化學(xué)工程與工藝專業(yè)綠色化學(xué)教學(xué)淺議

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摘要：在資源匱乏、環(huán)境惡化的大背景下，綠色化學(xué)理念逐漸深入化學(xué)工程與工藝專業(yè)教學(xué)之中，這為化學(xué)工程與工藝專業(yè)教學(xué)改革提供嶄新的方向?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)人才是我國化學(xué)工業(yè)發(fā)展的中堅力量，將能源節(jié)約意識、綠色化學(xué)理念深入高等人才思維之中，使其能夠真正理解綠色化學(xué)的意義和重要性，以促進(jìn)我國化學(xué)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工程與工藝專業(yè)；綠色化學(xué)教學(xué)；改革

1綠色化學(xué)理念的相關(guān)概述

1.1概念

綠色化學(xué)是最前沿的理念，綠色化學(xué)又被稱為環(huán)境無害化學(xué)，在這個基礎(chǔ)上創(chuàng)新的技術(shù)是綠色化學(xué)技術(shù)，綠色化學(xué)理念包括催化劑綠色化、原料綠色化、溶劑綠色化、產(chǎn)品綠色化等。具體來說：原料綠色化主要體現(xiàn)在可再生資源為原料，或者采用無毒無害、低毒性原料替代高毒原料[1]；綠色催化劑則是從催化劑的角度分析，通過采用高效的催化劑，推動反應(yīng)進(jìn)程，提高轉(zhuǎn)化效率，從本質(zhì)上消除或者減少有毒物質(zhì)，以及副產(chǎn)物的產(chǎn)生，真正減少污染，實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。比如：環(huán)境友好型機(jī)動車染料可以使用新配方汽油，這樣可以有效減少一氧化碳配方量，進(jìn)而減少空氣污染程度。由此可以看出科學(xué)合理地使用原材料，可以達(dá)到節(jié)能降耗、預(yù)防污染的目的。在綠色化學(xué)理念的影響下，化工工藝教學(xué)也迎來新一輪的改革。

1.2發(fā)展

綠色化學(xué)在我國起步較晚，目前，我國綠色化學(xué)高等教育還處于上升階段。我國最早開始研究綠色化學(xué)的開拓者是閔恩澤院士、張利娜院士等。目前，很多高校已經(jīng)開始了相關(guān)課程，精品資源、共享課程也相繼推出，但是，綠色化學(xué)教育尚沒有貫穿于整個人才培養(yǎng)過程之中，高等院校化工專業(yè)人才對綠色化學(xué)理念的認(rèn)識還不夠徹底，綠色化學(xué)理念在學(xué)生群體中尚沒有得到完全普及。應(yīng)將綠色化學(xué)教育貫穿于專業(yè)教育過程之中，使得化工專業(yè)人才更具綠色發(fā)展理念。

2化學(xué)工程與工藝專業(yè)進(jìn)行綠色化學(xué)教育的重要性

化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才是未來我國化學(xué)工業(yè)建設(shè)發(fā)展的后備軍，也承擔(dān)著化學(xué)領(lǐng)域改革、創(chuàng)新、發(fā)展的重任，將綠色化學(xué)貫穿于人才培養(yǎng)之中，加強(qiáng)綠色化學(xué)教學(xué)理念，可以幫助學(xué)生更加客觀、全面、正確地認(rèn)識綠色化學(xué)的重要性，能夠使學(xué)生在日后的學(xué)習(xí)、生活中可以積極主動地運用綠化化學(xué)理念規(guī)范自己的行為和思想。通過綠色化學(xué)教育，有助于學(xué)生更好地步入工作崗位，能夠強(qiáng)化學(xué)生綜合化學(xué)能力，學(xué)會思考問題時，會從現(xiàn)實情況切入，綜合考慮環(huán)境、資源效益，能夠?qū)⒒瘜W(xué)工程與人類發(fā)展建立緊密聯(lián)系[2]。化學(xué)工程與工藝專業(yè)是熱門專業(yè)，教學(xué)面向化工專業(yè)學(xué)生，開展綠色化學(xué)教育會對學(xué)生產(chǎn)生非常積極的影響，將綠色化學(xué)內(nèi)容融入各門課程教學(xué)之中，可以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，豐富化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)意識與創(chuàng)造力。并且綠色化學(xué)理念對于環(huán)境保護(hù)以及人類的可持續(xù)發(fā)展有著難以替代的重要意義，將這一知識理念貫穿于實踐教學(xué)過程中，能夠進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

3化學(xué)工程與工藝專業(yè)中綠色化學(xué)教育開展的具體對策

3.1確立綠色化學(xué)教學(xué)目標(biāo)

