引论:我们为您整理了13篇绿色化学论文范文,供您借鉴以丰富您的创作。它们是您写作时的宝贵资源,期望它们能够激发您的创作灵感,让您的文章更具深度。
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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。
化学可以粗略地看作是研究从一种物质向另一种物质转化的科学。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质,但是在许多场合中却既未有效地利用资源,又产生大量排放物,造成严重的环境污染。绿色化学则是更高层次的化学,它的主要特点是“原子经济性”,即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子,实现“零排放”,因此既可以充分利用资源,又不产生污染。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。
1采用无毒、无害并可循环使用的新物料
1.1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。
1.2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。
1.2.1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。
1.2.2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。
1.2.3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℃,7477.79KPa)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。
1.3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。
2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。
3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。
绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学,从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响,而且将为我国的企业与国际接轨创造条件。
参考文献
1朱清时.绿色化学和新的产业革命[J].现代化工,1998(6)
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2.各项政策不到位。
建议政府、化学界、环保界,尤其是教育界应根据实际情况设立绿色化学及绿色化学教育奖项,提出各种绿色化学教育的政策法规,建立合理的绿色化学化工教育考核制度。相信有各种政策的保障,各种奖项的颁发,必将会加速全社会绿色化学意识的形成,实现人类社会的可持续发展。
3.教育体系不完善。
教师在课堂教学、实验教学过程中应始终贯彻绿色化学思想,要让学生了解绿色化学,树立起绿色化学意识,培养其从事绿色化学研究与开发的能力。然而,我国目前的高等教育机构还没有形成完备的绿色化学教育体系,更不用说基础教育了。因此应该建立起一系列合理的绿色化学教育体系,以促进绿色化学教育的顺利发展。绿色化学的发展将对环境保护起重大作用,它为人类的可持续发展提供了技术保证。绿色化学进入教育领域,从而进入化学教育,符合时代的呼唤。
二、有机化学教学中开展绿色化学教育的策略
1.在有机化学课堂教学中渗透绿色化学教育。
面对化学学术界悄然进行的绿色革命,广大的化学教育工作者不能无动于衷,尤其是将来作为社会的科技革命主动力的大学生更应该受到绿色化学教育,这就要求我们讲究策略,指行动或行动计划,以及为解决某问题或达到某目标而有意识做出的各种活动。可喜的是,目前已有部分重点大学如中国科技大学开始开设“绿色化学”课程。但是,仍然有不少高校的教师未能意识到将此重要的新信息传递给学生的重要性。另外,虽然有部分高校已开始着手为研究生或高年级本科生开设“绿色化学”课程,但在当前相当多的高校存在教学课时紧张的状况下,又带来了专门的教学时间难以安排的新矛盾。因此,在有机化学教学中进行绿色化学教育的渗透,不失为解决问题的好办法。在有机化学教学中进行绿色化学教育的渗透。具体来说,就是在进行有机化学教学时,对教学内容涉及有关绿色化学知识的方面,给予适时地、适量地介绍,通过这种画龙点睛的教学改革,可使学生在潜移默化中受到绿色化学教育。同时又不对原本非常紧张的教学安排造成新的冲击。
2.在有机化学实验教学中加强绿色化学教育。
化学是一门以实验为基础的学科。有机化学实验是化学科学赖以形成和发展的基础,是检验化学知识真理性的标准,是提高学生科学素养的重要内容和手段。有机化学实验也是化学教育的最有效的教学形式。除此之外,有机化学实验还具有重要的教育教学功能。从认识角度看,有机化学实验是为学生提供化学教学认识问题的主要途径,它为学生检验有机化学理论、认识有机化学科学知识、验证有机化学假说提供了科学依据。从方法论角度看,有机化学实验是培养学生掌握实验操作过程、实验方法的重要手段。从教学论的角度看,有机化学实验能创设一定教学情景,转变学生学习方式,有效激发学生学习兴趣。学生可以从有机化学实验现象中去认识有机物,并通过自己的操作来培养各种能力,进而促进思维的发展和综合能力的提高。教师将有机化学实验置于一定的化学教学情景下,为实现一定的化学教学目的,而展开的一系列教学活动,就是所谓的“化学实验教学”。有机化学实验教学是有机化学教学的重要组成部分,其对学生的科学思维、动手能力、创新意识的培养起着重要的作用。有机化学实验教学与绿色化学的联系最紧密、最直接,是培养学生“从我做起”的好阵地,也是培养学生绿色化学意识的重要途径。有机化学实验教学能促进学生在知、情、意、行等方面统一协调发展。有机化学实验是有机化学学科的基石和学生可以直接感知的事实,通过有机化学实验教学来培养学生的绿色化学意识是一个最好的切入点。在实验教学中开展绿色化学教育是历史的必然。当然,绿色化学与有机化学有着天然的血肉联系。因此,在有机化学实验教学中渗透绿色化学是最为合适的。学生在做实验的过程中,通过自己亲身体验来理解绿色化实验确实能减少或根本不产生污染,从而形成绿色化学意识。将一些传统实验方法与经过绿色化改进的绿色化实验方法进行比较,以此来说明通过用改进的绿色化实验向学生渗透绿色化学教育是有效的途径。
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1.大力推行微型实验
微型实验是在满足获取化学信息的前提下,对实验进行重新设计,旨在利用较少的化学药品和较小的装置就能得到相同的实验效果.微型实验中的化学药品用量为常规用量的百分之一甚至千分之一,这样可大幅减少实验排放物对环境的污染程度,改善实验室环境,而且操作比较简便、节约实验成本、保护学生身体健康和实验环节,同时可以达到教学目标,代表绿色化学思想的发展方向.例如,微型实验中的仪器可利用身边的废旧物品自制而成,可用塑料吸管替代移液管、用小玻璃瓶制作酒精灯、用片剂铝塑包装板制作点滴板,用一次性针管针头联合内加小玻璃珠的乳胶管制成酸碱滴定管.还可将启普发生器、容量瓶等微型化.在设计实验内容时,可将实验过程经过重新设计,将实验技术、仪器和方法相似或相近的实验改进同时进行,将某些实验的废弃物可作为另一个实验原料的两个实验串联进行,从而节约药品和时间.
