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绿色化学的特点范文1
初中化学是化学学习的启蒙,要让化学更好地发展,必须让最先进的理念走进寄托化学发展之希望的初中学生的心灵。化学最先进的理念是什么呢?是绿色化学。如何让它走进学生的心灵呢?
第一,必须让学生从理念上认识绿色化学,体会到它的时代必然性和优越性。
自从化学成为一门独立的学科之后,化学家们己创造出了许多自然界中不存在的物质,极大地丰富了人类的物质生活。人类在享用化学的先进成果的同时,也不得不面对化学带来的污染。传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重。化学工业能否生产出对环境无害的化学品?甚至开发出不产生废物的工艺?有识之士提出了绿色化学的号召,并立即得到了全世界的积极响应。绿色化学不是简单地进行环境保护,简单地治理污染,而是要利用化学原理从源头上消除污染。那么,什么是绿色化学呢?绿色化学又称环境无害化学,环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头上阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
第二,让学生在做化学实验的过程中运用绿色化学理念,使绿色化学内化在学生心灵。
要运用绿色化学的理念,就必须了解绿色化学的特点。绿色化学的主要特点有:①充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料;②在无毒、无害的条件下进行反应,以减少向环境排放废物;③提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳,实现“零排放”;④生产出有利环境保护社区安全和人体健康的环境友好的产品。
根据特点1我们可以引导初中学生在做化学实验时充分利用身边的用品做实验,变废为宝,开辟家庭小实验和寻找某些实验仪器和药品的化用品活动,使身边的资源和能源得以充分利用。
例如:①利用鸡蛋壳和白醋来制取CO2
②注射器可以代替胶头滴管取用和滴加少量液体药品。
根据特点2我们可以指导学生做实验时要妥善处理污染物,创造环境和条件,减少污染物排放。例如①利用白磷和氧气反应的实验证质量永恒定律时,将白磷放在底部铺有细沙的锥形瓶中,锥形瓶口盖橡皮塞,橡皮塞上安装一根玻璃管,玻璃管上端必须系牢一个气球,通过密封防止生成的P2O5白烟散出,污染空气。
②在做CO还原CUO时,将尾气CO烧掉,减少污染物向环境排放。
根据特点3,我们要充分利用原料中的原子,指导学生节约药品,剩余药品回收利用,生成物也要回收,废物分类收集,力图让废物也成为我们实验所需的药品,例如①制取CO2时,往往在实验结束时还有大理石没有反应完,可以回收。②做酸碱指示剂鉴别酸碱性时,药品用量要少,否则是浪费。③有的废液中含有CL- 、 SO2-4 ,可以作为检验液体中是否含有CL- 、SO2-4的样品。
根据特点4,我们可以指导学生为什么不能用工业酒精兑酒,为什么不能用工业盐来调味.加深化学产品对于环保,人体健康和安全的特殊要求,从而使他们以后从使化工生产有这方面的绿色化学意识.
绿色化学的特点范文2
关键词:绿色化学;高中;化学实验
一、绿色化学的概念及特点
所谓绿色化学,即防止和预防环境污染,实现有毒、有害物质的零排放,节约资源的环境友好学或环境无害学。在化学教学课堂中,绿色化学的理念使学生树立绿色化学的意识,强调的是可持续发展及环境保护,对于老师而言,用绿色化学的思路去引导学生朝绿色化学的方向发展,使学生学会用绿色化学的思路去分析化学问题的实质,而学生在这个过程中,有效地形成了良好的化学思想;绿色化学是利用自然资源及可再生能源,通过无毒害的化学资源而进行的化学反应,降低废弃物的排放、提高能源的利用率、利用合理的资源生产出有利于人类的产品的科学概念。
二、如何将绿色化学融入高中化学实验
从现在的化学课程中我们可以看到,学校安排的主要部分还是传统的化学知识的课程,如何将新的化学概念增加进来,一直都是我们所待解决的问题,显然,绿色化学怎样融入就是我们目前的问题,绿色化学概念反应在化学实验上有几个有关的要求:
1.减少实验中的废气物对环境的污染;2.对实验中产生的废气物要尽量收集并且处理;3.设计实验时要尽量考虑到简约的原则,使实验变得小型化,通过最少的原料,获得最大化的收益;4.对于一些需要耗费大量资源的实验,在条件允许的时候,尽量用计算机模拟代替,做到完全的无污染;5.对于实验中使用或者剩下的资源,要循环利用,实验的步骤要尽量做到最简。
