绿色化学的基本原理(6篇)
绿色化学的基本原理篇1
关键词:绿色化学化学实验教学
自1991年美国环保局提出绿色化学这一新术语以来,绿色化学已逐渐成为世界各国普遍接受和大力实施可持续发展方针的重要组成部分,引起了化学界和工业界的新变革。随着社会发展的不断进步,人们对环境问题日益关注,使得传统化学举步维艰,难以进一步发展。同时人类更加清楚地认识到不能再急功近利,片面追求物质享受,一定要在发展的同时顾及生态环境的协调性,否则人类将无法生存下去。因此,绿色化学应运而生,成为整个化学界一颗耀眼的明珠,它是进入成熟期的使人类和环境协调发展更高层次的化学,是粗放型化学向集约型化学的转轨。近年来,绿色化学受到了世界各国高度的重视,绿色化学与技术已成为各国政府关注的重要问题和任务之一。定期在美国、欧洲和亚洲举行的有关绿色化学主题的会议不断增多,反映了科学界以及公众对绿色化学日益增进的关注,绿色化学组织和绿色化学网络在美国、意大利及英国等国的创立也表明绿色化学已是世界科技发展的热点。为了使化学呈现一片新的生机,为了人类的生存和未来,大力推广绿色化学,很多国家设立了绿色化学奖:1999年世界上第一本“绿色化学”(GreenChemistry)杂志问世;2002年美国出版了第一本“绿色化学”教科书。目前我国也已加入这绿色化学的研究行列,绿色化学及绿色化学教育在我国也得到相当程度的重视。我国在1995年中科院化学部确定了“绿色化学与技术”的院士咨询课。1996年召开了“工业生产中绿色化学与技术”的研讨会;1997年由国家科委主办的第72届香山科学会议就是以“可持续发展问题对科学的挑战――绿色化学”为主题,这个会议宣告了我国的绿色化学研究和开发工作已正式开始起步了,这对我们化学教育工作者的教育指导思想也提出了新的课题。
1、绿色化学的内涵及绿色化学的必要性。绿色化学亦称环境无公害化学或环境友好化学,是用化学的技术和方法消除那些对人类健康或环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂的使用和副(废)产物等的产生,力求使化学反应“具有原子经济性”,实现废物的零排放。其目标是把传统化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”变为“从源头上根除污染”。是当今国际化学科学研究的前沿之一,是具有社会需求和科学目标的新型交叉学科。它不但具有重大的社会、环境、经济效益、也表明化学的副作用是可以避免的。
1998年中科院院士,在中国科学技术大学校长朱时清的积极倡导下开设了一门独立的绿色化学新课程。1999年9月26~28日在清华大学召开了有国内外多所大学参加的“大学绿色教育国际学术研讨会”,共同对“绿色大学化学课程体系”、“大学绿色教育问题”等进行了交流与研讨。化学实验课是在高等院校进行绿色化学教育最合适的课程之一,这是化学实验课本身的特点决定的。因为化学是以实验为基础的,因此在化学实验教学中进行绿色化学教育是非常合适和必要的。
2、化学实验教学与绿色化学教育。
2.1结合绿色化学教育加强化学实验教材建设。在高校化学实验教学中渗透绿色化学教育,首先应加强教材建设。由于绿色化学这一领域刚刚形成不久,“具有原子经济性”这一重要的基本概念在1991年才由美国著名有机化学家Trost在《Science》上提出,1996年以前出版的教材都未能反映绿色化学的内容,所以化学实验用教材也需要做一定调整。目前我国有机化学实验有些内容已改为少量或半微量实验,文献阐述了无机化学实验中的绿色化学教育问题,但仍需要进一步调整。应先从绿色化学的基本原则出发选择更新一些具有时代性与绿色化学有关的内容,如汽油无铅化、洗涤剂无磷化、原子经济性减少废物的排放等。分析化学实验应增加分析化学内容:扩展一些新开发的环境友好工艺中采用的新试剂和新技术。如:有机化学教材中介绍Friedel-Crafts烷基化反应。一般是使用反应是用液体酸催化剂,如:H2SO4,HF;或用Lewis酸,如:AlCl3、ZnCl2等催化。由于使用H2SO4,HF类酸催化剂后,酸废液的后处理工艺复杂,产生的废液会污染环境,催化剂再生困难;AlCl3、ZnCl2类酸催化剂选择性不高,分离产物时催化剂被水解放热,并产生大量的HCl气体。近年来国内外报道的负载型固体酸催化剂和其它固体催化剂。如用蒙脱土为载体的固体酸催化剂(K10),金属卤化物,硅胶型催化剂,在Friedel-Crafts烷基化反应中表现出了优良的环境友好催化性能。这样于点点滴滴中渗透绿色化学教育的内容,在介绍基本原理的同时让学生了解到新的应用和发展。也可在教材中以专题形式增加绿色化学的内容。设置开放实验。从传统化学取其精华,弃其糟粕,完善教材内容,实现从传统化学到绿色化学的转变。
2.2结合实验教学实际加强绿色化学教育。文献阐述了如何处理对实验室环境构成严重危害的在实验中使用的各种各样的试剂,阐述了农药对环境所造成的危害及与绿色农产品相适应的未来的化学农药也应该是直接应用于绿色农产品的绿色农药。可开展与实验教学有关的一些课外活动及社会实践活动,进行废物利用研究,如:从电镀液中回收铬化合物。回收干电池、镉镍电池等实践活动是很有意义的。不仅使学生所学知识得到了巩固和提高,更重要的是进行了绿色化学教育。