2.规范实验操作步骤
在进行实验教学过程中,对于装置的连接、试剂的选择、药品的称量、实验生成物的倾倒等都要严格规范操作规则,从而达到减少实验事故和环境污染、节约能源和药品的目的.例如,在进行实验前要认真检查装置的气密性,防止有毒气体泄漏;在处理“三废”时,要严格按照无害化处理后再排放,防止污染环境;在闻气体时不要敞开容器口,防止气体浪费;为避免人体受伤害,一定要在通风橱中进行挥发性较强物质的实验;在点燃易燃气体前一定要验纯;在制乙烯时一定要将碎瓷片放入反应混合液中,稀释浓硫酸时要防止暴沸;配制银氨溶液时,要随配随用等;而且对于氢气和氧气的爆鸣实验要加以改进,防止对学生造成伤害;通过规范实验操作,培养学生的绿色化学和安全意识.
3.正确处理剩余药品和废液
实验结束后要正确处理剩余的药品和废弃液体.根据国家排放标准可采取的处理废弃物方法有燃烧、分解、回收循环利用、吸收和中和等.做完实验后,教师应引导学生把酸碱盐等给累废渣废液分别倒入相应回收容器,将铜、锌、铁、铝等金属片放到指定的地点进行回收利用,除此之外,减少环境污染也可通过增加尾气吸收装置实现.例如,在做浓硫酸脱水实验中,可用水槽液封浓硫酸和蔗糖产生的刺激性气体,减少其排向空气中的量,减少污染;在制取氯气时,可用氢氧化钠溶液吸收向上排气法剩下的多余氯气.而对重金属废液进行处理,一般通过回收的方法实现实验末端处理的绿色化.在处理生成的废弃物时统一处理,减少对环境的二次危害.
三、在课外活动中延伸绿色理念
1.开展绿色化学专题活动
除了课堂进行教材知识讲解和做化学实验培养学生的绿色化学理念,还应该开展各种绿色化学专题活动,激发学生探索绿色化学的兴趣.例如,可通过邀请化学方面的专家来学校举办绿色化学知识讲座、向学生宣传绿色化学的科普知识.同时,在平常的板报活动中,鼓励学生将化学中与环保有关的知识设计在板报中进行宣传教育.化学组教师可合作举办化学文化节,设置关于绿色化学方面的问题举办竞赛活动、让学生设计与化学有关的绿色环保产品等,在全校形成宣传效果.也可组织学生对周边生活的区域进行参观调查,对周围的钢铁厂、造纸厂、污水河进行参观,使学生了解其生活环境的实际情况并了解化工生产过程,鼓励其利用自己学过的知识解决生活中遇到的实际问题,提升其绿色化学意识.也可鼓励其参与环境问题,拣拾白色垃圾、拒绝一次性东西的使用、告别塑料袋、回收废旧电池等.
2.设计实践性调研课题
教师利用假期等时间安排具有实践性的调研课题,让学生走向生活,发现生活中运用绿色化学的方法.通过对本地区生活垃圾的处理、分类及回收等问题进行调研,提出解决的方法.首先要设计调查问卷,然后对班级学生进行分组,安排组长带领本组人员进行调查.包括家用洗衣粉品牌及主要化学成分、废旧电池的处理方法、买菜时采用的包装物材质、生活污水的排放和处理等,根据对所调查与化学有关的生活数据进行分析,利用所学的化学知识分析其采用的物质及对其的处理方法对环境的作用,调动其学习化学的积极性,树立绿色化学理念.
