低碳经济下化学实验室的建设和管理

2022-09-21 16:42:35 来源:写作指导

摘 要:化学实验室作为化学教育实践的重要组成部分,在对学生的化学教育中扮演者关键的角色。而近年来,随着绿色环境保护口号的传播日益深入,我国社会也对环境保护提出了新的需求。目前,为应对低碳经济时代,各个学院的人才培养模式都将备受挑战。为减少甚至是避免化学实验带给社会环境的不良影响,高校化学实验室的建设也开始向“绿色化学”与低碳经济的理念发生转变。通过讨论高效化学实验室现状,总结高校实验室目前在化学污染这方面存在的问题,为“低碳经济时代”大背景下,对大学化工实验室的建设和管理等工作,提供了一些意见。

关键词:绿色;环保;化学实验室的管理;实验室的建设;措施

“绿色低碳经济”是目前全球发展的重要趋势之一。同时,低碳经济的贯彻落实,也为我国的三高经济的发展模式带来极为严峻的挑战。这样一来,坚持绿色可持续发展也成了我国经济的发展核心。其次,推动低碳经济发展需要高效率高洁净的能源支持,也就需要技术创新和制度创新作为保障。但一切技术创新的来源依靠人才的培养。而高等院校的化学实验室作为创新人才培养的一大关键孵化地,在“低碳经济时代”同样着面临挑战:如何快速培养具有环保意识的高素质人才?如何使高校实验室一直保持绿色发展?都是需要重点关注的问题。近年来,虽然各高校已经开始探索绿色实验室的建设和管理,将“绿色环保”理念与实验室的具体实践工作相结合起来,但仍然存在不少能源消耗甚至是垃圾污染出现在高校实验室中。因此,建立符合绿色发展的高校实验室迫在眉睫。本文将从化学实验室的现状出发,分析探索在绿色环保的倡导下高校化学实验室将如何进行科学的建设与管理?以更好地完成新型人才的培养目标。

1高校化学实验室现状以及存在的问题

因教学需要,各高校实验室在进行教学实践时,会使用到不同种类的大功率实验仪器。然而,这些大功率实验仪器的使用会极大增加实验室的能源消耗,其次,各类不同的实验所排出的大量废气、废液以及实验使用之后的废弃物也给校园环境带来了巨大的污染。与此同时由于实验室人员流动密集,大多数实验人员没有树立起绿色环保实验意识,总是出现实验用品乱倒、乱放的现象,在一定程度上也对学生的自身健康造成了威胁。

1.1错误地使用科研仪器设备

(1)对仪器设备的应用管理缺少有效的环保意识。目前,我国高校实验室的管理意识并没有完全和低碳经济的发展相适应。其问题主要体现在高校实验室没有建立绿色管理意识,不能实现实验仪器设备的有效管理,导致实验过程中出现大量的能源浪费。尽管激光共聚焦显微镜、流式细胞仪等一系列大、精、贵的重要实验仪器设备能够实现学生间的资源共享,但对某些较小型常规仪器设备而言,其共用程度并不能满足绿色且合理的标准。以离心机的使用为例,为完成教学实践,几乎每个实验室均购有2~3台低温、高速离心机。并且,仪器的使用时间平均每日不超过2h。另外,每件仪器都有其具体的使用记录,在一定程度上能够反映出仪器的使用次数以及运转情况,但是其转数以及温度情况却未能体现出来,这给工作人员对实验室能源消耗的检测工作带来了一定的困难。

(2)能源消耗严重。实验室滞后的管理水平以及不完善的管理技术,使得实验教学的过程出现了大量的能耗浪费。尤其是一些学生在不能对仪器进行充分了解的情况下,经常做出的错误步骤,加快了能源消耗。比如说,由于某些新到实验室的学生对实验仪器特性十分不了解,在使用所有仪器前通通都按照提前开机预热处理,从而增加了能源的无效浪费。殊不知,随意以及不合理地使用仪器,不但会破坏仪器性能,还会造成实验的失败。