人們生活中會使用到許多化工產(chǎn)品，這些產(chǎn)品給人們的生活提供了很大的便利，但是隨著化工產(chǎn)品需求量的增高，由生產(chǎn)化工產(chǎn)品所造成的污染也就越來越重，為了減少對環(huán)境的污染，發(fā)展綠色化工勢在必行。江蘇理工學(xué)校化學(xué)工程與工藝專業(yè)為了長三角區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)和大化工行業(yè)發(fā)展，一直致力于研究綠色化工技術(shù)及其應(yīng)用，從德、智、體、美等多個方面培養(yǎng)學(xué)生，幫助學(xué)生掌握綠色化工實驗技能、工程實踐、計算機(jī)應(yīng)用、科學(xué)研究與工程設(shè)計方法的基本理論和技能，以及綠色化工生產(chǎn)工藝過程和設(shè)備的基本規(guī)律和原理，為綠色化工事業(yè)發(fā)展提供更多可以從事綠色化工生產(chǎn)控制和管理、化工產(chǎn)品和過程的研究開發(fā)、化工裝置與流程的設(shè)計等方面的高級技術(shù)人才。

3.2確立系統(tǒng)的綠化化學(xué)課程

為了助力綠色化工技術(shù)發(fā)展，學(xué)校專門選擇了高等學(xué)校十二五規(guī)劃教材綠色化學(xué)及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生教材綠色化學(xué)，對于部分課程，因為當(dāng)前并沒有成熟教材，所以在教學(xué)過程中，可以使用部分章節(jié)穿插的方式。以電化學(xué)的學(xué)習(xí)為例，可以通過綠色電化學(xué)合成一書來完成電化學(xué)教學(xué)。

3.3加強(qiáng)綠色化學(xué)教研聯(lián)系與互補

高等院校首先要具備豐富的綠色化學(xué)教學(xué)資源、教學(xué)研究基地等，包括無機(jī)污染物分析測試中心、加工技術(shù)基地與基礎(chǔ)實驗室等，加強(qiáng)綠色化學(xué)教學(xué)與科研之間的聯(lián)系，能夠有效補充過去綠色化學(xué)教學(xué)的不足，提升學(xué)校教研能力，能夠為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)、研究條件，幫助學(xué)生掌握更多先進(jìn)的化學(xué)理念與綠色技術(shù)。化工學(xué)院在教學(xué)上使用的是導(dǎo)師制，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中導(dǎo)師可以幫助學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)以及以后的職業(yè)生涯進(jìn)行規(guī)劃，因為擔(dān)任導(dǎo)師的教師大多為博士或副教授以上，基本上都參與了一定的科研項目，在教學(xué)過程中，也會帶領(lǐng)學(xué)生參與，幫助學(xué)生豐富自己的專業(yè)知識。采取導(dǎo)師制的主要目的是希望以此來提高本科生的科研效率，培養(yǎng)出更多的創(chuàng)新型人才。這種教學(xué)方式會在大一時讓學(xué)生先對科研背景進(jìn)行了解，大二時會由導(dǎo)師帶領(lǐng)進(jìn)入實驗室，等到大三和大四學(xué)生就會獲得一定的科研成果[3]。為了符合工程認(rèn)證的要求，導(dǎo)師還會幫助學(xué)生完成化工原理課程設(shè)計、綠色化工過程設(shè)計的課程大作業(yè)設(shè)計。導(dǎo)師制的施行對于科研的發(fā)展有很大幫助，由此取得的科研成果也可以再用于教學(xué)，通過學(xué)術(shù)講座或者創(chuàng)新性實驗等方式來提高學(xué)生在化工方面的認(rèn)知?？梢宰屟芯糠较蚺c課程相關(guān)的老師來進(jìn)行教學(xué)工作，也可以將老師的科研成果作為學(xué)生的基礎(chǔ)實驗項目或創(chuàng)新實驗項目。將教學(xué)與科研相互融合，實現(xiàn)了二者之間的共同進(jìn)步。