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1、减量一Raduction“减量”是从省资源、少污染角度提出的,包括二层意思:(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、废水及废渣(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。在我国的台湾,连实验室废水排放都制定有严格的标准。
2、重复使用一Reuse重复使用不仅是降低成本的需要,也是减废的需要。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、回收一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、再生一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、拒用一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。特别是中学化学教育教学,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、现行中学化学教材的绿色化学观绿色化学,对我国广大化学工作者、化学教育工作者来说,或许还是一个新概念,但他们所从事的环境保护、环境教育工作,微型化学实验研究和用品开发工作,都做到了与绿色化学要求的高度一致,甚至在现行中学化学教材中也充分体现了绿色化学观。
1.建立了与绿色化学相一致的概念现行初高中化学教材从不同角度建立了与绿色化学内涵相一致的基本概念。从环境保护角度介绍了环境污染、三废、大气污染物、酸雨、温室效应(选学)等概念,在介绍概念的同时还分析了有关污染的成因和污染物的主要来源及危害。从减量、减废的角度介绍了循环操作、交换剂再生、催化剂中毒等概念。
2.工业化学渗透了绿色化学观点中学化学教材中的工业化学内容虽然较为分散也不系统,但都不例外地合理渗透了绿色化学观点,这些观点主要体现在:(1)为了省资源、提高转化率和原料利用率,在工业合成氨、氨氧化制硝酸、接触法制硫酸、侯氏制碱法等工艺流程中都采取了循环操作(氧化);(2)为了防止或减少环境污染的发生,氨氧化制硝酸、接触法制硫酸工艺中都设立了尾气处理装置,并介绍了尾气回收的方法及回收物的利用;(3)为了防止催化剂中毒,使催化剂重复使用,合成氨、氨氧化制硝酸、接触法制硫酸都要求对原料气、炉气进行净化。另外,教材还介绍了电镀工业中采取无氰电镀,乙炔制乙醛中使用非汞催化剂的原因。
3.实验内容充分体现了绿色化学原理在中学化学课本的编制和修订过程中,有关实验内容安排也充分体现了绿色化学原理:(1)对常见实验的固液试剂的取用给出了限量要求;(2)在教材修订时删除了有一定危险或危害的硫化氢和苯磺酸制备实验;(3)介绍了闻气体的方法;(4)强调了实验中常见的事故避免、应急处理等;(4)介绍了特殊试剂的保存和使用原则及方法;(6)在新编初中化学课本中引入了减量、减废的微型化学实验;(7)NO、NO2等有危害的制备实验只安排在实验室中进行;(8)在氯化氢、氯气等制备实验中强调了尾气的处理办法。
4.有关物质的内容编排中,考虑到了绿色化学因素课本在有关元素化合物、有机化合物的内容编排中从绿色化学角度有重点地介绍了有毒物质的性质、使用、保存等:(1)介绍了氯气、硫化氢、氟气、氟化氢、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、硝基苯、白磷、偏磷酸等有毒、剧毒物质的毒性及使用方法,甚至用黑体字写出加以强调;(2)在选学内容中安排了臭氧空洞的形成、合成洗涤剂的功与过介绍等。三、绿色化学与中学化学教育教学现代社会生活、经济发展呼唤绿色化学,绿色化学的新观点、新思想也需要及时向社会传播,中学化学教育工作者理当承担起这个义务与责任。
如何在中学化学教育教学的过程中体现绿色化学思想,在潜移默化中对学生进行绿色化学观点的教育呢?
1.在素质教育中体现绿色化学思想素质教育是全面的教育,中学化学教育也应是围绕全民族素质的提高进行的教育。在素质教育中体现绿色化学思想,既是传播绿色化学观点的需要,也是培养学生对社会、对将来的责任感的需要,更是培养创新精神的需要。(1)绿色化学与环境教育化工产品生产和化学实验产生的废水、废气和废渣都会对环境造成不容忽视的污染,这就需要在中学化学教育教学过程中进行环境教育,而绿色化学要求与环境教育宗旨是高度一致的。在实施环境教育过程中,一方面要向学生阐明绿色化学的观点、要求,使他们树立起防治污染、保证人类生存质量的责任感;另一方面,结合绿色化学要求,教给学生防治污染的重要方法——减量、减废、回收、再生和拒用等。(2)绿色化学与创造性教育培养学生创新精神是素质教育的灵魂,绿色化学对化工生产,化学实验提出的新要求,无疑对学生进行创造性教育将起到积极的作用:首先,“减量、减废”的实验要求,可激发学生传统化学实验进行改革,培养学生创造能力;其次,“省资源、零污染”的化工生产要求,可鼓励学生对化学课本中的化工生产工艺流程进行质疑,培养学生创造性思维。
2.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。笔者认为:
