高校綠色化學教育綜述
時間:2022-04-12 05:24:00
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一、綠色化學
我們國家是一個人口大國,也是一個資源大國。但是,經濟的發展帶動了資源的消耗量日益加大,人口的數量仍在持續增加,人均可分配的各種資源也越來越少。目前擺在我們國家面前最大矛盾就是——是犧牲環境來換取經濟的高速發展,還是限制人均資源的使用來保護現有的生態環境不再被破壞。我國的工業為整個國民經濟的發展起到了舉足輕重的作用,其中的化學工業為其他各個行業持續不斷地提供產品和服務。但是,我們在創造了快速的經濟增長率和經濟增長量的同時,整個大自然也遭受了前所未有的破壞。嚴重的環境污染和生態破壞制約了經濟的發展,也嚴重損害著人們的身體健康,加劇了社會的各種矛盾。這種現狀迫切要求我們改變生產模式,改變研究模式,在化學工業中引“綠色化學”的理念,將末端治理環境污染轉為源頭防范和治理。綠色化學又稱環境無害化學(EnvironmentallyBenignChemistry)、環境友好化學(EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清潔化學(CleanChemistry),綠色化學即是用化學的技術和方法去減少或消滅那些對人類健康、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產物、副產品等的使用和產生。綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質,不在產生廢物,不再處理廢物。它是一門從源頭上阻止污染的化學,是更高層次的化學。我們從綠色化學的定義上就能夠知道它是秉承著對人類可持續發展的責任而產生的。綠色化學引導人們更加關注環境、關注公眾問題。1996年美國設立的“總統綠色化學挑戰獎”就是美國“綠色化學挑戰計劃”的內容,這個獎項旨在鼓勵人們努力探索綠色化學,應用綠色化學的成果。日本的新陽光計劃確定了綠色化學在這個國家的技術研究和開發。我們國家在上個世紀90年代仍在努力發展經濟,只有1996年開過一次研討會,主題是“工業生產中綠色化學與技術”,雖然只是一個研討會,但是這表明我們國家已經開始重視環境保護和綠色化學工業成果的研制和開發。一年之后,召開的香山會議則正是宣告我國開始了以“可持續發展問題對科學的挑戰——綠色化學”為主題的綠色化學研發工作。上述這些例子都是我們在化學教學的過程中應該努力研究并在教學過程和教學成果中體現出來的良好借鑒。
二、綠色化學秉承的發展思路和模式
它在現有的科學技術前提下,努力應用各種無害無污染的原材料來替代有毒有害的原材料、在應用各種原材料的過程中盡量實現節約和效率轉化最大化、在污染物的排放盡量實現減少零排放化。
(一)高效是化學始終追求的目標
高效體現的思路是盡可能少地利用原材料,盡可能多地制造成品;盡可能少地排放污染物,盡可能多地提高轉化率。國家制定的污染物排放標準實際上是建立在假設每一個化學工業企業都按照高效生產的操作前提上的。
(二)回收和重復利用材料
回收體現的是降低節約資源的理念,重復利用體現的是降低成本的理念。兩者都是資源節約型社會下改善企業經營成本的有效方法。對于自然環境難以凈化或在短時期內難以凈化的各種材料,應實現重復利用;而對于那些高污染的化學制成品比如電池應當盡量實現回收利用。在社會倡導回收利用材料是一種有效的綠色途徑。
(三)通過回收實現的再生利用和對高成本高污染原材料的拒絕使用
在化學制成品的生產設計環節就應當考慮再生利用,高分子原材料在自然環境中的污染時最為明顯的,只有在設計的時候就考慮到將其納入回收的范疇,才能使廢物變成寶物,將污染變為綠色。而拒絕使用的那部分高污染、無法替代和無法回收、重復利用和再生的高危材料應當盡量尋找替代品,拒絕使用之。
三、綠色化學教學的探索和應用
綠色化學教學和研究在高校的課程設置中上沒有明確的規定,但是在各種教材和政策中都有體現。我們先從國外的一些學校的實驗來看:美國的俄勒岡大學是美國綠色化學課程的先行者,該學校在1997年就將綠色化學的原理和實踐引入到了化學教學課程中。通過各種綠色化學實驗取代傳統的實驗在美國率先創造出了安全無污染的實驗環境和研究環境;澳大利亞的莫納什大學則在2000年成立綠色化學中心,這個大學成為了世界上研究和教育綠色化學的領導者。國外的大學對綠色化學的探索和應用為我國的高校提供了經驗,因此我國的高校在探索和應用綠色化學的過程中應加強對教學的滲透。大學生畢業后進入到社會研究和生產的過程中將成為我們國家化學工業的主要力量。在大學的教學內容中融入綠色化學的理念,是加強他們綠色環保意識和可持續發展意識的重要教學任務。
