绿色化学工艺【绿色化学教育在“精细化工工艺学”教学中的渗透】
时间：2020-03-02 07:21:10 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 实施绿色化学教育培养学生绿色化学素养是社会发展的需要。结合教学实践，探研了在“精细化工工艺学”教学中渗透绿色化学教育的具体措施。 关键词 绿色化学教育 精细化工工艺学 教学实践
绿色化学又称环境友好化学，是一门从源头上阻止污染的化学，核心是“原子经济性”和“5R”（Reduciton、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection）原则［1］，其与转变经济发展方式，建立环境友好与资源节约型社会，实现人类社会的可持续发展紧密相连。
“精细化工工艺学”是应用化学类专业的一门专业课，主要介绍精细化工产品的生产原理、工艺、设备等内容,使学生对精细化学品的生产工艺有较系统的了解和掌握［2］。精细化学品与人们的生活息息相关，其传统工艺往往具有三高（高能耗、高污染、高排放）的特点，这与绿色化学背道而驰。为此，笔者将绿色化学教育渗透于“精细化工工艺学”教学，取得了良好的教学效果。
1 进行绿色化学教育渗透的意义
人类所共同面对的环境问题决定了开展绿色化学教育的必要性和紧迫性。绿色化学教育既是素质教育的重要内容，也是培养学生社会责任感的需要，更是培养创新能力的需要。
立足于专业课的绿色化学教育，有利于绿色化学知识和专业知识的有机融合，有利于培养学生的环保意识及科学人文素养，有利于培养学生的创新能力，更有利于培养未来“工程师”们的绿色化学能力，为从长远和根本上防止污染、实现人类与环境的和谐发展奠定坚实的基础。因此，21世纪绿色化学教育必将迎来新的机遇与挑战，在专业教学中渗透绿色化学内容，加强学生的绿色化学意识，具有极其深刻的意义［3］。
2 进行绿色化学教育渗透的措施
2.1 培养学生的绿色化学意识
教师必须适时灌输绿色化学思想，教导学生依据“5R”原则选择绿色的工艺路线，在无法避免使用或产生有毒有害物质时，必须采取有效的保护和消害处理措施。同时引导学生观察和认识生活、生产中的绿色化学现象，巩固和加深绿色化学知识，如：观察并理解在日常生活中使用带有“无氯氟烃”标志的冰箱、空调产品有利于防止对臭氧层的破坏；使用无磷洗衣粉可以减轻水体富营养化等。
教师必须结合教学实际，采取积极有效的方法和途径，切实提高学生的绿色化学意识，使学生在潜移默化中受到良好的绿色化学教育，使绿色化学教育在学生思想中达到由“要求”变成“需求”的境界。
2.2 以实验“绿色化”促进绿色化学教育渗透
在“精细化工工艺学”和“精细化工实验”教学内容“理实一体化”的基础上，将理论课中的典型案例和实验项目对应起来，并引入绿色化学方法来设计实验教学。在改装后的微波炉中进行了“食品添加剂苯甲酸合成”实验教学［4］，具体步骤是：（1）在圆底烧瓶中投入1 g无水碳酸钠、�0.015 mol高锰酸钾、0.01 mol氯化苄、0.2 g四丁基溴化铵及50 mL水放入微波炉，接好微波截止管和冷凝管，设置微波功率为750 W，反应时间15 min，启动微波炉。（2）反应完毕，冷至室温，滤出二氧化锰回收。（3）滤液用6 mol/L盐酸中和，可析出苯甲酸。（4）加热赶出二氧化碳，冷却，抽滤，干燥，得苯甲酸晶体，产率85%～87%。整个实验试剂用量少，副产物回收，不污染环境，避免了常规合成用亚硫酸钠或草酸溶解副产物二氧化锰的操作工序，实现了工艺绿色化。
将绿色化学理念引入到精细化工实验教学中，通过采用微波技术、微型实验等手段，让学生在实践中亲身体验绿色化学，促进了绿色化学教育在“精细化工工艺学”教学中的渗透。
2.3 以绿色化学案例进行绿色化学教育渗透
案例教学法具有生动具体,直观易学的优点,能充分调动学生的学习积极性和主动性，达成良好的教学效果［5］。由于精细化工产品数量众多，笔者对每一大类精细化学品都精选出3~5个典型案例（如：表面活性剂十二烷基苯磺酸钠合成、非离子表面活性剂OP-10的合成、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯（DOP）的合成、食品添加剂乳酸的合成、食品添加剂苯甲酸的合成、聚醋酸乙烯乳液的制备及应用等）进行教学，然后根据绿色化学“5R”原则，分别从原料、催化剂、反应、溶剂、产品、绿色化等不同角度对案例进行绿色化学设计，以培养学生绿色化学能力。
2.3.1 以“原料绿色化”案例进行渗透