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在化学反应中使用选择性高的试剂也是绿色工艺应用的一个途径。以石油化工为例,生产过程中烃类选择性氧化反应较为普遍,作为一种强方热性反应,具有生成物不稳定、易进一步氧化等特征,所以,催化反应中此反应并非最佳选择,生成物的不稳定也不利于提取最终产物,所以,为改善这种情况,使用选择性高的试剂是最佳途径。如此一来,不仅可以降低成本,节约资源,还能够降低分离产品的难度提升纯度,无疑实现了提升效益和减少污染的双赢,所以,绿色化学工程在这方面的研究实践也非常热门。随着越来越多的化学反应被应用到工业生产中,催化剂对提升反应速率效果显著,所以目前化学工艺领域积极研究无毒无害的高效催化剂成为主流发展方向不一,不仅有利于工业的发展,对于推动化学分子深入研究也有助益,分子筛催化剂和烷基化固相催化剂就是其中较为典型的代表。
2.绿色化学工程工艺应用
分析绿色化学工艺是实现节能减排的重要途径,对绿色工艺的重视与开发也彰显了当前世界范围内节能减排的重要性。长达两百余年的工业化路程,使得人类活动对自然资源环境的危害越来越大,尤其中国作为当前世界最大的工业国,“三废”问题十分突出,PM2.5问题也成为了悬在人们头上的一把利剑,将资源枯竭、环境污染、生态失衡、人口问题等推到了台前更加显著的位置。大型化工企业作为与人们生存发展息息相关的企业,石油化工与煤炭除去提供能源之外,还提供多种衍生化工产品为人们衣食住行服务,生产过程中产生的废水废渣废气、消耗的大量原材料都警示着当前必须积极发展绿色化工工艺,以达到节能减排、实现可持续发展的目的。就目前而言,节能减排的实现途径主要以下几种:研发新科技、新工艺全过程控制污染;利用先进清洁工艺从源头控制污染;利用技术和工艺创新打造可循环绿色生态产业链;发展循环经济等。绿色化学工程与工艺作为节能减排目标得以实现的重要保障,广泛应用于多个领域,就目前来说,主要以三种表现为主,分别是清洁生产技术、生物技术的应用及生产环境友好型产品。
绿色化学工程与工艺使用生物技术服务可再生能源的合成,像有机化合物原料的应用经历了从动植物到石油煤炭的发展过程,现如今已经开始广泛应用各类再合成的有机化合物。在绿色化工中,所使用的催化剂多以工业酶和自然界中存在的酶,酶与其他化学催化剂相比,具有反应条件温和、生成物优良、污染少等优势,对于当前化工领域而言,生物酶的利用和研发就成为了绿色化工的重要发展方向。像丙烯酰胺的制备,最早使用丙烯晴,在环城生物酶催化后,不仅能耗与成本大幅度减低,且反应完全无副产物,对工业生产而言有多重积极意义。
除此之外,绿色化工工艺还广泛应用于生产环境友好型产品领域,生活中有众多具体应用实例。比如空调制冷多使用氟利昂,会造成臭氧层空洞、紫外线增多、温度升高,目前正积极寻求替代品且朝着低能耗方向发展,无磷洗衣粉减少对河流水域污染和人体健康的危害,可降解塑造制品对土地、水源危害都将进一步减轻,清洁汽油的使用可对大气污染降低,以上种种尝试都说明了在生产环境友好型产品领域,绿色化工工艺所发挥的积极作用。尤其是近年来无污染汽油的研发与应用,像低硫柴油、乙醇、二甲醚等,不仅经济环保,发展前景好,且制备生产对自然资源的消耗、对环境的危害都不断降低,证实了绿色工程化工应用的优越性。
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1.原因。近年来,环境污染加重,并且生态系统完整性遭受破坏,这对人类赖以生存的家园产生了不利影响。为了改变这一现状,引导化学工业良性发展,务必渗透绿色化学理念,加强绿色化学教育。在高中化学实验教学中潜移默化渗透绿色化学理念,以此扩大传播范围,推动化工产业绿色发展,能够形成人与自然和谐共处关系,这对社会持续发展有积极影响。2.意义。首先,能为绿色化学研究提供支持,促进绿色化学研究工作深入、持续推进。其次,强化学生绿色化学意识,规范学生化学实验行为。例如,学生在绿色化学理念引导下,严格遵守化学实验操作要求,化学实验完成后,妥善处理化学试剂及设备,以免产生污染。第三,落实科学发展观,学生能够正确认识人与自然和谐发展的重要性,进而学生能够主动学习化学知识,掌握化学实验操作技能,为生态环境保护贡献力量。例如,学生学习SO2性质、掌握SO2用途后,实验过程中正确拿取试剂、存放试剂,工厂实习期间,按照相关要求完成SO2排放任务,以免对自然环境产生污染。
二、高中化学实验教学中绿色化学理念应用分析
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在初中化学教学中除了要培养学生的绿色理念,还要注重对绿色理念的应用,将其合理应用到课外活动中,让学生养成良好的习惯,更好地开展各种活动.合理组织课外活动,也能提高学生的知识应用能力.这是落实绿色化学理念的重要平台.教师可以组织兴趣学习小组,开展化学知识竞赛等活动,以所学的初中化学知识为基础,介绍生物系统的物质循环和能量流动等,学习人类活动与大气、水体、森林、植物之间的关系,学生通过学习之后更加明白环境保护的重要性.同时,学习环境保护、新能源利用、食品卫生保健等,提高学生的环保意识,让学生利用所学化学知识指导自己的实际行动.还可以采用课外宣传、讲座等形式,介绍人们所关注的环境问题,丰富学生这方面的知识,进一步提高学生的环保意识,将所学知识有效应用到日常生活之中,从而提高学习效率,同时提高初中学生的化学知识应用能力.