2.3实验教学与计算机辅助的绿色化学设计。化学实验的实施,既要考虑实验成功、尤其合成实验还要考虑具有高的原子利用率,能用简单、安全、对环境友好的操作快速、定量地把价廉易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子,还要考虑最少的废物和副产品,而且要求对环境无害,可见其难度之大。因而有必要使用现代化教学手段以适应高层次的绿色化学教育。采用多媒体、Internet等信息教育手段进行实验教学。用多媒体演示对环境有毒有害的生产和已对环境造成的危害,同时介绍减少有毒有害工艺。在绿色合成设计实验中计算机辅助设计(CAD),可以在单位时间内向学生传递更多的信息,同时利用三维动画效果形象地展现实验操作,取得更好的教学效果。
绿色化学的基本原理篇2
关键字:绿色建筑、低碳、环保、循环发展
中图分类号:TS958文献标识码:A
一、绿色建筑概述
(一)概念
绿色建筑的出现标志着建筑设计不再是传统的仅仅对建筑美学、空间利用、形式结构、色彩结构、色彩等方面的考虑,其逐渐转变为从生态的角度来看待建筑,这意味着建筑不仅被作为非生命元素来看待,而更被视为生态循环系统的有机组成部份。
(二)我国绿色建筑的政策概况
2006年,中国建设部与质检总局在建设节约型和资源环保型社会的政策背景下,联合《绿色建筑评价标准》GB/T50375-2006(下文简称《标准》),在“建筑节能三步走”基础上增加了“节地、节水、节材和保护环境”内容。《标准》是一部多目标、多层次的绿色建筑综合评价标准。通过明确绿色建筑的定义、评价指标与评价方法,《标准》确立了我国以“四节一环保”为核心内容的绿色建筑发展理念和评价体系。
2007年,国家又推出了《绿色施工导则》,为全面推进绿色建筑的施工过程控制指明了方向,同年,第十届全国人民代表大会修订了《中华人民共和国节约能源法》并于2008年4月1日起实施,大大促进了绿色建筑的发展。同年8月,原建设部又出台了《绿色建筑评价技术细则(试行)》和《绿色建筑评价标识管理办法》,开始建立起适合中国国情的绿色建筑评价体系。
2014年4日15日,住房和城乡建设部第408号公告,批准《绿色建筑评价标准》为国家标准,编号为GB/T50378-2014,自2015年1月1日起实施。至此,原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006同时废止。
二、GB/T50378-2014《绿色建筑评价标准》解读
《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014是根据住房和城乡建设部《关于印发的通知》(建标[2011]17号)的要求,由中国建筑科学研究院和上海市建筑科学研究院(集团)有限公司会同有关单位在原国家标准《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006基础上进行修订完成的。
(一)新版《绿色建筑评价标准》变化说明
《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014新版《绿色建筑评价标准》比2006年的版本“要求更严、内容更广泛”。该标准在修订过程中,总结了近年来我国绿色建筑评价的实践经验和研究成果,开展了多项专题研究和试评,借鉴了有关国外先进标准经验,广泛征求了有关方面意见。修订后的标准评价对象范围得到扩展,评价阶段更加明确,评价方法更加科学合理,评价指标体系更加完善,整体具有创新性。
2013年初国务院办公厅转发的发改委和住建部《绿色建筑行动方案》中,明确提出了“十二五”期间,完成新建绿色建筑10亿平方米,到2015年末,20%的城镇新建建筑达到绿色建筑标准要求的目标。新版《绿色建筑评价标准》的实施顺应了我国绿色建筑发展的需要,对促进我国绿色建筑发展、推进生态文明建设将发挥重要作用。
新该标准从2015年1月1日开始实施。新标准主要体现以下特点:
1.将标准适用范围由住宅建筑和公共建筑中的办公建筑、商场建筑和旅馆建筑,扩展至各类民用建筑。
2.评价分为设计评价和运行评价。
3.绿色建筑评价指标体系在节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量和运行管理六类指标的基础上,增加“施工管理”类评价指标。
4.整评价方法,对各评价指标评分,并以总得分率确定绿色建筑等级。相应地,将旧版标准中的一般项改为评分项,取消优选项。
5.增设加分项,鼓励绿色建筑技术、管理的创新和提高。
6.明确单体多功能综合性建筑的评价方式与等级确定方法。
7.修改部分评价条文,并为所有评分项和加分项条文分配评价分值。
(二)新版《绿色建筑评价标准》主要技术内容
《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014共分11章,主要技术内容是:总则、术语、基本规定、节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、施工管理、运营管理、提高与创新。其对于原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006修订的重点内容包括:
1.适用建筑类型
《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014的适用范围,由原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006中的住宅建筑和公共建筑中的办公建筑、商场建筑和旅馆建筑,进一步扩展至民用建筑各主要类型。其确定依据是:
(1)由近些年的绿色建筑评价工作实践来看,绿色建筑的内涵和外延不断丰富,各行业、各类别建筑践行绿色理念的需求不断提出。截至2012年底,742个绿色建筑标识项目中已有医疗卫生类5项、会议展览类9项、学校教育类12项,但具体评价中却反映出原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006对于这些类型的建筑考虑得不够。(2)近些年先后立项了《绿色办公建筑评价标准》GB/T50908-2013、《绿色商店建筑评价标准》(已报批)、《绿色饭店建筑评价标准》、《绿色医院建筑评价标准》、《绿色博览建筑评价标准》等针对特定建筑类型的绿色建筑评价标准,《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014对包括上述建筑类型在内的各类民用建筑予以统筹考虑,必将有助于各国家标准之间的协调,形成一个统一的绿色建筑评价体系。(3)项目试评工作也纳入了4个医疗卫生类、5个会议展览类、7个学校教育类以及航站楼、物流中心等建筑,初步验证了《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014对此的适用性。
2.评价阶段划分
原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006要求评价应在建筑投入使用一年后进行。但在随后的《绿色建筑评价标识实施细则(试行修订)》(建科综[2008]61号)中,已明确将绿色建筑评价标识分为“绿色建筑设计评价标识”(规划设计或施工阶段,有效期2年)和“绿色建筑评价标识”(已竣工并投入使用,有效期3年)。而且,经过多年的工作实践,证明了这种分阶段评价的可行性,以及对于我国推广绿色建筑的积极作用。因此,《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014在评价阶段上也作了划分,便于更好地与相关管理文件配合使用。
具体方法上,根据此前公开征求意见的结果,有66.3%的反馈意见同意将“施工管理”、“运营管理”两章的内容仅在运行阶段评价。基于此,《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014将设计评价内容定为“节地与室外环境”、“节能与能源利用”、“节水与水资源利用”、“节材与材料资源利用”、“室内环境质量”5章,运行评价则在此基础上增加“施工管理”、“运营管理”2章。
3.评价指标体系
指标大类方面,在原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006中节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量和运营管理6大类指标的基础上,《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014增加了“施工管理”,更好地实现对建筑全生命期的覆盖。
具体指标(评价条文)方面,根据前期各方面的调研成果,以及征求意见和项目试评两方面工作所反馈的情况,以标准修订前后达到各评价等级的难易程度略有提高和尽量使各星级绿色建筑标识项目数量呈金字塔形分布为出发点,通过补充细化、删减简化、修改内容或指标值、新增、取消、拆分、合并、调整章节位置或指标属性等方式进一步完善了评价指标体系。
4.评价定级方法
根据对于原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006的修订意见和建议,修订组在第一次工作会议上就确定了采用量化评价手段。经反复研究和讨论,《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014的评价方法定为逐条评分后分别计算各类指标得分和加分项附加得分、然后对各类指标得分加权求和并累加上附加得分计算出总得分。等级划分则采用“三重控制”的方式:首先仍与原《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006一致,保持一定数量的控制项,作为绿色建筑的基本要求;其次每类指标设固定的最低得分要求;最后再依据总得分来具体分级。
严格地讲,上述“各类指标得分”和“总得分”实际上都是“得分率”。因为建筑的情况多样,各类指标下的评价条文不可能适用于所有的建筑,对某一栋具体的被评建筑,总有一些评价条文不能参评。因此,用“得分率”来衡量建筑实际达到的绿色程度更加合理。但是在习惯上,“按分定级”更容易被理解和接受,《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014在“基本规定”章中规定了一种折算的方法,避免了在字面上出现“得分率”。
三、基于全球范围的绿色建筑设计与建造成本分析
绿色建筑“软成本”是指购买那些并非构成建筑本身的物料或服务的成本,但这些物料或服务却是建筑开发过程中必不可少的元素,包括建筑费、设计费、验收及许可费用、律师和评估费、环境认证费、贷款利息、会计费、保险费、税费、营销与项目管理费。“硬成本”是指购买建造建筑所需有形物料的成本,包括购置土地、建筑结构、制成品、材料和景观的费用。