在各种技术快速发展的今天,多媒体也是一项运用于各类事业的技术,对于化学课堂教学也不例外,对于绿色化学更是锦上添花。因为多媒体技术不仅能够模拟一些特殊的实验,而且对于一些危险的实验,例如:硫酸的性质实验等,我们就可以通过多媒体模拟出实际的效果,除了能够有效地节约资源,还能够避免一些不必要的事故。在高中化学实验中,还可以使化学实验微型化,微型化的意思即是在能够达到实验效果的情况下,减少使用的试剂以及药品以达到节约物品、减轻污染的作用。
通过在高中化学课堂中融入绿色化学的概念,不仅能够有效的解决课堂上的实际问题,还能够真正从实质上改善环境问题,最重要的是在这个过程中,学生和老师都真正参与进来,围绕着具体的实验目标,发挥想象力和创造力,完善化学实验的方法,使教与学的过程变得简单,最重要的是在这个过程中,培养了学生的创造性思维,开发了学生的潜能,对他们的学习能力也是一种培养,在学习的道路上能够发挥出自主思考、自主学习的能力。
参考文献:
绿色化学的特点范文3
近年来,我国经济、工业、农业处在高速发展的阶段,众所周知的是,20世纪初,工业的发展伴随着大量的污染,因为人类的通性是先顾及眼前的利益,在这种发展形势及人类思想的影响下社会的环境在20年后的今天环境意料之中的恶化了,所以绿色化学理念应运而生。如何从源头上治理污染?如何将绿色化学的理念渗透到初中化学教学?本文将对绿色化学的产生背景、基本概念和理论基础以及教学过程中的渗透途径进行综述。
关键词:
环境污染;治理;绿色化学;渗透途径
一、绿色化学的产生背景
20多年前,传统的化学化工作为生产主力,秉承着“先污染后治理”的原则发展了多年以后,随之而来的问题终于一发不可收拾,传统的化学工业在生产过程中排放了大量的有毒有害物质,企业已无法承受沉重的环保费用,这需要国家大力研发从源头上减少和消除污染的工具。因此环境保护和治理、社会经济的可持续发展、资源的有效开发利用和人类的健康安全等一系列问题迫切需要人类创新出新的理论和技术手段。绿色化学作为环境友好化学,在解决环境污染问题上的作用是不容小觑的。在这种大背景下,在初中化学教学中进行绿色化学教育对于学生化学学科素养和绿色化学理念的形成,是十分有必要的。
二、绿色化学的基本概念和具体特点
绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学,使用化学的技术和方法去减少或者消除有害物质的生产和使用,按照绿色生产的原则,具有的特点是:(1)充分利用资源和能源,采用无毒、无害的反应物;(2)操作反应过程中使用无毒无害的反应物以减少向环境排放废物;(3)提高原料利用率,使所有原料在反应中都被消纳,实现“零排放”;(4)生产出对环境有保护作用、对社区安全的和对人体健康的产品。
三、初中化学教学中渗透绿色化学理念的途径
绿色化学理念的基本概念和绿色化学的特点应用于初中化学教学中有哪些途径?在化学课程中绿色化学理念怎样得到渗透?针对现阶段我国绿色化学教育的现状,在本文中,将从化学课堂教学中的学习方法、化学实验课程的布置安排及课下习题等方面,对初中化学教学如何渗透绿色化学理念、通过什么途径、采取何种措施等方面进行探讨。
(一)结合课本内容,开展绿色化学教学
学生接受新知识的能力越来越强,化学也是,这就要求教师对教学内容精确把握,在课堂上将绿色化学理念穿插到每个知识点中。课上要理论联系实际,针对现在大气、土壤等方面存在的普遍问题对学生进行引导,灌输绿色化学的理念,让他们对空气污染、温室效应、白色污染等问题有更生活化的认识。培养学生善于思考和观察的能力,引导他们关注社会环保问题,并将社会问题与日常知识点集合起来研究,激发学生的求知欲和解决实际问题的欲望。
(二)以“课上常提问,课下勤思考”的方式开展教学
为了加深学生对绿色化学、环境保护的认识,课上对学生提出化学相关的、生活化的问题,布置作业让学生自行解决,无论是通过查阅资料还是求助亲友的方式,目的是锻炼学生自主学习化学知识的能力和善于发现解决问题的能力。例如:课上出题,日常生活中为什么要购买无磷洗衣粉?为什么农业部禁止使用敌敌畏,BBT等仿效优越的农药?日常生活中的废电池该如何让处理?第二节课再公布答案。这些问题学生通过查阅资料等方式基本可以解决,这样一方面可以学习到许多前言东西,熟练掌握查阅技术;另一方面,又可以从生活琐事中获得化学知识,了解使用无毒无害制剂,平常注意节约自然资源,防止环境污染,用所学知识来为保护环境打下良好基础。
(三)在实验课中开展绿色化学教育