绿色化学致力于采用无毒、无害原料――碳酸二甲酯(DMC)、双光气、三光气等替代传统的对环境有害的物质如氢氰酸、光气、苯、氯氟烃、硫酸来生产精细化学品。例1：在第4章“合成材料助剂”中，介绍了可广泛应用于聚酯等工程塑料阻燃剂溴代聚碳酸酯［6］(BPC)采用非光气物质碳酸双(三氯甲酯)代替剧毒光气，实现了安全环保的绿色工艺技术。例2：在第7章“涂料”中，分析了涂料主要成膜物质之一的聚氨酯的主要原料氰酸酯单体HDI的合成工艺［7］，传统工艺采用剧毒光气（COCl�2）严重污染和危害环境，现以绿色原料DMC代替光气来合成。原料绿色化，可从源头上控制和减少污染，也是实现绿色化学的一个重要方面。
2.3.2 以“催化剂绿色化”案例进行渗透
催化剂是许多化学反应中必不可少的，而传统精细化学品合成中催化剂主要是一些酸碱或重金属做催化剂，排放到环境中会造成严重的环境污染。近年来，国内外都在大力开发高效、环境友好催化剂，如：分子筛、固体超强酸等。
例3：在第3章“表面活性剂”中，对表面活性剂十二烷基苯磺酸钠［2］合成案例进行了分析，其首先采用绿色催化剂分子筛合成十二烷基苯，同采用HF催化合成工艺相比较，易于自然分解和高洗涤特性的十二烷基苯异构体分别提高了37％、5％。例4：第4章“合成材料助剂”的通用增塑剂邻苯二甲酸辛酯（DOP）合成时，用固体超强酸绿色催化，通过催化剂循环使用和省略了H�2SO�4中和工序，减少了三废排放，提高了产品收率和品质。
2.3.3 以“化学反应绿色化”案例进行渗透
绿色化学注重最大限度地利用原料，最大限度地减少副产物，减少废物的排放，或使此反应的副产物成为彼反应的原料。从原子的角度讲，尽可能使原料中的原子百分之百参与目标产物的形成，从而达到提高原子经济性。例5：在第3章“表面活性剂”中“非离子表面活性剂OP-10的合成”的案例中，剖析了涉及的主要原料环氧乙烷的绿色化学反应：
（1）传统工艺：
原子利用率为：［44／(28+71+74)］×100％=25％
(2)绿色化学工艺：
原子利用率为：［88／(56+32)］×100％=100％
和工艺（1）相比，工艺（2）原子经济性大大提高，是典型的绿色化学工艺。
2.3.4 以“溶剂绿色化”案例进行渗透
精细化工产品生产所出现的污染，不仅来源于原料和产品，往往还会源自于溶剂。大部分精细合成工艺均需要有机溶剂,传统有机溶剂如苯、甲苯、甲醛等都存在有毒、易挥发、易燃烧等诸多不足,不符合绿色化学要求，因此在教学过程中有必要对绿色溶剂（如水、超临界流体、离子液体等）加以介绍。例6：在第7章“涂料”中，介绍了在涂料的制备过程中，往往要用到大量的甲苯、二甲苯等对环境有害的溶剂，引导学生在满足工艺的条件下用绿色溶剂――水取代有毒有机溶剂。例7：在第8章“香料”中，介绍了CO�2在超临界状态下具有常规液体的溶解度，高的传质速度，大的可压缩性，且无毒、不可燃、廉价的诸多优点，从而可取代萃取法提取天然植物香料中的有毒、有害溶剂。此外，CO�2还可以用来代替氟氯烃作苯乙烯泡沫塑料发泡剂，实现绿色化学生产。
2.3.5 以“产品绿色化”案例进行渗透
产品绿色化就会减少甚至杜绝对环境造成损害，实现绿色化学。例8：在第3章“食品添加剂”中，对“食品添加剂乳酸的合成”案例进行了绿色化学设计，介绍了绿色产品――聚乳酸，乳酸可由再生生物质资源通过发酵的方法得到，聚合后成为聚乳酸。聚乳酸因其优良的物理化学性能、生物相容性、生物可降解性、对环境及人体无毒害作用，可代替带来“白色污染”问题的聚苯乙烯材料，是可再生并循环利用的绿色塑料［8］。
例9：在第7章“涂料”教学时，绿色化设计了“聚醋酸乙烯乳液的制备与应用”案例，向乳液树脂添加中空陶瓷珠子后得到的乳胶涂料是良好的节能涂料［9］，具有高反射比、高辐射率、低导热系数、低蓄热系数、保温隔热等优异性能，是绿色精细化工产品。
3 结束语
总之，教师要依据绿色化学5R原则，从原料、催化剂、反应、溶剂、产品的绿色化等角度出发充分挖掘和加工教材内容，并始终坚持把绿色化学教育渗透于专业课程教学之中，从而让学生认同绿色化学，从事绿色化学工作与研究的能力得到培养，成为未来“绿色化学”的坚决践行者。
参考文献
［1］ 徐常龙,曹小华,刘新强等.实验技术与管理,2009,26(11):137-139
［2］ 宋启煌.精细化工工艺学.北京:化学工业出版社,2004
［3］ 乐传俊,顾黎萍.化学教育,2009,30(3):11-12
［4］ 白林,张力,陈明凯.化学世界,2001,42(9):470-471
［5］ 黄俊娴.化学教育,2010,31(8):47-48
［6］ 樊真.塑料助剂,2007,(4):17-20
［7］ 吴魏,翟涛,田恒水.广东化工,2009,36(8):36
［8］ 李凡,王莎,刘巍峰等.微生物学报,2008,48(2):262-268
［9］ 王德富.中国涂料,2008,23(10):33-36
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