1.2对实验室污染物的随意排放

有化学实验存在的地方,就无法避免实验废气的产生,例如二氧化碳、二氧化硫等;甚至是有机易挥发溶剂,例如乙醚。这些气体排放到室内,污染的是实验室的内部环境,排放到室外,污染的便是大气环境。不仅是废气,化学实验的过程往往还伴随着大量的废液产生,如废硫酸液、废盐酸液,以及危害性很大的含苯类废液、含有多环芳香族化合物类的废液等。另外,除了废气废液外,还会产生一些固体废弃物,其中包括有遗撒的药品、实验后不要的废物垃圾等,甚至有些废弃物还具有一定的毒性,这些有毒废弃物如不经处理就直接排放,很大程度上会与自然界中的水融合起来,从而进入河流、土壤和大气中,对人类和生物产生危害。因此,实验室产生的任何实验垃圾都需要经过特定的处理才能进行排放,以免对环境造成危害。

1.3环保意识的缺失

首先,实验室的人员流动较大,另一方面,实验室研究人员的数量极多,实验室本身的能源消耗就比较大。因此,做好研究人员的绿色环保教育十分重要。能源浪费这一现象不止存在于对仪器的使用上,往往会体现在一些细枝末节的地方,例如,实验中水流的浪费、超净工作台在长时间的开启等,并时常出现紫外灯照射过夜以及恒温箱烘干箱不关闭电源的情况,都会为实验室带来许多不必要的能源浪费。1.4能耗监测系统不完善目前,我国能源建设系统尚未完善,缺少碳排放量监控账户的设立。同时,高校试验室所涉及的实验面积广泛、实验内容复杂,在现有条件下还无法适应一些实验工作的开展。

2绿色环保型高校化学实验室的建设与管理

2.1低碳实验室的建设低碳实验室的建设与管理内容

大致可以包括以下12个方面:(1)绿色药品使用原则:减量、重复、回收、再生;(2)结合实际实验教学培养学生环保意识;(3)绿色化实验过程;(4)改进实验方法,改善实验环境;(5)加强实验室设施的绿色化;(6)充分使用原材料,减少废弃废液废物的产生;(7)实验无汞化;(8)实验无苯化;(9)实验无铅化;(10)学生要严格遵守实验规则,对试剂使用要符合要求;(11)实现实验废物的回收再利用;(12)实现“三废”的分别处理与排放。

2.2化学实验室管理内容

(1)关于药品的合理保管和分类。对实验室建设来说,药物的合理保管与利用是非常关键的。应当坚持将药物数量化、科学化和精准化,以切实保障药物存放安全。因为化工药品通常都有着特定的化学性质,比如有易潮解的、易产生风化作用的、易于氧化的,或者容易与超临界二氧化碳形成反应的等。那么,关于这类药物的质量管理,就需要通过大量的预防措施来保证药品的稳定性,以避免风险事件的发生。例如:电石及红磷等则必须保存在干燥器皿中,以避免潮解问题;AgNO以及HNO等则必须储存在深色例如棕色的塑料罐中,防止药瓶出现分解,造成药品的浪费或变质。水溴则需要在加水后进行密封保存,避免挥发;碱式溶液(例如NaOH)甚至是粉末等则必须经过胶塞保存以避免产生粘连或有黏结问题。对化学试剂的配用也必须要定量和科学。化学准备过程对一个实验而言是十分关键的。其中,试剂的配比极为关键,标准化的使用加上更为精准的测量,能够促进实验结果的准确产生以及实验过程的安全科学。例如,无机实验的过程会使用到很多的试剂,产生大量的废水废气。但是如果在实验前,能够预先准备较多剂量的必用药品以及低浓度溶液,然后在实验过程中对其进行必要的稀释,这样就能在节约药品的基础上起到保护环境的作用。化学实验的过程还会涉及药品的提取问题。值得注意的是,药品的提取必须依据科学的规定。如果存在不明确的提取问题,就必须以少量提取为原则。不过,有时候还会出现药物已经分装完毕,但在实验过程中未完全使用完毕的现象,此时有些实验人员为节约药品又将剩下的原料装回原瓶中,这种行为在实际上造成更大的资源浪费。必须注意的是,原药剂在提取后应该避免将其再装回原药剂罐当中;另外,通过溶液稀释以及用量控制等方法能够在很大程度上解决用药浪费的问题,十分有益于控制实验成本,减少实验垃圾的产生。