化学作为一门实验科学,日常实验课程必不可少,实验的重要性包括(1)使学生对知识点的记忆印象深刻,培养学生思考和动手能力,使学生扎实掌握化学知识。(2)反应物是实验必需品,教导学生选择过程中必须注意无毒无污染,从源头控制环境污染(3)反应过程可能会产生废气或者废料,进而造成的较严重的污染,这时候可对学生布置作业,要求他们进行更为环保的实验设计,引导他们掌握更多甚至是并未环境改造做出努力(4)实验尽量避免大型实验,一方面可节约实验药品,另一方面又可减少污染。
四、总结
环境污染的治理任重道远,绿色化学的蓬勃发展作为最有效的方法,需要在化学教学中渗透绿色化学理念才能够取得持久进步。学校可以在日常教学中及课外时间中将绿色化学的观念慢慢渗透,可以通过组织绿色化学知识点答题赛、绿色化学主题征文或者传统工业利与弊的辩论赛等多种方式增加学生的积极参与。作为人类灵魂的工程师应该走在时代前沿为祖国的花朵引导方向,掌握更多的绿色化学在日常教学中的渗透方法为我国环境改善竭尽全力。
作者:王忠艳 单位:吉林市双吉中学
参考文献:
绿色化学的特点范文4
【关键词】高中化学教学 绿色化学 应用
【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2014)31-0126-02
化学是一种来源于生活又实践应用于生活的一门学科,随着新课标的应用与实践,高中教育越来越趋向于对学生的道德素质教育,让学生对生活和自然有一个正确的认识,从而树立正确的价值观、社会观和人生观。环境保护一直是中国比较重视的一个问题,因此,将绿色化学的理念贯穿到高中化学教学中,通过改革来给学生树立绿色化学、减少浪费、保护环境的理念,从而培养学生良好的课堂学习习惯,进行正确的绿色化学实验已成为高中化学教学中的重点教育目标。高中的化学教学是一种相对基础的学习,老师在这个阶段给学生进行绿色化学理念灌输,对学生今后的思维习惯养成有十分重要的意义。
一 绿色理念在高中化学教学中的现状
从高中化学教学现状来看,目前高中化学教学还处在以知识讲解为主阶段,大部分知识还停留在理念的认识上,对于生活的实践观察与应用存在着很大的不足。高中化学教学应是理论与实践的结合教育,它不仅要提高学生的化学成绩,也要培养学生良好的道德品质和社会素质,利用已学的化学知识来改变生活,让自己的生活学习环境变得更加适宜,实现绿色化学的目标,减少资源的浪费和环境的污染。在高中新课标的教育要求下,学校需要加大对绿色化学理念的教育渗透力度,让绿色化学的观念深入到高中生的日常生活学习中,将保护环境,减少化学资源的浪费和不恰当实验操作的污染作为己任,创造性的进行化学学习。
二 高中化学教学中绿色化学理念渗透的应用
1.课堂教学
在进行高中化学绿色理念的渗透中,老师要合理地利用课本教材给学生进行绿色化学理念的讲解和案例分析,培养学生的绿色化学意识。高中化学教材知识的设定包含了一定的绿色化学内容,老师要充分利用教材的这一特点,从环境保护角度来介绍相应的化学知识,在学习的过程中培养绿色化学观念。在学气污染、酸雨形成、温室效应、重金属污染等关于环境污染的化学知识时,要从原因解析入手,让学生深刻地认识到绿色化学的重要性。
2.实验教学
第一,实践化学实验课程,培养绿色化学意识。在高中化学教学中渗透绿色化学理念,就要在实验课程中加强对实践的操作应用,从而让学生在实际操作中更加深刻地认识到绿色化学的重要性,培养学生的绿色化学意识。老师可以将绿色化学有机地融合到化学实验中去,让学生体会到绿色化学的积极意义,从日常实验中培养学生的绿色环保意识,为今后的生活工作打下基础。老师在指导学生进行实验操作时,要严格规范学生化学实验操作的规则和步骤,正确使用实验仪器,在试剂的取放称量上本着精确科学的原则,减少因操作不当造成的环境污染和药品浪费。
第二,遵守绿色原则,开发绿色实验技术。在实验操作的过程中,老师要让学生严格遵守绿色原则,在实践的技术手段上进行创新,努力开发绿色实验技术。在实验原则上,老师应该遵循以下四项原则:(1)减少实验中尾气、废物的污染,加强废物的回收和再利用;(2)开发绿色实验技术,实现实验过程的全方位环保;(3)控制并减少对化学试剂和药品的使用;(4)对于相对危险的实验操作与较为昂贵的实验器材使用,尽量采取模拟操作的方法,从而减少对学生的身体损害和对仪器的消耗磨损。老师在实验规程中要以这四项原则为基础,创新绿色实验技术,从而让学生更加深刻地理解绿色化学的含义,并在实验中努力遵守这些原则,最终实践绿色化学。例如在进行制取O2实验过程时,老师可以采取用KCLO3来进行分解操作,取代原来的H2O分解实验,减少后期药品的浪费,也避免氢气的污染,从而使学生了解到绿色化学的好处。
