化学工程与工艺专业绿色化学教学浅议

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摘要：在资源匮乏、环境恶化的大背景下，绿色化学理念逐渐深入化学工程与工艺专业教学之中，这为化学工程与工艺专业教学改革提供崭新的方向。化学工程与工艺专业人才是我国化学工业发展的中坚力量，将能源节约意识、绿色化学理念深入高等人才思维之中，使其能够真正理解绿色化学的意义和重要性，以促进我国化学工业的可持续发展。

关键词：化学工程与工艺专业；绿色化学教学；改革

1绿色化学理念的相关概述

1.1概念

绿色化学是最前沿的理念，绿色化学又被称为环境无害化学，在这个基础上创新的技术是绿色化学技术，绿色化学理念包括催化剂绿色化、原料绿色化、溶剂绿色化、产品绿色化等。具体来说：原料绿色化主要体现在可再生资源为原料，或者采用无毒无害、低毒性原料替代高毒原料[1]；绿色催化剂则是从催化剂的角度分析，通过采用高效的催化剂，推动反应进程，提高转化效率，从本质上消除或者减少有毒物质，以及副产物的产生，真正减少污染，实现环境保护。比如：环境友好型机动车染料可以使用新配方汽油，这样可以有效减少一氧化碳配方量，进而减少空气污染程度。由此可以看出科学合理地使用原材料，可以达到节能降耗、预防污染的目的。在绿色化学理念的影响下，化工工艺教学也迎来新一轮的改革。

1.2发展

绿色化学在我国起步较晚，目前，我国绿色化学高等教育还处于上升阶段。我国最早开始研究绿色化学的开拓者是闵恩泽院士、张利娜院士等。目前，很多高校已经开始了相关课程，精品资源、共享课程也相继推出，但是，绿色化学教育尚没有贯穿于整个人才培养过程之中，高等院校化工专业人才对绿色化学理念的认识还不够彻底，绿色化学理念在学生群体中尚没有得到完全普及。应将绿色化学教育贯穿于专业教育过程之中，使得化工专业人才更具绿色发展理念。

2化学工程与工艺专业进行绿色化学教育的重要性

化学工程与工艺专业人才是未来我国化学工业建设发展的后备军，也承担着化学领域改革、创新、发展的重任，将绿色化学贯穿于人才培养之中，加强绿色化学教学理念，可以帮助学生更加客观、全面、正确地认识绿色化学的重要性，能够使学生在日后的学习、生活中可以积极主动地运用绿化化学理念规范自己的行为和思想。通过绿色化学教育，有助于学生更好地步入工作岗位，能够强化学生综合化学能力，学会思考问题时，会从现实情况切入，综合考虑环境、资源效益，能够将化学工程与人类发展建立紧密联系[2]。化学工程与工艺专业是热门专业，教学面向化工专业学生，开展绿色化学教育会对学生产生非常积极的影响，将绿色化学内容融入各门课程教学之中，可以有效激发学生学习热情，丰富化学教学内容，增强学生环境保护意识与创造力。并且绿色化学理念对于环境保护以及人类的可持续发展有着难以替代的重要意义，将这一知识理念贯穿于实践教学过程中，能够进一步提高学生的综合素养。

3化学工程与工艺专业中绿色化学教育开展的具体对策

3.1确立绿色化学教学目标

人们生活中会使用到许多化工产品，这些产品给人们的生活提供了很大的便利，但是随着化工产品需求量的增高，由生产化工产品所造成的污染也就越来越重，为了减少对环境的污染，发展绿色化工势在必行。江苏理工学校化学工程与工艺专业为了长三角区域经济建设和大化工行业发展，一直致力于研究绿色化工技术及其应用，从德、智、体、美等多个方面培养学生，帮助学生掌握绿色化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本理论和技能，以及绿色化工生产工艺过程和设备的基本规律和原理，为绿色化工事业发展提供更多可以从事绿色化工生产控制和管理、化工产品和过程的研究开发、化工装置与流程的设计等方面的高级技术人才。

3.2确立系统的绿化化学课程

为了助力绿色化工技术发展，学校专门选择了高等学校十二五规划教材绿色化学及中国科学技术大学研究生教材绿色化学，对于部分课程，因为当前并没有成熟教材，所以在教学过程中，可以使用部分章节穿插的方式。以电化学的学习为例，可以通过绿色电化学合成一书来完成电化学教学。