三、考试练习中应用绿色化学理念
在考试和练习过程中,适当增加绿色化学理念方面的内容,有意识地加强训练,指导学生的日常行动.在布置习题和练习时,要结合教学内容和课要求,精心设计习题,合理设置环境保护方面的练习,提高学生的环保意识.例如,在讲“水的组成”后,教师可以设置习题:水资源保护,节约用水的主要对策有哪些?在做“硫在氧气中的燃烧”实验时,为降低对周围环境的污染,可以采取哪些有效的环境保护对策?这些习题和练习与环境保护息息相关,也是培养学生环保意识的重要策略.通过这些习题和练习,能够培养学生的环保意识,使学生将绿色化学理念的相关理论熟记在自己脑海中,并落实到自己的实际行动中,在日常生活中积极采取相应对策,加强对周围环境的保护工作.
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化学试剂是化学课堂的基本元素,是学生认识自然的小缩影.有些化学药品或试剂会带了一定的污染,教师可以组织学生展开讨论,利用化学知识分析药品的性质,结合“绿色实验”的原则,来选择污染小、可循环使用的化学试剂,使学生处处见了绿色.例如在学习“氧气的制备”时,教师就可以组织学生对“氧气的制法”进行讨论,让学生认真的分析高锰酸钾、氯酸钾和二氧化锰、双氧水和二氧化锰这三种制取氧气的方法,从中选择简单合理的方法来,这个问题有效的激发了学生的主动性.学生很快的进入了讨论的环节,纷纷的说出自己方法的优点,教师鼓励学生之间的相互比较、自评和互评,使得学生在相互的讨论中,认识到自己思考上的不足,借用其他学生的优势来突破自己的思维,讨论进行的非常激烈.最终,学生利用列表的方式,将这三种方法的有缺点进行对比,得到这样的结论:使用高锰酸钾和氯酸钾这样两种方法制取氧气,都最后都得到了混合物,且较难做分离处理;而使用双氧水来制取氧气,不仅操作简单,而且二氧化锰很容易的就可以回收.通过学生的积极讨论对比,学生深入的理解了制取氧气的三种方法,在选择的基础上渗透了;绿色化学的理念,从小小的试剂选择上建立了学生的节俭意识,同时也激发了学生有没有更好的制取氧气方法的探索,诱导了学生向更好、更科学的高峰迈进.
三、改进实验装置创新绿色化学
演示实验或学生实验用到的试剂量都比较少,有时会忽略污染物质对空气的排放和污染.教师就要抓住实验当中的这一点,和学生一起探索更好的实验器具、步骤,来改进实验的装置,从而使学生的绿色化学落在实处、落在具体的实验中,感觉绿色环保就在我们身边.例如在学习“一氧化碳还原氧化铜”的实验时,由于一氧化碳的排放有毒,而且操作时间也比较长、现象不是很明显,教师就可以组织学生积极思考,设置环保、快捷的实验,在教师的引导和提示下,学生设计了如下实验:在一个底部有少量澄清石灰水的烧瓶中,充满一氧化碳,并用橡皮塞盖住,橡皮塞的上面插入一根较粗的呈螺旋状的铜丝.首先将铜丝拿出在酒精灯上将红色的铜丝表面灼烧成黑色的氧化铜,然后迅速的将生成黑色氧化铜的一端顺着橡皮塞插入烧瓶中,大家会很明显的看到黑色的氧化铜变为了红色的单质铜.最后轻轻的振动烧瓶,底部澄清的石灰水变浑浊.实验进行的非常顺利,现象明显、所用的时间短,学生兴奋的鼓起掌来.通过实验的改进,激发了学生的兴趣,避免了有毒气体对环境的危害,也给学生上了一堂生动的绿色环保的课,使学生充分的意识到只要我们肯思考、勤动脑,就一定能够找出更好、更高效的方法来保护我们的环境,提高了学生的动脑意识,整个课堂取得了非常满意的效果.
四、结合实际问题应用绿色化学
化学来源于生活,最终还要应用于生活,帮助我们和大自然和谐相处、互助互利.在教学中,教师可以充分的利用化学与生活的紧密联系,利用第二课堂让学生多接触生活中的化学,培养学生的绿色化学的意识,用自己化学知识来解决生活中的问题,领悟绿色化学的魅力.例如在“世界环境保护日”之前,让学生收集相绿色化学的资料,组织一次“环境保护、从我做起”的宣传活动,学生的积极性很好,分别从网络、书籍、报刊上查找相关的知识和新闻,了解到了二氧化碳对环境造成的“温室效应”;有毒气体的泄露给人们来到的危害,震惊的“博帕尔事件”造成了几千人的丧生;废气的排放造成危害健康的雾霾天气;著名的“日本水俣病事件”,激发了学生对水资源的保护.等等许多相关环境的资料和鲜活的事实面前,学生被深深的触动了,学生自发的准备了环保的宣传手册,指导和建议人们如何保护我们的环境:拒绝使用塑料袋,拒绝使用一次性的筷子,少开一天车少排一点废气,倡导人们使用无公害的、节能的产品,倡导人们保护自己的环境,爱护树木,做种一棵树、多留一片绿.通过学生的这次活动,使学生感受到保护环境需要从我做起、从小事做起,保护环境是每个人的事情,学生充分的意识到了这一点,使得绿色信念渗透到了学生的行为中去,整个活动学生的积极性很高,环保意识也大为增强.