第三,实现实验的微型化,减少仪器材料的浪费。所谓微型化实验就是指在能够满足实验要求,并正确得出实验结论的前提下,对原来的实验内容及实验步骤进行重新的整合安排,尽量使用小号的仪器进行操作,提高实验结果的精度,从而降低整个实验过程中的废气和废物产生量,并达到削弱化学实验对周围环境的不良影响的目的,实现真正的绿色化学。在绿色化学理念的渗透过程中,作为高中化学老师,可以在不影响实验结果的前提下,将实验进行微型化改进,减少仪器的耗损和实验试剂的浪费,这样也降低了实验老师在处理后期废物时的难度,同时也给学生树立了榜样,让学生认识到绿色化学对实验的积极影响。例如在进行氯气制取实验时,老师可以考虑在小号培养皿中进行少量漂白粉与稀硫酸的混合制取,这样产生的氯气能够扩散到器皿中的其他液滴中继续参与后续反应,这既是对实验废气的再利用,也能够提高实验效率,实现了绿色化学的理念渗透。
三 结束语
从目前中国的高中化学教育现状来看,绿色化学教育理念渗透还处在起步阶段,因此,各高中学校在给学生进行化学教学时应该注重对绿色化学的思想教育培养,努力开发绿色化学教学方法和技术手段,提高教师的素养,给学生树立绿色化学实验的典范。高中的绿色化学教育之路任重而道远,只有学校和老师共同努力,让绿色化学的理念深入到学生的日常生活和学习中,才能取得真正的效果,为保护自然环境,节约资源做出贡献,最终推动中国的社会主义现代化建设。
参考文献
绿色化学的特点范文5
[关键词] 化学实验教学;绿色化学教育;环境保护教育
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549(2017) 06-0108-02
“绿色化学”是伴随着绿色食品、绿色消费的生活概念而提出的。绿色化学换言之又称无害化学,是利用化学来防止环境污染的一种可取性措施。生活各方面不再使用有毒的有害物|以及妥善处理产生的废弃物,做到从根源上阻止污染的产生是绿色化学的使用理念。从根本上通过化学改善保护环境,推动工业生产发展是绿色化学的目标。以此我们应该在化学实验教学中加入绿色化学教育,使学生能够从化学的角度使用相关知识对环境污染作出分析以及对一些化学现象做出合理解释。绿色化学代表的不仅仅是一种理念,更是在生活实际操作中所带来的社会环境和经济方面的效益。我们要在化学实验和化学产品生产过程中最大可能地减少废弃物的排放问题,尽可能做到“零排放”,从根源上解决环境污染问题。
一 绿色化学的核心涵义
绿色化学又为环境友好化学,通过利用化学的技术来对环境污染问题进行处理,来降低或者消除化学产品设计或者制造的过程中有害物质的产生,使设计的化学过程和环境更加环保友好,从而在源头上缓解化学污染的问题。
绿色化学从原料的安全性、节能型以及友好型等方面评价化学反应的优势。原子利用率及环境因子则是绿色化学的核心内容。充分利用化学反应物中的每一个反应分子,从而在充分利用资源的同时又能防止环境污染。原子的利用率越高,那么相应的所产生的污染物就越少,环境因子越小,相应的对环境做成的污染也就越小。环境因子是在化学反应过程中,所生成的废物质量占目标产物质量的比重。
把绿色化学融入化学实验教学中去,有效地减少化学实验中所产生的废弃物对环境造成的污染,培养了学生的环境绿化意识;化学这门自然学科与社会环境的联系十分密切,在化学实验中引入绿色化学教学模式,从而培养绿色化学人才。
二 化学实验中引入绿色化学
1 加强环境保护意识
化学实验实则是一个产生废弃物的过程,同时也是制造污染导致环境破坏的课程。当化学实验产生的废弃物顺着实验室的下水道排出时,污染物便会流入河中或者渗透进地下,那么一些有机物和重金属就会对土质、河流造成严重污染,从而损害人类健康,影响人们的正常生活,因此在化学实验教学中要不断渗透绿色化学的思想,对学生重视环境、爱护环境的习惯进行培养,养成好习惯。对待所产生的废弃物要进行及时回收处理,坚决不能随便倒泻,导致环境的污染。在化学实验室中需要分别设立“废酸回收瓶”和“废碱回收瓶”,对在化学实验中产生的废酸废碱进行回收。比如化学实验中,所产生的硫酸链霉素与硫酸铁产生反应后生成的结合物在进行倾倒之前,应该将其中规定的PH后排放,那么对实验室不能立即处理掉的有害物质比如破损温度计中的水银,就要妥善处理将其回收入瓶中用水封好,通过有机化合物等回收到指定容器内送进药品库进行统一处理。在这一过程中要特别注意,电池不能进行倒置,否则其中有害液体将渗出污染环境。
2 加强绿色化学实验教学改革
绿色化学实验本就是化学实验教学课程中的教育创新内容,其指导方针是以绿色化学为主要内容,用预防化学污染的新思想、新方法以及新技术来对化学实验内容及教育方法进行相应的一定改进,极大减少实验室所产生的三废物质,也在一定程度上消除有害物质,来实现绿色化学的要求。比如在“二元溶液沸点组成图的绘制”实验进行了相应的改进,由原来的二元溶液一环乙烷改为乙醇一环乙烷。因为苯对人体有危害,同时也会造成环境污染,改为乙醇之后有效地对其所含毒性进行降低,并且对回收液进行重调沸点,再次利用。这样做不仅减少了化学试验成本还相应的降低了化学环境污染,使得乙醇一环乙烷被回收反复利用,不倒泻在环境中。