下文所讨论的大部分成本是指设计成本(主要包含建筑设计与咨询费用)和施工成本(建筑结构的建造费用本身),不包含土地购置费用。在整个施工过程中,绿色建筑的实际成本费用出现了0%-12.5%的下降(各种成本费用数值取平均值)。实际成本费用数据来自多种建筑类型,包括办公室、住宅、学校、仓库、银行、超市、卫生中心、社区设施、学术建筑和公共建筑。
这些数据将符合规范建筑的成本作为基准线,而这一基准线很大程度取决于该国或当地法规的先进性。这些案例研究样本所在国均拥有环境认证系统和强大绿色建筑委员会,旨在推进该国绿色建筑项目发展进程。在这个过程中,合规建筑成本的基准线将不断提高,使其与绿色建筑之间的成本差距逐渐缩小。部分未将绿色项目加入其建筑法规的国家可能会发现其建筑成本费用远高于上述国家的建筑成本。
多个研究表明绿色建筑的成本未必更高,以合规建筑的预算建造绿色建筑是可行的。事实上,某些研究中也列举了一些绿色建筑成本低于认证建筑成本[7]的案例。不少研究人员曾就降低绿色建筑成本提出建议,其中包括:
•从项目开始便将绿色策略融入到预算之中,避免使用成本更高的附加策略;
•雇佣有经验的设计和建设团队;
•从设计前阶段到后期入住使用集成建筑设计模型(IDP),使客户发挥更积极的作用,并让所有咨询顾问人员从项目开始就参与其中。
无论就创造有形的可持续发展效益还是提高项目成本效益,在项目开发中使用集成建筑设计模型(IDP)都相当重要。同时,采用该模型的建筑从项目开始便将未来考验、复原能力和生命周期考虑在内,为建筑带来了长期的利益。戴维斯・兰登于2007年[11]出版的研究发现“……绿色建筑和非绿色建筑的平均成本差异并不显著”。同时,他还证明了建造绿色建筑并不一定意味着额外成本。越来越多项目团队以非LEED认证建筑的预算建造了LEED认证建筑。对于绿色建筑而言,最大挑战是让人们认识到绿色设计并非在常规建筑基础上堆砌技术,而是一门需要新思维方式的综合设计学科。
相比传统建筑,像“零碳”这样强势项目的设计和建设成本增加了12.5%。但是最近10年发表的研究结果显示,大多数经认证绿色建筑的成本仅提高了0%到4%。获得更高级别认证的建筑成本增加了0%到10%(例如BREEAM的最佳、LEED的银级/金级、以及BGM的金级/金加级);获得最高级别认证的建筑(如BREEAM的优秀、LEED的白金级、BGM绿色标志的白金级和“零碳”)成本增加2%到12.5%。
四、我国既有绿色建筑统计分析
截止2013年,我国绿色建筑通过比较可知目前全国大部分省市都已有绿色建筑项目通过了评审,但地域差别明显,以沿海城市较多,近年来,绿色建筑向内地发展的趋势也比较明显,像河南、山东、河北等地,2012年前后绿色建筑均有了较快的发展。
影响绿色建筑增量成本的要素因建筑类型以及星级差别而不同,2008年~2010年中绿色建筑对于室内舒适度的要求不断上升,导致室内环境控制成本大幅提高,2008年中国建筑科学研究院上海分院对绿色建筑样本进行了增量成本统计和分析。
经过三年的发展,绿色建筑标准、评价、设计、产品、人员趋于理性化、标准化和规范化,绿色建筑产品由原来的新技术变为成熟技术、由原来不为人知的高科技变成了人人尽知的常用技术,绿色建筑增量成本也随之降低。加上居住建筑趋向产品化,更多住宅是装修交付,因此对于绿色建筑达到更高星级有了基本方案,增量成本也随之下降。
经过对近100个项目进行统计分析,所有统计样本中采用了五项技术:保温材料加厚、节能外窗、能耗模拟优化、节水器具和隔声设计技术;透水地面和智能化系统采用的项目比例均为98%,透水地面技术在其他两个项目中也有采用,只是未能达到《标准》要求的比例;高效光源的应用比例为93%,在部分一星级的住宅项目中没有应用。局于前几位的技术有,保温材料加厚、节能外窗、能耗模拟优化、节水器具、隔声设计、透水地面、智能化系统、高效光源、地下空间开发、绿化喷灌、雨水收集利用等。
绿色化学的基本原理篇3
关键词化学化工专业学生绿色化学意识绿色化学原则绿色化学素养建构
近年来,随着科技的进步、社会的发展,资源与能源消耗逐渐加大,大量生活垃圾和工业污染物的排放,以及化学品的滥用,使人类的生存环境日益恶化,这不仅严重威胁到人类的健康、生存与发展,更危及子孙后代的前途和命运。然而,几乎所有的环境问题都与化学有着直接或间接的关系。就化学化工本身来说,传统上,一方面化学家在开发化学物质合成方法时,主要考虑效率,另一方面合成化学家在开发与设计如何合成所需化学品的方法时,只重视化学工程的始端,往往忽略处于过程末端的废物处理问题。所以,许多已存在的化学过程,在获得满意经济效益的同时,却对环境和人类健康造成了极大的负面影响。为了保护环境,走可持续发展的道路,培养具有社会责任感的年轻一代,在大学化学教学中渗透绿色环保理念是非常必要的。化学教师不但应是科学文化知识的传播者,更应成为绿色环保理念的创导者和践行人。为了有针对性地对化学化工专业学生进行绿色化学教育,笔者就化学化工专业学生对绿色化学的认识进行了调研。
1.调查方案的设计
以绿色化学的概念、作用及原则为主要调查内容,通过查阅相关文献资料,进行问卷设计;采用问卷调查及访谈方法对山西晋中学院化学化工学院2—4年级化学(含师范)及应用化学专业学生进行调查。对获得的第一手资料进行统计,并对有关问题进行综合分析,在此基础上参阅相关文献给出相应对策与建议。本次调查采用以班发放问卷、现场答卷与收卷方法。实发问卷400份,收回有效问卷364份。
2.调查结果统计
化学化工专业学生对绿色化学认识的调查统计见表1。
3.调查结果分析