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2.1绿色化学意识的树立与培养若想树立学生的绿色化学意识要求教师能够率先把握环保低碳理念,并积极实施环境无害化学实验管理模式。为此,应首先将绿色化学的相关概念及原则融入到课堂管理中,并进行科学指导。例如,在课前预习阶段积极引导学生以查找资料的方式初步了解相关实验试剂的毒性及其对环境产生的损害和影响,并鼓励学生不拘泥于教材,通过改良步骤或运用技术手段减少对生态环境有害的原料、催化剂的使用,并有针对性地降低有害副产物的产生和排放。再如,应密切关注实验整体的进行情况,及时纠正一些因意识疏忽而造成的装置安装问题,阻止因其导致的仪器损害或有毒物质泄漏现象的出现。通过教学过程,潜移默化地影响学生,使之在观念上重视化学实验绿色化,在学习中掌握更新实现绿色化学目标的方法途径。另外,可在教学过程中将能否贯彻绿色化学意识、积极实施对环境友好举措作为考核项目之一,杜绝学生在实验过程中不慎造成的药品浪费、随意丢弃废物等现象的发生。
2.2实验试剂的选用与教学内容的革新完善在有机化学实验中,难免使用一些易燃易爆、有毒或有腐蚀性的原料,这些试剂不但用量大,而且存在危险和污染,如果能勇于突破定性思维和教材,在保证实现原有教学目标的同时,有针对性地选取低碳无害试剂,也能起到推广“绿色化学”的目的。比如在原料与催化剂的革新方向上,可用无毒高效原料代替有毒原料,用新型催化剂取代腐蚀性严重的催化剂。在此试举两例:在利用硝酸氧化环己醇和环己酮制备1.6—己二酸的实验中,传统教科书一般选用高锰酸钾作为氧化剂。高锰酸钾具有放热强烈、有毒等不良特性,并不符合低碳环保标准,但若改用过氧化氢做氧化剂,则副产物是水,其污染程度不会随反应的进行而增加,部分实现了绿色化学目标的达成。又如,在乙酸正丁酯制备过程中,将具有腐蚀性、易产生碳化异构化等副反应的催化剂浓硫酸,改为固体催化剂一水合硫酸氢钠,不但能够降低实验过程中“三废”的生成量,还能将产品率由70%提高到90%,起到了事半功倍的效果。另外,可选用学生熟悉的天然食品代替有机药物完成教学任务,如在利用茶叶提取咖啡因的过程中使学生掌握索氏提取器的用法;采用橘皮改良过去使用的苯甲醛完成水蒸气蒸馏实验,而蒸馏得到的柠檬烯又具有光学活性,可将其进一步用作测定旋光度的原料。在教学设计环节,应使实验内容及实施方式趋向低碳环保。内容低碳化主要反映在合成路线的设计上,可用综合性较强、合成路线较复杂的实验代替目的过于单一的项目。如仅选取溴乙烷的制备这一个实验,就能够学习吸收有害气体、蒸馏、分液、萃取、干燥等重要方法,可大大降低实验项目无意义的重复性。另外,可适时设计一些具有连续性的实验,使回收到的产物作为反应物而被重新利用。如在甲基橙的制备实验中得到的产物可作为重结晶实验的主要试剂而被循环使用,将制备好的乙酰水杨酸用于阿司匹林原料药的检验等。这样设计的优势还在于,因前一产品质量的优劣将影响后续实验的进行,可提高学生对结果真实性与可靠性的感悟,通过连续的实验过程,培养其环保节约意识。实施方式的低碳化主要在剂量的半微量或微量化过程中得以体现。将一些污染较严重实验的规模进行相应的缩小处理,是运用预防化学污染的新方法新技术对常量实验进行改革的必经之路。例如在茶叶提取咖啡因的实验中,将乙醇用量从150ml降低至70ml即能提取到产物咖啡因,再如环己酮的制备及苯乙酮的制备实验中,可将有害原料环己醇和乙酸酐用量减少到原量的1/5,除提高实验绿色化外又能有效地提高产率。由此可见,微量实验值得推广的原因在于节约能源减少污染,降低有机实验的危险性,同时减少了因处理“三废”带来的压力。除此而外,微量及半微量实验的规模更接近于科研现状,它的安全性和低成本大大促进了开放式实验教学项目的开出率,提升了学生的动手能力和胆大心细的实验态度,因此,在教学过程中采取常量和微量实验交替配合的模式,将更有利于化学实验绿色化目标的实现。
2.3合理进行三废处理在有机化学实验中,若不将“三废”进行合理有效的处理而直接排放,将会对环境和人体产生一定的污染和伤害。因此在实验过程中应结合以下几点有效提高实验室中对“三废”的处理效率:
(1)废气的处理:实验中应合理使用通风橱,并在尾气排出装置处安装气体净化装置。对于在实验进行过程中产生的有害气体应用专门的吸收装置进行吸收。
(2)废液的处理:可将废液分类为酸碱及有机试剂进行分别处理。酸碱可混溶中和并调节pH值在6.5—8.5之间,并用水将其稀释后排放;对于乙醇、乙酸乙酯等有机试剂,可在积攒到一定体积后进行重蒸提纯,并作为反应物应用于后续的实验中。对于一些在学校条件内无能力进行处理的废产品,切不可直接将其倒入下水道或排放到大气中,应定期送到专门地点进行生化处理。