3 开展化学的微型试验
绿色化学实验是在绿色化学的思想指导下,对常规的化学实验进行一定的教学改革从而形成的新的化学实验办法。通过大力开展微型的化学实验,主要通过改用常规的小容量仪器,在对实验方法实验操作不变的前提之下进行微型实验,从而减少了药品用量,以及反应物和造成的污染 。而另一方面所进行微型实验会使整个实验过程更加安全、便捷,有效地减少了化学实验的成本经费。比如在进行硫酸链霉素水解速度常数以及乙酸乙酯皂化反应常数的化学测验时,从原定化学实验容器20ml改为10ml的取样,试剂的用量特别少,操作起来就相比之前更加迅速简练,重要的是采用微型容器不会对环境造成污染。
4 重视实验产生的废弃液体回收处理
化学实验室所产生的废弃液体种类比较多但是量不是很大,我们通过结合实验内容,对废弃液体进行规整分类,将其分类储存在统一规定的容器之中,由专门的工作人员处理废弃液体。那么在对废弃液体进行处理的过程中就需要实验指导老师对其认真负责,注重培养学生的操作技能训练,引导学生对化学环境的保护意识。因此要求学生对于实验之后产生的废弃液体以及渣滓必须倒入制定的容器之中。实验室的工作人员及指导老师也必须具有高度的责任心,对各种废弃液体进行及时认真地收集。经过处理之后,达到国家允许排放标准即可排放。
三 绿色化实验教学相应措施
1 教学内容绿色化
在原有的教材实验基础之上,对实验的系列进行改造,对绿色化学实验的内容加以改造。在保证实验方法科学合理的同时,以保护环境为实验目的,进行化学实验。在实验中,化学实验产生的废弃物较多,回收利用的较少,对资源造成了浪费,形成化学实验的环境污染。在一些有毒气体制备的试验中,应对产生的尾气进行处理或者烧掉,最大程度地把有毒气体转为无毒或者毒性降解物。针对化学实验的大纲内容进行相应的调整安排,针对基础的化学操作进行重组并且相应地减少,将基础实践融入进化学实验中去,选取绿色无害的化学内容,对基础操作以及性质验证的化学实验所需的物质进行节省,从而减少对化学环境的污染。在安排实验项目内容时,按照大纲要求的基本实验操作步骤尽量分解在每次的滴定实验之中。在实验过程中本着绿色化学的思想原则直接训练学生使用吸量管、滴定管等容器的基本操作技能,而不必去分开单独练习。这样既节省了化学实验所需的实验时间又减少了开展化学相关实验所需要的药品开销,同样针对性地减少了环境污染。
2 串联实验,充分利用
在大多数化学实验中,重络酸钾法测定铁是一个与生活紧密相关的经典实验,学生在此实验中可以掌握实验所证实还原的基本定法理论。那么在此同时,实验过程所需要的重络酸钾是一种非常稳定、氧化性适宜的滴定剂。通过串联实验做成一个系列实验,使得前部实验的产物应用于下个实验当中,在检查学生实验效果的同时还有效的增强了学生环境保护意识,达到物尽其用的效果。针对串联实验可见不仅减少了对药品方面的浪费,相应地降低了对环境的污染。
3 建立网上实验室,进行仿真实验
随着我国计算机技术的飞速发展,通过计算机对化学实验进行模仿已经是当下化学教学中摆脱传统物质实验的改革,它的发展不仅仅是教育方法技巧的更新,更是对保护自然资源缓解化学所造成的环境污染的一种方式。
我们通过在网上建立化学实验室,将模拟实验有效地利用到化学实验课程中去,来达到化学教育的辅助教学目的。在模拟实验开始之前,要对学生进行组织观看各种仪器的操作及简要分析,通过计算机模拟实验对仪器进行仿真讲解以及实验过程的仿真操作,帮助学生完成化学实验的机理及仪器操作基本原理;进行传统化学实验中不应出现的违规化学操作,将后果展现给学生,让学生看到所产生后果的严重性,避免后果的产生。采用多媒体实验仿真手段,方便地解决了减少环境污染,深化绿色化学的理念。让学生在学习的基础之上理解掌握化学理论。不仅能够很好地解决传统化学实验中的不足,更是化学实验实现绿色化学事项的重要研究内容,也是减少化学实验室废弃物对环境造成污染的最佳途径。
参考文献
绿色化学的特点范文6
一、化学所面临的挑战
1.1化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没
化学是一门中心科学,化学与生命、材料等朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学(centralscience)反而被社会看作是伴娘科学(bridesmaidscience)而不受重视。
1.2化学正被各种各样的环境污染问题所困扰