表1显示,多数学生对绿色化学的属性有较好的理解与认识;不少学生对绿色化学的作用理解与认识不足,甚至是错误的。如约74.2%的学生误认为“绿色化学使化工过程含有废物处理环节,因而会使整个费用增加”。这些学生不懂得,先污染后治理,不仅难度大,费用不菲,而且多数需要停产整顿,随之而来的是更大的经济损失。如果化工过程实现了绿色化,即做到五个“R”:第一Reduction——“减量”,即减少“三废”排放;第二Reuse——“重复使用”,即重复使用催化剂、载体等;第三Recycling——“回收”;第四Regeneration——“再生”;第五Rejection——“拒用”,指对一些无法替代、无法回收、无法再生和重复使用的,有毒副作用及污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用,这就能有效实现节省资源、能源,减少污染,变废为宝,降低成本的目标,避免出现先污染后治理的恶劣情况。仅约54.2%的学生能够认识到“绿色化学追求高选择性化学反应,极少副产品,甚至达到原子经济性”。原因是不少学生缺少对原子经济性的认识。原子经济性是绿色化学的核心内容,指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“零排放”。可见,绿色化学的原子经济性反应,首先是最大限度地利用原料,其次是最大限度地减少废物的排放。
表1中选项8-19是绿色化学的12条原则。学生对其中9条原则有较好的理解与认识。但仅约52.7%的学生能够认识到绿色化学要求“能量使用应最小,并应考虑其对环境和经济的影响”。以前化学家在设计化学过程时,往往考虑的是如何提高产率,而忽略了能量问题,认为该问题是工程师的事情,使得化学工业成为了耗能大户。生产和使用能量的工程,往往也会造成污染,如以煤为燃料所提供的热能,多用一份能量,就多一份污染。因此,设计化工过程的化学家需要对化工各阶段进行调节与优化,从根本上改变其对能量的需求,从而使能量最低,减小对环境和经济的影响,减轻对能源危机带来的压迫。仅约42.3%的学生能够认识到,化工过程应尽量避免不必要的衍生步骤。衍生步骤会带来更多的副产物,消耗更多的资源与能量。更多的产物意味着可能会对环境产生更多的污染和破坏,必然产生需要处理更多废物的费用;更多能量的使用会使成本变高,造成不必要的能源浪费。因此,在化工过程中应最大限度地避免衍生步骤,以降低原料的消耗及对人类健康与环境的影响。仅约32.4%的学生能够认识到化工过程中催化试剂优于化学计量试剂。化学化工专业学生应该明确,催化反应不仅具有提高原料利用率与降低废物产生的益处,而且催化剂可以降低反应活化能,既利于控制,也可以降低反应发生所需要的温度。选择性催化剂是绿色化学的重要工具和重点研究方向。
4.思考与建议
不少学生对绿色化学的作用、原则缺少认识,其主要原因:一是学校对学生进行绿色化学教育重视不够,缺少要求;二是化学类专业课的课堂教学缺少绿色化学思想与原则的渗透;三是没有开设“绿色化学”课程,学生缺少了对绿色化学系统学习的机会。树立绿色化学思想,不仅是化学家与化工专家的事,而且是所有从事与化学有关的人们关注的事。作为专门培养化学化工专业高级人才的高校,应把绿色化学理念渗透到化学教育的全过程中,并作为课改与教改的指导思想。
4.1在化学类的基础课教学中渗透绿色化学思想
化学教材中蕴涵有大量绿色化学的素材,因此,在课堂教学中要时时体现绿色化学的原则和思想。通过环境污染及其危害的具体事例,让学生了解我国乃至全球环境日益恶化的现状,并探讨相应的解决措施,使学生认识到石油、天然气、煤炭等能源与资源作为现代工业的基础都是不可再生的,新能源和可再生能源是重要的战略选择,从而对环境保护、资源与能源的重要性、必要性和紧迫性有清醒的认识,明确发展经济不能走先污染再治理的老路。把“原子经济性理论”、现代化学技术与方法渗透到理论课与实验课中,就如何优化定量与定性实验、物质合成及当前资源利用、环境污染、化学品乱用等重大问题与学生进行讨论,培养学生的绿色化学思想及可持续发展战略,为学生在校学习与以后的工作中能够充分发挥化学的正面作用,更好地造福于人类社会奠基。
4.2在化学实验课中培养绿色化学理念
化学化工专业,各类实验课所占的比重很大,实验过程中往往会产生、排放大量的污染环境的有毒有害物质,这就需要实验教师尽量改进传统实验,应用先进的实验研究新成果,以绿色化学思想与原则指导实验仪器和试剂的选择,指导实验设计、实验方法与实验“三废”的处理,在每一个实验中力求减少或避免有毒有害废物的产生,为师生和工作人员提供安全的工作环境。为此,首先,在实验中尽量采用无毒无害的反应原料。在进行无机、有机、分析、物化等实验时,在满足教学需要的情况下,为避开毒害品的使用,可考虑寻找替代品,变更反应路线,设计绿色实验方案,如用维生素B1替代剧毒的KCN做催化剂进行安息香缩合反应;以葡萄糖替代有致癌作用的苯为起始原料,用遗传工程获得的微生物为催化剂合成已二酸;用新型的固体溴化剂四丁基三溴化铵替代Brz与苯酚、苯胺反应制备对位的一溴代物,不仅反应产物更易于控制,避免了使用Br2带来的有毒、易挥发、不便准确量取等弊端,而且还具有可回收利用等优点。其次,使用封闭实验装置,回收实验废料。注意化学实验内容的选择、设计和呈现体现绿色化。一方面尽量减少污染很严重的实验,另一方面对一些实验过程中产生有毒有害气体、且污染环境的实验,进行改进与创新,想方设法将其设计成为封闭的实验装置。包括:气体发生与收集装置、气体性质反应容器、尾气收集与处理、导气装置等。在无法封闭的情况下,要注意回收、通风或采取其他防护措施。对实验过程中产生的废料,设法予以回收或适当处理。第三,采用微型实验。在微型化的条件下对实验进行重新设计与探索,以达到用尽可能少的试剂来获取尽可能多的化学信息。