(3)废渣的处理:有机实验所产生的废渣一般为有毒易燃易爆的固体,应统一回收并将其埋于地下固定地点。尤其需要注意的是特殊但常用试剂的处理方式,如在破损温度计洒落的微小汞珠上撒上硫粉,使其合成毒性较小的硫化汞,减少环境损害等。
2.4将节约意识与绿色化学观念相结合建设节约型社会是赢得国际竞争优势的重要战略之一,作为未来化工行业的主流人才,我们有必要在化学实验的学习过程中重视资源意识和节约意识的养成。除去精简实验项目,控制原料使用量外,也要注意水电的使用,从小处做起,才能将此观念深植于学生的头脑之中。比如在蒸馏回流等步骤中,冷凝装置一组组相连的搭建方法即可大大降低自来水的用量。
2.5科学技术的引入与完善科学技术的不断发展为实验室实现绿色低碳目标提供了技术支持和保障,在教学过程中适当引用微波技术、多媒体技术已成为实践教学的大势所趋。
(1)微波技术。微波作为一种新能源,可用于多种化学实验之中,已成为一种加速有机反应的经典技术。它具有极大提高有机反应时间,使受热体系升温均匀、控制方便、产率高和产品易于纯化等特点。如在合成肉桂酸的实验中,将苯甲醛等反应物的加热时间由回流1.5小时缩短为微波辐射条件下的20分钟,在此条件下可降低副产物产量,随之而来的分离提纯步骤减少,基本实现了“零排放”目的。据目前研究表明,利用微波技术的化学反应,可减少甚至不用溶剂,对环境污染极低。酯化反应、重排反应、偶联反应、酯交换反应及有机金属反应均可利用微波技术实现反应速度的最大化。
(2)多媒体技术。采用多媒体技术模拟实验进程是“绿色化学”理念下值得重视和使用的科学技术之一。在有机教学中,存在一些污染严重却又不得不要求学生全面掌握的实验项目,此时借助于计算机技术呈现真实完整的反应过程,可以弥补因实验条件不足带来的负面影响。学生也可学会在接受传统课堂教学的方式外,充分利用网络资源,展开全方位学习,有利于其自主性及创新意识的提高。
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1.2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。
1.3使用绿色无公害的反应催化剂催化剂作为化学反应中能改变反应速率的的物质,在化学工业中应用广泛,绿色化学就是研究生产高效高质量的化学反应,不产生任何有害物质,无效产物可以做到循环利用,无公害。这项生产技术就是高度依赖化学反应过程中的催化剂,不断创新,不断推动绿色化学产业的发展,相关机构已经着手研究这些优良的催化剂.
2寻找高效绿色的化学催化剂对提升工业生产水平的作用
2.1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。
2.2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。
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在化学反应中使用选择性高的试剂也是绿色工艺应用的一个途径。以石油化工为例,生产过程中烃类选择性氧化反应较为普遍,作为一种强方热性反应,具有生成物不稳定、易进一步氧化等特征,所以,催化反应中此反应并非最佳选择,生成物的不稳定也不利于提取最终产物,所以,为改善这种情况,使用选择性高的试剂是最佳途径。如此一来,不仅可以降低成本,节约资源,还能够降低分离产品的难度提升纯度,无疑实现了提升效益和减少污染的双赢,所以,绿色化学工程在这方面的研究实践也非常热门。随着越来越多的化学反应被应用到工业生产中,催化剂对提升反应速率效果显着,所以目前化学工艺领域积极研究无毒无害的高效催化剂成为主流发展方向不一,不仅有利于工业的发展,对于推动化学分子深入研究也有助益,分子筛催化剂和烷基化固相催化剂就是其中较为典型的代表。
2。绿色化学工程工艺应用
