以绿色化学为导向的高分子化学实验教学研究

陈福山，张立明

(九江学院化学与环境工程学院，江西 九江 332005)

绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学，原则上是用化学的或物理生物的技术和方法来减少甚至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、溶剂和试剂等的使用及其产物、副产物产生。绿色化学的最终目的在于不再使用有毒、有害物质，不再产生废物，是一门从源头上阻止污染的化学方法[1]。随着世界绿色化的浪潮，高分子化学实验教学应该充分利用自己的学科优势，大力贯彻绿色化学思想，积极实施和推广实验绿色化，以此为原则，指导实验工作，使实验室的“三废”排放降低到最低程度，即使产生也得到妥善的处理，实验室的安全性和环境质量得到提升，师生的健康得到有效保护，绿色化学和环境保护意识得到强化[2]。

1 转变观念，将绿色化学的理念引入高分子化学实验教学

在《高分子化学实验》绿色化教育大众化的背景下，本科教育的主要目标是更新知识、传授技艺、提高学习者解决实际问题的能力，充分挖掘和引导学习者潜在的需求，使之成为现实层面上的市场和社会发展需求[3]。所以高校要在不断的实践探究中通过教育思想、教育观念的更新转换，在教学过程中注重课程的实用性，同时严把质量关，使学生在理论和实践的结合中，更能发挥潜力，获得成功。绿色化技术是我国在高分子化学工业过程工业资源利用升级换代的关键共性问题，运用环境优先的绿色过程工程理论和方法，研究开发资源(原料资源、能源资源)高效、清洁、循环利用的新理论、新过程和原创性替代技术，形成行业清洁生产新技术，引领我国高分子化学工业清洁生产和循环经济技术发展具有十分重要的意义[4]。

高分子化学实验作为高分子材料及相关专业的一门重要的专业实验基础课， 主要涵盖聚合物合成、大分子反应、聚合物结构表征的基础学科，注重培养学生理性思维和动手能力的科学，同时也是《聚合物合成工艺》《聚合物工程》等相关学科的基础学科。教师不仅要熟悉绿色化学，还有熟悉《聚合物合成工艺》《聚合物工程》，这样，在教学中才能有的放矢，切中学科要害、学科前沿、生产实践，引导学生理解可持续发展观念，树立绿色理念，形成知识面宽，对高分子科学技术、聚合物生产发展的新方向有敏锐的洞察力，培养能将发现的一般自然规律，能够解决复杂的工程技术问题，同时具备一定的认识客观世界和改造客观世界的双重能力，具有较强的技术应用能力和综合职业能力的高等技术应用型专门人才[5]。

2 反应小量化

微型化学实验的主要优越性在于：由于试剂量大大减少，从而较大减少了相关辅助材料、水电的消耗，降低了实验成本。由于试剂用量大大减少，也使爆炸、燃烧、中毒等事故相应减少，提高了实验的安全性；由于产生的“三废”很少，改善了实验环境条件，减少了对环境的污染。因此，微型化学实验具有减少污染、安全、节约实验经费与时间等优点，是高分子化学实验绿色化的一种重要手段。在高分子化学实验的教学过程中，我们对大多数实验进行微型化探索。在保证实验结果的前提下，尝试试剂用量由常量到常量的1/2、1/3等为起始原料。实践证明，试剂减量之后与常量相比合成时间有所缩短，有更多时间用于产品处理，这样既不影响实验效果，又充分节约试剂。通过多年的教学实践，效果很好。针对高分子的特点是分子量大、粘度高的特点，李青山等[6]设计合理的微型装置，对连锁聚合、逐步聚合、高分子反应的微型化进行了探索，并得到了初步具体可行性的方法。

3 实验过程绿色化

从实验准备、合成到后处理严格绿色化措施。为此，我们改建了实验室，为每个实验台建立通风橱，实验装置尽量全封闭化，避免易挥发单体和有机溶剂挥发，比如试用三口烧瓶进行实验，一般三个孔都连接密闭，一个口插搅拌器，一个插恒压漏斗，一个插回流冷凝装置，具体根据不同实验调整，可以实现“低”排放、“低”污染[7]。

高分子实验室产生的废弃物,种类繁多、成分复杂。为此,应根据废弃物的性质、成分等因素进行分类处理。如废气,可通过吸附、吸收、氧化或分解等物理、化学方法处理。一般废液,采用中和、萃取、化学沉淀等方法进行处理，有毒或含有重金属的废液, 则保存到指定的废液容器里并贴上标签,定期送交专业机构综合处理,绝不允许不经处理就直接倒入下水道。这样不但科学有效的处理了实验中所产生的废弃物从而保护了环境,而且又能在废液的处理过程中培养了学生发现问题、分析问题、并处理问题的能力[8]。

4 实施网络虚拟与仿真实验

利用网络虚拟与仿真实验进行辅助教学是近年来新兴起来的一种实验教学手段[9]。为此我院专门构建虚拟仿真中心，中心支持云计算、大数据等专业模拟，实现了高分子课程实验和技能模拟操作，系统在实验功能之外，还提供强大的大数据存储、提取、分析能力，对实验过程结果全自动记录处理，方便学生分析学习，书写实验报告[10]。由于仿真实验不需要任何实验试剂和耗材，不仅能够节省大量的化学试剂，而且把操作过程的原理、目的、方法的技能技巧和基本操作要点形成图像，具有直观性、重现性，可调控性、安全性、廉价性等一系列优点[11-13]。

5 结论

高分子化学实验的绿色化就是以绿色化学的理念和原则来指导实验工作。通过改变观念、减少反应的用量、密闭操作及仿真实验使实验室的“三废”排放降低到最低程度，师生的绿色化学和环境保护意识得到强化。

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