(2)利用合理手段处理一般实验室的化学废水。酸碱液是大多数实验室会产生的废弃溶液,合理处置这些溶剂的主要方法就是通过添加其他试剂进行中和,pH待达到排放标准后,方可实现排污。例如,在处理实验废水废碱液时,就需要使用到石灰乳、碳酸钠水等溶液对其进行中和,将其pH降低到合理的范围之后,再进行排放。这种方法能够有效降低实验室废水的污染程度,为自然环境的保护提供了有效的保障。总之,对于一般的盐溶液、废液来说采取以上方式均可以进行污染去除,但是对具有病害分子的盐溶液则必须先要用化学法进行相关处理以后,再进行排放。其次,一些含有有色重金属元素离子的废液对环境的影响是十分严重的,此时就必须用到强碱或是硫化钠对其进行处理、沉淀,此后再通过过滤分离的方式将沉淀残余埋置于地下。同时,有部分化学实验的残余能够进行反复的使用,尤其是对于分组实验中遗留的药物来说,在实验结束后,其会留下大量的残液剩余,因此必须进行相应的回收使用工作。这种回收利用的方法既做到了绿色环保又体现了高校的低碳理念。高校实验室不仅要将以上步骤严格运用到具体的实验教学中,还要将其中有关的低碳思维传输到学生的学习习惯中去。

(3)达到绿色的化学实验教学。最有效且能够实现快速降低实验室污染的方法就是尽可能减少化学物质的剂量,在相同实验条件下,也能够通过选用一些对环境污染产生较小损害的化学药品完成化学试验。另外一个是,作为化学实验教育工作者,可利用奇思妙想,通过改进实验的方法,通过改善实验仪器的性能,从而实现降低药品的浪费的目的。这也是当前化学实践教育中从根源减少污染的一种比较行之有效的方式。也可以通过以下几种方式实现绿色的实验教学:①用小型化学实验代替一般实验。小型化学实验的教学过程,需要使用到微量化学设备,其是一种能够使用少量化学药剂完成精准实验的实验方法。这种实验方法能够在减少药品浪费的同时提高化学实验的质量。其主要优点为教师可以合理地限制化学试剂的用量,仅需要常规化学实验剂量的1/10,就可以达到降低实验排废量,控制化学污染以及减少实验时间的效果。②设计综合性的化学实验。教师可运用阶段化的课程成果,从小到大的设计综合化学实验。例如,对有机合成反应的粗产物,在分别提纯和精练之后,即可进行所得纯产品的物理常数计算。在课堂上,教师可以通过测定物理常数来检测学生实验中合成产物的品质及其纯度。③研究和应用无毒性的替代药物。在有机化学实验过程中,必须使用对人类健康和环境影响较小的有机化学药剂。如此一来,煤油相对于四氯化碳在有机化学实验中所产生的剧毒光气而言,就具有了某种意义上的安全。同时,通过选择自行设计的化学产品,又或者选用能够产生特定环保意义的化学实验器具,也是能够促进降低或者减少对化学品污染的一种非常好的办法。

(4)化学实验管理的低碳化。环境对人的影响往往是潜移默化的。良好的实验环境能够帮助学生养成良好的学习习惯,同时,低碳化的实践思维也可以帮助学生们迅速树立起对低化碳环保实验工作的强烈愿望。在实验操作的过程中,做到实验柜台的整齐摆放,并保证实验仪器设备的随时清洁,就可以在一定程度上使学生们形成良好的环保意识。同时,尽管化学的不断进步可以为人们的生命质量带来益处,但也需要对化学实验污染物对环境的危害产生重视。因此,在对实验室进行绿色低碳的设计规划中,要加入对学生实践精神的培养、实验习惯的养成、实践态度规范等的教育活动。潜移默化地为其灌输绿色环保意识。其次,在实验室的管理规范上,要从减少水、电、纸、气、药品的用量为出发点,逐步完善低碳实验室的管理条例。例如,要加强对实验用水的管控,增加水的循环使用;强化实验室用电管理,合理运用仪器,注意及时断电;最后就是注意纸张的回收利用。

(5)更换先进通风设备。无管通风设备可以在能量节省的基础上减少噪声,同时,还可以结合垃圾装置减少垃圾对大气环境的污染。并且,要使学生形成随手关窗的良好习惯,以减轻冷暖空气外泄造成的高能耗。

3结束语

低碳生活已然成了当今社会经济发展的主要潮流,高等院校作为培养人才的重要场所,其承担着教学、科研和生产服务等多项任务。只有建设好绿色高校实验室,做好绿色发展的教育传承,才能完成国家给予高校的重担。因此,各高校要积极开展绿色实验室发展工作,为培养新时代创新型环保人才做出贡献。

作者:刘明玉 单位:贵阳康养职业大学