分析绿色化学工艺是实现节能减排的重要途径,对绿色工艺的重视与开发也彰显了当前世界范围内节能减排的重要性。长达两百余年的工业化路程,使得人类活动对自然资源环境的危害越来越大,尤其中国作为当前世界最大的工业国,“三废”问题十分突出,PM2。5问题也成为了悬在人们头上的一把利剑,将资源枯竭、环境污染、生态失衡、人口问题等推到了台前更加显着的位置。大型化工企业作为与人们生存发展息息相关的企业,石油化工与煤炭除去提供能源之外,还提供多种衍生化工产品为人们衣食住行服务,生产过程中产生的废水废渣废气、消耗的大量原材料都警示着当前必须积极发展绿色化工工艺,以达到节能减排、实现可持续发展的目的。就目前而言,节能减排的实现途径主要以下几种:研发新科技、新工艺全过程控制污染;利用先进清洁工艺从源头控制污染;利用技术和工艺创新打造可循环绿色生态产业链;发展循环经济等。绿色化学工程与工艺作为节能减排目标得以实现的重要保障,广泛应用于多个领域,就目前来说,主要以三种表现为主,分别是清洁生产技术、生物技术的应用及生产环境友好型产品。
绿色化学工程与工艺使用生物技术服务可再生能源的合成,像有机化合物原料的应用经历了从动植物到石油煤炭的发展过程,现如今已经开始广泛应用各类再合成的有机化合物。在绿色化工中,所使用的催化剂多以工业酶和自然界中存在的酶,酶与其他化学催化剂相比,具有反应条件温和、生成物优良、污染少等优势,对于当前化工领域而言,生物酶的利用和研发就成为了绿色化工的重要发展方向。像丙烯酰胺的制备,最早使用丙烯晴,在环城生物酶催化后,不仅能耗与成本大幅度减低,且反应完全无副产物,对工业生产而言有多重积极意义。
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众所周知,科技的发展像一把“双刃剑”,科技的发展在给人类文明带来进步的同时,
也使人类自身的生存环境遭到了前所未有的严重破坏。我们感到庆幸的是人类作为地球环境中的主导者,还有着自我反省的意识和悔改的能力。越来越多的人已经逐渐认识到环境保护的必要性和重要性,环境保护已经成为当今世界的一个重要课题。学校是教育的主要场所。学校进行环境教育的有力条件是其他任何部门所无法比拟的,因此,学校“绿色教育”便在世界各地广泛兴起。因此,中国的学校绿色教育,作为环境教育这一伟大系统工程的一个重要环节还亟待加强,亦可谓任重而道远。
二、学校绿色教育的发展现状:不容乐观
人们的生态意识尚待增强,人们的环境素养有待提高。根据我国的环境教育的实践来看,这些方面的素质都普遍较低。主要集中表现在环境情感不深,环境认知水平低,环境伦理观念不强,环境技能水平不高,环境习惯没有形成自觉。这是一个很严重的问题,是一个需要全体公民共同加以解决的的问题,仅仅是单个人素质的提高是不成的。在学校里面就需要科学规范的管理和学生的自觉学习和遵守。学校环境教育中存在的一些问题亟待解决。这些问题的广泛存在值得我们思考,它们是作为一个整体的各个方面出现的,我们不能忽略其中的任何一个问题的解决。这一系列问题的出现将会严重导致我们进行环境教育的不良效果,因此我们必须尽快相处办法对这些问题加以很好地解决。
三、学校绿色教育的发展对策:科学有效
明确教育目标,健全教学体系。教育的目标随着社会的发展而变化,新时期环境问题已经成为全球共同关注的课题,经济能否可持续发展关系到未来社会我们的生存和发展。环境素养是构成未来公民综合素质的一个重要组成部分,因此我们一定要明确教育目标。加强环境教育的师资建设,加大环境教育的资金投入。我们都知道教师是教育的主要参与者,学校绿色教育也不例外。从某种意义上说,学校绿色教育的开展能否成功,教育质量的高低直接取决于环境教育师资队伍的强弱。因此我们必须大力加强环境教育的师资,开展环境教育的实践活动,尽快建立环境教育的评价机制。环境素养的提高不单是环境意识的增强和环境知识的增强,更重要的是在于环境技能的提高和良好环境习惯的养成。对环境教育的开展试行奖罚分明的评价机制,用以对环境教育进行鼓励和鞭策,使我们的学校绿色教育能在一个良好的生态环境教育氛围中顺利开展。
四、学校绿色教育的发展归宿:廉洁文化环境
环境友好型校园的内涵,指的是全校都彩玉有利于环境保护的教学方式、生活方式、消费方式、建立人与环境良性互动的关系。环境友好型校园的特征从本质上可以说是一个全校性、综合性、广泛性的学校绿色教育的结果,根据目前国内外一些绿色学校的成功典范的考察,可以归结为一些共同特征:第一,有一个对环境友好的课程。第二,具有对环境友好的教育氛围。第三,鼓励校内人员全员参与,从可持续发展的教育观出发,学校作为可持续发展观念的传递者和实践地,应当提倡公平、民主、尊重、信任、平等观念。第四,学校重视校园环境和当地环境教育的资源。第五,社区与学校的互相开放。第六,鼓励以学生为中心,丰富的教育教学方式。高举“绿色”旗帜,实现美好愿望。环境友好型校园是广大师生追求的一种理想,也是新时代我们解决环境问题的必然要求,加强学校“绿色”教育,建设环境友好型校园,意义非常重大。
参考文献