化学的发展在不断促进人类进步的同时,在客观上使环境污染成为可能,但是起决定性的是人的因素,最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等;另一方面把所有的环境问题都归结为化学的原因,显然是不公平的,比如森林锐减、沙尘暴和煤的燃烧等。这当然与化学没有树立好自己的品牌有关系,在最早的化学工艺流程里面,根本没有把废气和废渣的处理纳入考虑范围,因此很多化学工艺都是会带来环境污染的。现在,有些人把化学和化工当成了污染源。人们开始厌恶化学,进而对化学产生了莫名其妙的恐惧心理,结果造成凡是有“人工添加剂”的食品都不受欢迎,有些化妆品厂家也反复强调本产品不含有任何“化学物质”。事实上,这些是对化学的偏见,监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。
二、绿色化学是应对挑战的必然
科学不但要认识世界和改造世界,还要保护世界。化学也如此,为了应对化学所面临的挑战,提倡绿色化学是刻不容缓。
2.1绿色化学的概念
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
2.2绿色化学的产生及其背景
当今,可持续发展观是世人普遍认同的发展观。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展,既要发展经济,又要保护自然资源和环境,使子孙后代能永续发展。绿色化学正是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。在1984年,美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,这是绿色化学的最初思想。1989年,美国环保局又提出了“污染预防”的概念。1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年,美国环保局又了“污染预防战略”。1995年,美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿,在1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。
2.3绿色化学的核心内容
原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。原子利用率的表达式是:
原子利用率=(预期产物的式量/反应物质的式量之和)×100%
如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用乙基蒽醌法,即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成,2-乙基蒽醌复出并可循环使用。此反应原子利用率为100%,体现了原子经济性,减少废物的生成和排放,是典型的零排放例子。
2.4绿色化学的12项原则和5R原则
为了简述了绿色化学的主要观点,P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出绿色化学的12项原则,这12项原则对我们今后从事绿色化学的研究具有一定的指导作用。
Ⅰ.防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。
Ⅱ.讲原子经济——应该设计这样的合成程序,使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。
Ⅲ.较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法,使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。
Ⅳ.设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能,还应具有最小的毒性。
Ⅴ.溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料(如溶剂或析出剂)当不得已使用时,尽可能应是无害的。
Ⅵ.设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量,还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。
Ⅶ.用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的,原料应能回收而不是使之变坏。