首先要對教材進行改革,要增加化學教材中有關綠色化學的理論知識和各個國家在綠色化學領域中的先進成果。對于學生來說,多與老師加強綠色化學方面知識的探討和交流是十分必要的;對于老師來說,要主動引導學生在學習和生活中多對綠色化學方面的知識關注程度。比如說,對于各種工業原料的附加產品的研究,既要對工業原料在加工過程中的有害氣體加以研究,又要對工業原料的制成品、附加產品和工業廢料的環境危害程度進行研究和對比;
再比如從同樣一種工業原料提取各種有機物,使用蒸餾的方法還是其他方法能減少有害氣體的排放等等。其次是要在教學中樹立綠色環保節能意識。教師要起表率作用,首先樹立這種意識。要多閱讀各種相關的書籍、文章文獻,要改變傳統的教學方式和思維,要在課堂教學和實驗時多強調化學物質的排放有害性,而不是只顧及化學物質的功能性和有效性。教育工作者要在課余時間關注綠色化學的教學和研究的各種動向和軌跡,努力在課堂中將這些動向和軌跡傳授給學生。然后要針對教材的固定性和信息資訊的變動性努力做教學內容的靈活補充。由于教材編寫出來之后的一段時間內是不會變動的,其中的教學內容在一段時間內是相對固定的,但是目前日新月異的科技發展速度將綠色化學定格在一個比較滯后的位置。所以,教學工作者應當在教學中進行適當的內容補充,使學生的綠色化學意識能夠在一個完整的鏈條上得到延續。特別是有機化學,許多有機物都會對環境產生污染和破壞,這需要老師在教學過程中對這些有機物多加強調,對這些有機物的減少排放上多借鑒生物科技,以微生物作為催化劑,成功合成所需要的化學制劑。最后對學生而言,單一而枯燥的教材授課不能達到加強印象的效果,所以,化學實驗綠色理念的融入必不可少。實驗能夠使學生加深印象,使教材中的各種概念更加形象化,鞏固化學知識,但是最重要的還是使學生將分析問題、動手解決問題的能力得到強化。
多做實驗有利于學生強化實驗的技能,同時對學生對待科學的嚴謹、認真、實際的態度融入意識中去。綠色化學是可以通過化學的實驗教學有效實現的。無論是試劑、溶劑還是催化劑,在試驗的過程中都應當首先盡量考慮使用無害的環保的物質,而各種溶劑和催化劑,在試驗前的準備階段要優先考慮各種替代品或者避免使用有毒有害的物質。特別是催化劑,要優先考慮各種具有生物活性的酶和產生化學反應后生成水和二氧化碳的氫氧化合物。在進行化學實驗的過程中,教師要強調學生合理使用劑量,盡可能地節約、盡可能地小劑量使用化學試劑,這對今后學生在化學工業領域工作時牢固樹立節約意識是十分有用的。同時在實驗的設計方面應該盡量實現試劑的完全化學反應,避免不完全燃燒和不完全反應等低效率的化學過程。目的是為了實現有害物質的低排放和零排放。要求學生在實驗的過程中嚴格按照實驗規范進行科學的操作,避免因為疏忽產生各種不必要的廢物和廢料,甚至出現大的有害污染物泄露事故。這點對于每一個今后將在化學工業領域從事工作的學生來說都是十分重要的。由于不規范操作導致的各種污染和泄露事故在世界上各個國家都有難以抹去的傷痛。前蘇聯的切爾諾貝利核泄漏,印度坦帕爾的毒氣污染事故,距離我們剛剛發生的美國墨西哥灣“深水地平線”鉆井平臺爆炸造成的原油泄漏事件都是由于不規范操作或疏忽造成的。在實驗的時候養成學生嚴謹的操作規程,對學生今后步入社會從事綠色化學是大有裨益的。作為一門長盛不衰的科學,化學始終走在各個學科的前沿?;瘜W在經濟的高速發展過程中逐漸偏離了科學原本的宗旨和方向,那就是既要人們通過它認識和改造世界,也要保護和持續利用世界。
化學科學的研究發展在現代化學工業中的作用不可替代,但是人們應當從各種污染事故和環境報復人類的大災害面前反省和重新認識自身,只有可持續的發展才是真正的發展,任何一個國家,任何一個人如果只想著獲取而不懂得保護和節約最終都會因偏離綠色化學這個科學理念最終受到自然的懲罰。高?;瘜W的綠色教學是每一個教師的責任,也是一種作為人類的義不容辭的責任。只有堅持不懈地將綠色化學這一理念深入地滲透到每一個學生的頭腦中,我們的環境和資源現狀才能出現改善的曙光。相信在新的經濟發展前景下,綠色化學將成為一個永久性的話題,逐漸深入到其他各個學科領域中去。
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