3.3加强绿色化学教研联系与互补

高等院校首先要具备丰富的绿色化学教学资源、教学研究基地等，包括无机污染物分析测试中心、加工技术基地与基础实验室等，加强绿色化学教学与科研之间的联系，能够有效补充过去绿色化学教学的不足，提升学校教研能力，能够为学生提供更好的学习、研究条件，帮助学生掌握更多先进的化学理念与绿色技术。化工学院在教学上使用的是导师制，在学生的学习过程中导师可以帮助学生对自己的学习以及以后的职业生涯进行规划，因为担任导师的教师大多为博士或副教授以上，基本上都参与了一定的科研项目，在教学过程中，也会带领学生参与，帮助学生丰富自己的专业知识。采取导师制的主要目的是希望以此来提高本科生的科研效率，培养出更多的创新型人才。这种教学方式会在大一时让学生先对科研背景进行了解，大二时会由导师带领进入实验室，等到大三和大四学生就会获得一定的科研成果[3]。为了符合工程认证的要求，导师还会帮助学生完成化工原理课程设计、绿色化工过程设计的课程大作业设计。导师制的施行对于科研的发展有很大帮助，由此取得的科研成果也可以再用于教学，通过学术讲座或者创新性实验等方式来提高学生在化工方面的认知。可以让研究方向与课程相关的老师来进行教学工作，也可以将老师的科研成果作为学生的基础实验项目或创新实验项目。将教学与科研相互融合，实现了二者之间的共同进步。