Ⅷ.尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应(用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程),因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。
Ⅸ.催化作用——催化剂(尽可能是具选择性的)比符合化学计量数的反应物更占优势。
Ⅹ.要设计降解——按设计生产的生成物,当其有效作用完成后,可以分解为无害的降解产物,在环境中不继续存在。
Ⅺ.防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法,在实时分析、进程中监测,特别是对形成危害物质的控制上。
Ⅻ.特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中,反应物(包括其特定形态)的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。
为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求,人们又提出了5R理论:
Ⅰ.减量——Reduction减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护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、废水及废弃物(副产物)排放量,必须排放标准以下。
Ⅱ.重复使用——Reuse重复使用这是降低成本和减废的需要。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。
Ⅲ.回收——Recycling回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。
Ⅵ.再生——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工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。
Ⅴ.拒用——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、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用。
三、绿色化学的发展前景
3.1反应原料的绿色化即反应原料符合5R原则。
3.2原子经济性反应在基本有机原料的生产中,已有一些原子经济性反应的典范,如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和从丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。
3.3高效合成法不涉及分离高效的的多步合成无疑是洁净技术的重要组成部分。
3.4.提高反应的选择性———定向合成如不对称合成。
3.5.环境友好催化剂例如在正己烷的裂解反应中,固体酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的选择性,更小的腐蚀性。
3.6.物理方法促进化学反应如微波引发和促进DielsAlder反应、Claisen重排、缩合等许多重要的有机反应。
3.7.酶促有机化学反应酶促有机化学反应有高效性、选择性、反应条件温和和自身对环境友好等特点。
3.8溶剂化学污染不仅来源于原料和产品,而且与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关,有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的重要研究方向。如超临界流体、水相有机合成和室温熔盐溶剂等。
3.9.计算机辅助绿色化学设计和模拟在化学化工领域,计算机已广泛用于构效分析、结构解析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。无疑,计算机在寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、化工过程最优化、产品设计等方面推动了绿色化学的更快发展。
3.10环境友好产品如可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料和CFCs替代物等。绿色化学为化学的发展注入了新的活力,在21世纪化学必将大有可为。
参考文献
[1]王恩举.漫谈绿色化学.大学化学,2002,(4)