4.3开设专门的绿色化学课程
首先,从课程设置上满足培养具有绿色环境意识的新一代化学工作者和公民的需要出发,借鉴国内外大学的经验,开设“环境生态化学”、“零排放有机化学”、“环境友好催化”、“绿色生态材料”、“生物技术”、“绿色能源”、“绿色化学导论”等绿色化学选修课程。其次,使绿色化学课程内容体现基础性、系统性与时代性。教学内容以绿色化学的12条原则为主线,围绕绿色化学的基本问题展开讨论,介绍绿色化学的产生与发展,绿色化学的概念、原理、应用、主要研究成果及动向。第三,依据绿色化学课程内容的特点,采用讲授、讨论、研究、参观、调查和文献研究等适当的教法,提高教学质量,把学生的心留在课堂上。
绿色化学的基本原理篇4
关键词:高校实验;实验教学;绿色化学
中图分类号:G642.4文献标志码:A文章编号:1674-9324(2014)19-0043-02
绿色化学也称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,是指运用化学原理,在化学品及其制备过程的设计、开发和应用过程中减少或消除对人类健康和环境有害的物质的使用和产生,是一门从源头上阻止污染的化学,是可持续发展战略在化学领域里的体现[1,2]。化学实验作为大学化学专业的一门必修课程,将涉及各种不同类型的化学实验,使用大量各种有毒化学试剂,而现在的大学化学实验教学中,许多学校仍是按传统的实验方法进行教学,即按常量法使用大量的有毒、易挥发的有机试剂,且实验后,各种废液不经任何处理就直接倒入下水道等等。这些都给环境造成了直接或间接的影响。本文从实验试剂的用量、实验方案的改进及实验内容的改进等方面对推动大学化学实验的绿色化进行了简单的探讨。
一、高校化学实验的现状
高校化学实验包括有机、无机、物化、分析和环境检测和分析等学科的实验,不可避免地排放着各种废液和废物,现在随着学生的扩招,学生实验的人数也在不断增加,因而实验中消耗的试剂和药品也大大增加,相应地,实验过程中产生的废液和废物也在大大增加。但高校化学实验的特点是实验试剂和药品种类繁多,一个化学专业的学生,在大学期用到的化学试剂和药品可达上百种之多,如果有的学生能读到硕士和博士时,接触的试剂和药品就更多了;另外,高校化学实验的废液和废物中的组成成分复杂,分离提纯的难度很大,因而,高校化学实验的废液直接倒入下水道。因此,这样日复一日,年复一年,不但伤害着学生的身体,而且也污染着学校周边的环境。同时,很多高校的实验室下水道与居民的下水道相连,污染物将通过下水道形成交叉污染,最后会流入河中或进入土壤中,这样,污染的水将影响灌溉到的农作物或饮用水,对环境和人的安全带来极大的危害。因此,必须从源头上控制污染物,除了化学实验污染物单独处理和排出外,加强化学实验改进,实现化学实验绿色化是从源头上控制污染物的最有效的手段。作为高校教师,有责任和义务遵照绿色化学的原则,从各方面不断地改进各种实验,为实现化学实验的绿色化进行不懈地努力。
二、减少化学实验中的试剂用量,用微型实验代替常量实验
现在很多大学实验大部分都是采用常量试剂进行实验,所用液体试剂动不动就是几十毫升,固体药品用量动不动就是十几克,并且,作为大学教学实验,做完实验后,一般是不进行试剂回收的,都是作为废液倒入废液池,甚至直接倒入下水道,例如,在有机实验中的1-溴丁烷的制备中,有的实验教材中,要求用到的试剂的量为12mL浓硫酸、8mL正丁醇和10克溴化钠。又如,在有的高分子实验教材中,在甲基丙烯酸甲酯的本体聚合中,甲基丙烯酸甲酯的用量就要40mL,在苯乙烯与马来酸酐的交替共聚合中,溶剂甲苯的用量就要76mL,以上有机和高分子实验中的试剂和药品的用量都很大,不但浓硫酸、甲基丙烯酸甲酯和甲苯本身是有毒有害物质,而且在实验过程中会产生大量的有毒副产物。微型实验的特点是实验药品微量化及实验仪器微型化,它能有效减少试剂用量,降低实验排废量,减少环境污染,缩短实验时间,而且安全可靠。因此,在不影响教学计划和教学效果的情况下,我们将上面的实验试剂和药品减少,采用微型实验,实际证明,我们的改进,不但达到了教学目的,而且实现了从源头上减少污染的绿色化学实验。
三、改进实验方案,尽量避免使用有毒试剂和药品
1998年,Anastas等[3]针对绿色化学提出了12原则,其中之一是在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质。在满足教学要求和保证实验效果的情况下,可以将使用有毒试剂和药品的传统实验方案进行适当调整,尽量避免使用有毒试剂和药品的使用。例如,在高分子实验中,大部分是选用酮以及苯或甲苯等有毒物质为溶剂来做溶液聚合实验,为了减少实验中的有毒有害物质,我们将溶液聚合改成以水为溶剂的丙烯酰胺的水溶液聚合;又如,在物理化学实验中,在燃烧热测定实验,传统实验中是用有毒的萘作为实验药品,可以用无毒的蔗糖代替萘作为待测物;在凝固点降低法测定物质摩尔质量实验中,也可用无毒的水-蔗糖体系取代传统的有毒环己烷-萘实验体系[4,5]。通过上面的用无毒物质代替传统的有毒试剂和药品进行实验,不但能减少对环境的污染和对人体的伤害,而且能达到实验教学的目的。
四、精选实验内容,尽量使实验内容之间具有连续性