3.4加强绿色化学实践教学力度

3.4.1加强绿色化学实践操作。由于化工专业工作的特殊性，许多生产过程对于操作都有着较为严格的要求。考虑到学生在实习时并不具备较强的操作能力，为了保障生产过程的安全性，对于某些化工生产过程如DCS控制、进卸料、现场开关阀门等，学生都只能参观学习，不可以动手操作。这种实习方法无法让学生对现场的实际情况进行了解，对于一些具体设备、装置以及现场管线等都一无所知。同理，企业为了保障生产过程的安全性和生产效益，也并不热衷于为学生提供实习场地。在这种情况下，为了让学生可以进行有效实习，实际参与到生产的各个环节中，自己动手完成各项操作，学校专门成立了“虚拟仿真加可操作生产实习基地”。化学工程系专门成立了化工虚拟仿真实验室，内设有八十台计算机、两台图形工作站和两台工作站。为了方便学生进行实习还专门购买了三套生产实习仿真软件，即甲醇工艺3D虚拟现实认识实习仿真软件、典型化工产3D虚拟现实认识实习仿真软件和丙烯酸甲酯3D虚拟现实认识实习仿真软件。3.4.2构建绿色化学实习基地。学生需要完成为期三周的生产实习，第一周的实习地点是机房，学生可以在此对三套工艺的DCS控制系统进行操作，通过实践来对生产工艺进行了解、掌握工艺参数控制以及故障诊断方法、学会如何开停车，学校要在这个过程中完成对学生的安全教育。这种实习方式虽然可以在一定程度上为学生提供帮助[4]，但是与真正的进厂实习还有一定差距，学校可以联系三家具有代表性的制药、石化、精细化工企业，让学生在这些企业中进行一周的实习活动，实习的主要目的让学生对化工机器、化工设备及工艺流程进行了解，同时重点关注企业的文化、管理架构、安全控制。因为学生前期已经通过仿真软件掌握了操作的基本方法，对于生产过程也较为熟悉，后期学校为学生在工程训练中心安排了一周的实习，学生在这一周时间内可以对100t/a的均苯四甲酸二酐装置进行实操训练。先进行虚拟仿真训练，让学生具备一定的操作基础，后期到生产实习基地进行实习时学生就可以动手进行实际操作，提高自己的专业技能。3.4.3构建绿色化学课程体系。与其他学科不同，化学学科的许多课程都需要通过实验的方式来学习，化学工程与工艺专业也具有丰富的实验课程，包括绿色有机化学实验、绿色无机化学实验、物理化学实验、分析化学实验、化工专业实验、化工原理实验等。为了降低实验过程可能对环境造成的污染，在进行实验时要严格遵守绿色化学十二条规则，避免因为实验产生污染物，危害环境以及实验人员，实验所使用的原料也要保证不会对人体健康和环境造成危害，尽量使用绿色无害、能耗较低的催化剂，当产品到达一定使用期限时，能够对其进行分解。在所有实验中只有绿色有机化学实验和绿色无机化学实验可以直接开始，除此以外的其他实验在开展时都应使用“微型化、串联循环实验”。串联实验就是尽可能地将所有实验进行串联，使用某次实验的产物作为下次实验的原料使用，这种方法可以降低实验过程的药品用量、降低污染、提高实验效率以及实验的安全性。在化学工程与工艺专业课程中要完全渗透绿色化学知识，确保在整个教学中学生能够将学习到的知识与环保问题、能源问题相联系。这就要求教师在教学中更有针对性，要有的放矢地融入绿色化学知识。比如：在“合成氨”内容的讲解中，教师可以融入绿色化学发展方向介绍，在此基础上指导学生进行绿色化学反应操作：通过减少中间过程，提高反应速率，减少污染物的排放。还可以采用环境友好型催化剂，比如TiO2，通过这样一系列的绿色操作，达到降低能耗、提高反应效率、减少污染的目的，这也正是绿色化学教育的目的所在，通过切实的实践操作，以及绿化知识的讲解，使学生能够将绿色化学理念融入思维之中，再借由绿色化学的先进性、趣味性，激发学生的学习热情，促使学生能够更加积极主动地投入绿色化学研究之中。3.4.4重视绿色化学实验教学。以往一个实验室所能进行的实验十分单一，使用串联实验法可以将全部实验室融合，形成一个化学化工实验室，将每次实验结束产生的产品或者废液统一保存，用作下次实验的溶剂或者原料。化学实验可以提高学生的化学综合能力、实践操作能力等，将绿色化学理念融入化学实验之中，可以强化学生对绿色化学的直观认识，同时促进学生观察能力、分析能力、问题解决能力。在化学实验之中还可能会涉及一些有毒、有害物质，因此，实践教学力求使用最少的实验药品获得最佳的实验效果，最大限度减少废弃物，并且学校与教师要积极开发绿色制备技术，通过这些技术提高实验效率，减少污染物排放，同时激发学生的实验兴趣，强化学生环境保护意识。3.4.4.1引入新技术、新方法专业教师要充分认识到绿色化学教育的重要性，在化学实验或者相关教学研究中要引导学生，尽量少使用试剂，通过科学、有效的方法，达到环保的目的，另外，要积极引入新技术、新方法、新实验思想，这是常规实验改革发展的必然结果，是一种思维方向，是化学实验改革和发展的动力之一，是绿色过程工程思想在化学实验中的具体体现。3.4.4.2规范操作，避免浪费、污染。实验中要求学生要按照实验规章流程进行操作，避免由于操作不当带来的污染和浪费，避免有害污染物泄漏，养成了这样的规范，学生未来从事相关岗位和工作时，才能够更好地落实绿色化学理念。比如：美国墨西哥湾的原油泄漏事件、印度坦帕尔的毒气污染事故，还有国内一些工厂爆炸事故等都是因为相关人员操作不规范，对相关规则不够了解造成的。因此，在实验操作中，教师必须要严格要求学生按照流程进行，这对于学生未来学习发展大有裨益。化学工业作为国民经济的重要支柱，越来越凸显它的重要性。例如，学生在进行绿色有机化学实验蒸馏和沸点的测定时会生成蒸馏酒精，可以将其保存留作后续实验用乙醇。有机实验后成分复杂的有机混合液作为专业实验精馏的原料，2~3人实验组在进行实验之前要先对原料的成分进行分析，计算出原料的相对挥发度，综合考量一系列因素以后再制定实验方案，并将方案交给指导老师审核，审核通过后开展实验。串联实验不仅节约了药品，还培养了学生的团队协作能力。虽然已经尽量保证了实验过程的绿色化，但是在实验过程中还是可能会产生一些无法处理的“三废”，这些产物对于化工专业来说没有丝毫用处，但却可以用作环境工程专业的实验原料，他们可以用这些废物来进行创新性实验，这样不仅处理了废物，还为其他专业的同学提供了帮助，培养了学生的跨领域知识融通能力。经过十多年的研究和探索，绿色过程工程可作为实验化学家开发和评估一个生产过程、一条合成路线、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。绿色过程工程的教学是高校每一位教师的责任，也是社会每个人义不容辞的责任。在理工科高校建立绿色过程工程与绿色化学教学体系，将其基本原理、科学思想、绿色化学技术及工艺、绿色过程设备等内容融入化学和过程工程类专业的课程体系中，深入地渗透到每个学生的头脑中，将会极大促进理工科大学的教学改革，为世界的“绿色增长”做出贡献。

4结语

绿色化学理念在我国起步晚，近些年，绿色化学理念在我国各大高校化学工程教育领域中已经得到了应用，取得了很大成效，但同时，绿色化学教育在我国还处于发展阶段，想要真正将绿色化学理念渗透到化学工程的各个环节之中，真正将绿色化学理念刻入学生脑海，还有很长一段路要走。从几个方面对此进行了分析，首先对绿色化学理念相关内容进行了分析，之后分析了绿色化学教育的意义，最后提出了在化学工程与工艺专业中绿色化学教育的相关策略，旨在更好地促进我国高素质化学人才培养以及相关教育的推进。

参考文献

[1]刘静.绿色化学理念融入大学化学教学中的探讨[J].西部皮革，2019，41（20）：151.

[2]罗晓明.绿色化学与环保理念推进大学化学实验教学探究[J].南方农机，2019，50（5）：202.

[3]高明慧.用绿色化学与环保理念推进大学化学实验教学[J].广州化工，2017，45（10）：200-203.

作者:王宇 单位:兰州石化职业技术大学