及广泛的生物来源,目前的研究热点更多地放在生物降解材料上,相对于光降解材料,生物降解材料的原料来源更加绿色,降解的产物对环境的污染性也更加小。生物可降解材料是一类在酶或微生物的作用下,使维持自身结构的分子链逐渐断裂,形成对环境无害的小分子化合物的材料。
生物降解的方式有生物的物理、化学作用和酶的直接作用。根据来源的不同可以分为微生物降解型的生物材料、合成高分子型的生物降解材料、天然高分子型的生物降解材料。微生物降解材料是以有机物为碳源,微生物进行发酵转化为高分子聚酯,利用这种高分子聚酯制作为塑料的材料。合成高分子型的生物降解材料是利用化学方法合成在自然界中与原本存在的利于降解的高分子化合物。天然高分子型的生物降解材料是在合成时以淀粉、纤维素、木质素等多糖化合物为原料,在必要的条件下加入生物降解添加剂或经氧化、改性而加工制成的塑料。其中,淀粉基构成的可降解材料和PLA构成的可降解材料是当今研究的热点,PHB作为可降解材料也有较为广泛的应用。
淀粉通过植物光合作用而形成的,易得,降解后仍以二氧化碳和水的形式回归到生态环境中,是完全无污染的非常优良的生物降解材料。针对淀粉作为原料来源的淀粉基塑料是目前可降解材料领域研究的一大热点。淀粉基塑料研究的阶段主要有三个:第一阶段是少量淀粉加入到传统塑料中来达到可降解的目的;第二阶段是增加淀粉含量和淀粉与其中组分的连接;第三阶段是将淀粉经过处理,形成完全由淀粉组成的塑料。对淀粉进行改性,使其能够进行生物降解或能溶于水是研究的热点话题,如PVA与淀粉的混合物的研发。淀粉基塑料还有需降低成本、提高机械强度,以及提高给降解材料的降解周期控制等研究空间存在。目前研究最为成功的是将淀粉和高分子材料进行共混得到性能良好的可降解材料。
PLA(聚乳酸)是多糖经过降解发酵制得、纯化、聚合而成的环境友好型树脂。PLA是由乳酸分子在一定条件下脱水缩合而成。PLA在土壤掩埋条件下,在温度、氧气、弱碱性的共同作用下,6~12个月降解为乳酸,最终经微生物代谢,形成二氧化碳和水。PLA因其优良的生物相容性和机械强度,被广泛应用于新兴功能型医用高分子材料如医用手术缝合线、骨科用固定材料等。
PHB(聚β-羟基丁酸酯)是细菌体内碳源和能源的以颗粒状储存的酯类积累物。PHB对气体有阻挡性,能用于未添加抗氧化剂的食品的包装袋;PHB有良好的生物相容性,可用于手术缝合线、骨折固定材料;因PHB能够降解,可用于与农药或贵重药品的包埋处理。因为PHB用细菌发酵法进行生产,所以PHB的生产重点放在基因工程等技术。针对其易结晶、较脆、降解速度较慢的缺点,如何通过物理或化学的方法改善PHB的性能成为研究的重点对象。
1.3 其他降解材料
PVA(聚乙烯醇)因具有可控性――控制其醇解度和聚合度来把握PVA的溶解时间,成膜性、物理强度好――完全可以满足制做塑料的条件、毒性低、可达到100%降解、降解产物对环境无危害等优点,成为能够替代当今塑料的重点材料。PVA的原材料,PVA树脂分子链上的醋酸乙烯酯基体积较大,该基团的存在使得分子链上的羟基之间不易形成氢键,也一定程度上阻止了大分子之间的相互靠近,而PVA分子链上的羟基能和水分子之间形成氢键,这使PVA具有良好的水溶性,优异的水溶性有利于材料的降解。但是,单一的PVA材料机械强度难以满足使用要求。目前,淀粉/PVA共混体系能够满足塑料的正常使用,但是随着时间的加长,其力学性能下降得很快,说明其基本能满足可降解材料的条件。若要提高淀粉/PVA的耐水性,则可对淀粉/PVA共混体系进行甲基化改性、交联处理、加入纳米二氧化硅或加入柠檬酸和石油砂。但是PVA的生产工艺主要为流延法――首先将原料组分配好,后和水流延涂布到不锈钢辊上,再进行刮、剥离、收卷等工艺,因此,存在效率低和费用大的缺陷。PVA还需解决如何使高温水溶膜遇低温水完全不溶以及均匀及透明等问题。
光/生物双降解是一类加入一定量的光敏剂、促氧化剂等的在光和生物的共同作用下进行降解的聚烯烃材料。第一,有研究表明,生物降解以光降解为基础,对此,因其现已用于地膜、餐盒,这表现出了这种兼具两种降解方式的的技术先进性和实效性;第二,光/生物双降解材料降解较快,约60天能被完全降解。
2 发展前景及展望
大部分的可降解材料存在机械强度较小和韧性较弱以及降解的控制性较弱的缺c,因此,第一,可以多开发复合型可降解塑料,避免了单一原料造成的力学性能缺陷着重点放在开发应用范围广,原料易得、价格低廉的产品;第二,简化生产工艺扩大生产来促进可降解材料为我们实际生活所用。
3 结语
随着人们环保意识的增强和科技的飞速发展,可降解材料逐步取代石油基材料是必然趋势,如何充分发挥可降解材料的融传统包装材料的功能和特性和可降解,回归大自然的优点,成为各国研发的重点。
参考文献
[1]汪秀丽,张玉荣,王玉忠.淀粉基高分子材料的研究进展[J].高分子学报,2011(1):24-37.