设计具有高使用效益、低环境毒性的化学品是绿色化学的原则之一[3]。本着此原则,在选择实验内容时,我们可以选择前后实验的连续性,即用前一个实验的产物作为下一个实验的反应物,这样就高效利用了反应产品,相应地减少了化学药品的浪费,节省了实验成本。例如,在高分子实验中,可以把乙酸乙烯酯的溶液聚合和聚乙烯醇的制备两个实验安排为相邻的两个实验,因为乙酸乙烯酯的溶液聚合的产物可以用来作为实验聚乙烯醇制备的原料;在进行凝胶渗透色谱(GPC)测量聚合物分子量的实验中,可以用学生由聚合物制备实验中制得的聚合物作为样品进行测试,这样就不需购买实验样品,达到绿色化学的目的;又如在有机实验中,可以把对氨基苯磺酸的制备和甲基橙的制备连续安排,因为上一实验制备的对氨基苯磺酸可以作为下一实验甲基橙制备的原料。
五、结论
绿色化学是一种新的创造性思想,是当今国际化学科学研究的前沿。绿色化学实验使用化学药品的基本原则为拒绝使用危害品原则(reject)、减量使用原则(reduce)、循环使用原则(recycle)、重新使用原则(reuse),极大地减少或消除了实验室的“三废”,尽可能减少环境污染或无污染,以实现绿色化学要求尽可能少的负作用的理想和目标,是绿色化学可持续发展战略在化学实验中的具体体现,是培养学生绿色化学观念的重要途径[4]。在化学实验教学中,只要本着绿色化学的原则,对各实验深入探究,就会不断出现新的措施和方法,但这是一个漫长的过程,需要教育工作者坚持不懈地研究和探索。总之,将绿色化学教育纳入高等院校教学改革内容,把绿色化学的思想渗透到化学课程教学内容之中,对培养具有可持续发展理念和具有绿色化学理念的专业人才具有重要意义。
参考文献:
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绿色化学的基本原理篇5
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。
参考文献:
[1]田淑珍.在化学教学中对学生进行绿色化学教育[J].高等函授学报,2002,15(4):36-38
绿色化学的基本原理篇6
关键词:绿色矿山;建设路径;矿山开采;矿山生态保护体系;矿产资源文献标识码:A
中图分类号:TD21文章编号:1009-2374(2016)36-0203-03DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.36.101
我国传统矿山开采的过程中缺乏矿山生态保护体系,开采过程中资源浪费较为严重,在很大程度上限制了矿产资源应用效益,给我国生态环境造成了巨大威胁。随着可持续发展理念的不断渗透和深化,部门及相关单位已经充分认识到了绿色矿山的重要性,开始将绿色矿山建设作为新时期矿业发展的关键,为我国生态环境建设及保护奠定了良好的基础。
1绿色矿山建设的重要性
绿色矿山建设能够最大限度地减少资源的浪费,形成良好的生态环境保护,对我国社会发展具有至关重要的作用,其具体表现在以下方面:
1.1符合科学发展观内容,能够缓解我国资源紧张局面
资源供需矛盾是当前我国资源分配中存在的主要矛盾,尤其是在矿产资源上,严重影响了人们的生活质量。绿色矿山的构建能够立足于我国国情,减少资源浪费,最大限度地提升资源的供应量,全面促进了我国社会建设。
1.2符合矿业发展方向,能够全面提升我国经济效益
粗放型矿业体系造成大量矿产资源浪费,严重影响了我国矿产资源经济效益。绿色矿山建设能够形成经济、高效、环保的矿业体系,在可持续发展理念下科学使用资源,最大限度发挥其效益和价值,已经成为新时期经济型、环保型矿业的必然选择。
1.3符合矿业共同发展需求,能够使我国矿业更好地融入全球市场中
绿色矿山建设减少了资源浪费,更加有利于我国与其他各国之间的矿业交流和合作,形成了高效矿业合作体系,为我国矿业向国际化迈进创造了良好的契机。
2我国绿色矿山建设现状
2.1建设内容
我国绿色矿山建设的过程中主要重心放在矿山生产、矿山管理、矿山保障等方面,在该基础上进行细化,形成全方位建设内容。矿山生产时需要对依法建矿进行强调,科学地选择绿色矿山建设方向;矿山管理时要对日常管理、监督管控、部门交叉、文化建设等进行强调,全方位渗透管理内容,做好安全管控和生态管控;矿山保障时要对技术创新、土地控制等进行强调,以实现矿业效益的最大化。
2.2建设成效
截止到目前为止我国各类矿山企业数量已经超过120000,其矿业城镇数量超过300座,矿业职工总数约为2100万,矿业体系非常庞大。但上述矿山中绿色矿山数量较少,其示范性矿山数量仍不足500座,远低于我国制定的5年规划试点绿色矿山目标。与此同时,上述矿山管理的过程中缺乏科学管理机制,其整体格局混乱,尤其是在矿山开发和利用上,并未形成高效的开发技术和保护技术,导致资源浪费严重。
整体而言,我国绿色矿山建设仍处于初步阶段,矿山数量少,规模小,技术和管理仍存在一定的不足,矿山建设生态保护效果及经济效益并不显著。
2.3存在的问题
我国绿色矿山建设的过程中缺乏准确定位,对绿色矿山管理内容、经营内容等设置不明确,造成建设过程中只实现了绿色矿山“形”的构建,并未把握好其本质,严重影响了绿色矿山的生态效益和经济效益。而在管理工作开展的过程中,许多单位和企业对绿色矿山建设理念认识不到位,只是开展了基础的管控,并未结合具体环境实施针对性控制,造成绿色矿山日常管理工作与实际管理需求不匹配。这种管理方式不仅加大了单位和企业的日常管理成本投入,还造成日常管理工作流于形式,是阻碍绿色矿山建设的关键,在今后工作中需全面调整和改善。除此之外,缺乏技术创新也是我国绿色矿山建设中存在的重要问题。对开采技术创新、运送技术创新、管理技术创新不重视,缺乏科技创新投入,这直接导致绿色矿山越来越“粗放”,与绿色矿产建设本质相背离,是造成绿色矿山生态效益和经济效益低下的核心因素。
3新时期绿色矿山的建设原则
3.1依法开发原则
要依照我国法律政策要求对绿色矿山建设进行规范,依照《矿产资源法》《土地管理法》《环境保护法》《循环经济促进法》等对绿色矿山建设过程中的注意事项进行明确,细化矿山生产、矿山管理、矿山保障中的各项内容,使其在建设工作开展时能够有章可循、有据可依,从根本上保障绿色矿山建设的合法性、规范性、科学性和有效性。要在可持续发展理念下依照科学、低耗、高效这一原则指标,对绿色矿山建设过程中的各项细节进行调整,在法律政策基础上因地制宜地开展绿色矿山建设,形成科学矿山体系。
3.2技术创新原则
要技术创新进行强调,坚持技术创新原则,围绕新型科技不断提升绿色矿山建设效益,形成科学的矿山建设体系。该原则落实的过程中人员需要不断学习其他国家绿色矿山建设技术,对其矿山建设过程中的核心科技进行把握,取其精华去其糟粕,在该基础上实现拓展和提升。此外,还需要做好自身的技术改革,不断钻研和探索,对绿色矿山科技进行革新,最大限度提升绿色矿山生产效益,做好生态环境保护工作。
3.3协调开发原则
要对矿产资源开发和环境保护进行强调,做好两者的协调和配合,从而实现矿产资源的协调开发,最大限度提升资源利用效益。该过程中人员需要对协调开发内容进行合理设置,在绿色矿山建设基础上依照可持续发展理念做好资源的配置和调整,不断完善矿产资源勘查、评价、开发和利用等工作,做好资源的协调,真正形成和谐发展的矿产资源体系。
4新时期绿色矿山的建设措施
4.1做好关系协调,形成正确方向
首先,要对绿色矿山建设要求和单位资质、技术等进行分析,在考察单位各项指标后确定其符合承建要求后方可进行后续建设;其次,要对绿色矿山建设方向进行明确,依照环境状况、建设要求等对绿色矿山构建内容进行分析,形成系统的建设内容;最后,要对政府、单位、企业等之间的关系进行协调,做好上述部门之间的配合,使其能够全方位参与并服务于绿色矿山建设,从而形成高效的协同机制。
4.2做好建设规划,促进稳步发展
绿色矿山建设规划过程中要对绿色矿山建设机制进行明确,依照我国各项方针和政策,对绿色矿山建设过程中的各项内容进行约束,形成规范化运营机制;要做好建设安排,严格依照建设要求落实各项任务,对绿色矿山建设工作进行完善,如生产建设、管理建设、监督建设、生态保护建设等,形成细化矿山建设系统;要依照依法办矿要求对日常管理内容进行明确,做好矿山安全控制,在该基础上结合可持续发展理念对矿业资源进行科学利用,真正将环境保护和矿业资源利用结合在一起,形成和谐矿山体系。
4.3做好协调配合,实施相应评审
部门之间的协调和配合是提升绿色矿山管理效益的关键,已经成为新时期绿色矿山建设的重中之重。在日常工作开展的过程中人员需要做好绿色矿山管理机构、生产机构、监督机构等之间工作的交叉,做好上述部门信息的交流和共享,从而全面形成高效的联动机制,使各部门之间能够形成完善的信息体系,这对生产工作、管理工作和监督工作等的开展具有非常好的促进作用。尤其是在矿产评审的过程中,要做好政府部门、管理部门及评审机构的交互,使其能够实时协调配合,对绿色矿山申报、推荐、调查和评审等工作进行完善,形成高效的绿色矿山建设体系,最大限度地减少不必要的时间和资源浪费,这对我国绿色矿山发展具有非常积极的
意义。
4.4做好宣鹘ㄉ瑁总结先进经验
可持续发展理念下绿色矿山建设的过程中需要做好绿色矿山文化环境建设,加大对人员的教育和培训,使其能够深入了解绿色矿山的重要性,在该基础上依照绿色矿山管理要求全面落实管各项监督管理内容,真正实现科学化、规范化矿山业务管控体系;要加大宣传力度,做好绿色矿山宣传建设,通过政策法规、文明标语、新闻媒体等对绿色矿山理念进行渗透,使人们能够充分认识到绿色矿山的作用,积极参与到绿色矿山建设和保护过程中,形成良好的矿山文化氛围。这种氛围能够全面提升绿色矿山建设的向心力和凝聚力,对矿山建设具有至关重要的意义。
除此之外,在上述绿色矿山建设过程中还需要对其经验进行总结,选择优秀绿色矿山体系作为典型代表,在该基础上形成模范带动,为绿色矿山发展提供良好的契机。
4.5做好环境保护,把握重点问题
为进一步推进绿色矿山建设工作,提升绿色矿山建设成效,在日常工作开展的过程中必须严格把握好环境保护内容,在该基础上科学执行“三同时”制度,即生产和治理同时开展制度、宣传和培训同时进行制度、问题和改革同时落实制度。尤其是在绿色矿山建设重点问题上,需做好预防和管控,如严格控制绿色矿山建设资金投入,减少其资金浪费,最大限度提升绿色矿山建设的经济效益;对绿色矿山土地资源进行保护,科学处理土地荒置问题,减少绿色矿山建设过程中的历史欠账;对矿山环境治理进行强调,做好环境保护、土地复垦、生态环境重建等内容设置,依照可持续发展理念对绿色矿山体系进行完善,从根本上提升矿山保护效益。
5结语
我国绿色矿山建设的过程中矿山规模较小、缺乏科学管理机制、科技创新不足等,整体建设水平较为低下,严重影响了我国绿色生态体系的构建成效。在对上述问题进行处理的过程中,政府部门需要完善对绿色矿山构建的法律支撑和政策支持,依照依法开发原则、技术创新原则、协调开发原则对绿色矿山建设内容进行明确,做好绿色矿山建设过程中的协调、规划、配合、宣传和保护,从而全面提升绿色矿山建设效益,推动绿色矿山发展进程。
参考文献
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