3.4加強(qiáng)綠色化學(xué)實踐教學(xué)力度

3.4.1加強(qiáng)綠色化學(xué)實踐操作。由于化工專業(yè)工作的特殊性，許多生產(chǎn)過程對于操作都有著較為嚴(yán)格的要求?？紤]到學(xué)生在實習(xí)時并不具備較強(qiáng)的操作能力，為了保障生產(chǎn)過程的安全性，對于某些化工生產(chǎn)過程如DCS控制、進(jìn)卸料、現(xiàn)場開關(guān)閥門等，學(xué)生都只能參觀學(xué)習(xí)，不可以動手操作。這種實習(xí)方法無法讓學(xué)生對現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行了解，對于一些具體設(shè)備、裝置以及現(xiàn)場管線等都一無所知。同理，企業(yè)為了保障生產(chǎn)過程的安全性和生產(chǎn)效益，也并不熱衷于為學(xué)生提供實習(xí)場地。在這種情況下，為了讓學(xué)生可以進(jìn)行有效實習(xí)，實際參與到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，自己動手完成各項操作，學(xué)校專門成立了“虛擬仿真加可操作生產(chǎn)實習(xí)基地”?；瘜W(xué)工程系專門成立了化工虛擬仿真實驗室，內(nèi)設(shè)有八十臺計算機(jī)、兩臺圖形工作站和兩臺工作站。為了方便學(xué)生進(jìn)行實習(xí)還專門購買了三套生產(chǎn)實習(xí)仿真軟件，即甲醇工藝3D虛擬現(xiàn)實認(rèn)識實習(xí)仿真軟件、典型化工產(chǎn)3D虛擬現(xiàn)實認(rèn)識實習(xí)仿真軟件和丙烯酸甲酯3D虛擬現(xiàn)實認(rèn)識實習(xí)仿真軟件。3.4.2構(gòu)建綠色化學(xué)實習(xí)基地。學(xué)生需要完成為期三周的生產(chǎn)實習(xí)，第一周的實習(xí)地點是機(jī)房，學(xué)生可以在此對三套工藝的DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，通過實踐來對生產(chǎn)工藝進(jìn)行了解、掌握工藝參數(shù)控制以及故障診斷方法、學(xué)會如何開停車，學(xué)校要在這個過程中完成對學(xué)生的安全教育。這種實習(xí)方式雖然可以在一定程度上為學(xué)生提供幫助[4]，但是與真正的進(jìn)廠實習(xí)還有一定差距，學(xué)?？梢月?lián)系三家具有代表性的制藥、石化、精細(xì)化工企業(yè)，讓學(xué)生在這些企業(yè)中進(jìn)行一周的實習(xí)活動，實習(xí)的主要目的讓學(xué)生對化工機(jī)器、化工設(shè)備及工藝流程進(jìn)行了解，同時重點關(guān)注企業(yè)的文化、管理架構(gòu)、安全控制。因為學(xué)生前期已經(jīng)通過仿真軟件掌握了操作的基本方法，對于生產(chǎn)過程也較為熟悉，后期學(xué)校為學(xué)生在工程訓(xùn)練中心安排了一周的實習(xí)，學(xué)生在這一周時間內(nèi)可以對100t/a的均苯四甲酸二酐裝置進(jìn)行實操訓(xùn)練。先進(jìn)行虛擬仿真訓(xùn)練，讓學(xué)生具備一定的操作基礎(chǔ)，后期到生產(chǎn)實習(xí)基地進(jìn)行實習(xí)時學(xué)生就可以動手進(jìn)行實際操作，提高自己的專業(yè)技能。3.4.3構(gòu)建綠色化學(xué)課程體系。與其他學(xué)科不同，化學(xué)學(xué)科的許多課程都需要通過實驗的方式來學(xué)習(xí)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)也具有豐富的實驗課程，包括綠色有機(jī)化學(xué)實驗、綠色無機(jī)化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗、分析化學(xué)實驗、化工專業(yè)實驗、化工原理實驗等。為了降低實驗過程可能對環(huán)境造成的污染，在進(jìn)行實驗時要嚴(yán)格遵守綠色化學(xué)十二條規(guī)則，避免因為實驗產(chǎn)生污染物，危害環(huán)境以及實驗人員，實驗所使用的原料也要保證不會對人體健康和環(huán)境造成危害，盡量使用綠色無害、能耗較低的催化劑，當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)一定使用期限時，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行分解。在所有實驗中只有綠色有機(jī)化學(xué)實驗和綠色無機(jī)化學(xué)實驗可以直接開始，除此以外的其他實驗在開展時都應(yīng)使用“微型化、串聯(lián)循環(huán)實驗”。串聯(lián)實驗就是盡可能地將所有實驗進(jìn)行串聯(lián)，使用某次實驗的產(chǎn)物作為下次實驗的原料使用，這種方法可以降低實驗過程的藥品用量、降低污染、提高實驗效率以及實驗的安全性。在化學(xué)工程與工藝專業(yè)課程中要完全滲透綠色化學(xué)知識，確保在整個教學(xué)中學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)到的知識與環(huán)保問題、能源問題相聯(lián)系。這就要求教師在教學(xué)中更有針對性，要有的放矢地融入綠色化學(xué)知識。比如：在“合成氨”內(nèi)容的講解中，教師可以融入綠色化學(xué)發(fā)展方向介紹，在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)反應(yīng)操作：通過減少中間過程，提高反應(yīng)速率，減少污染物的排放。還可以采用環(huán)境友好型催化劑，比如TiO2，通過這樣一系列的綠色操作，達(dá)到降低能耗、提高反應(yīng)效率、減少污染的目的，這也正是綠色化學(xué)教育的目的所在，通過切實的實踐操作，以及綠化知識的講解，使學(xué)生能夠?qū)⒕G色化學(xué)理念融入思維之中，再借由綠色化學(xué)的先進(jìn)性、趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促使學(xué)生能夠更加積極主動地投入綠色化學(xué)研究之中。3.4.4重視綠色化學(xué)實驗教學(xué)。以往一個實驗室所能進(jìn)行的實驗十分單一，使用串聯(lián)實驗法可以將全部實驗室融合，形成一個化學(xué)化工實驗室，將每次實驗結(jié)束產(chǎn)生的產(chǎn)品或者廢液統(tǒng)一保存，用作下次實驗的溶劑或者原料?；瘜W(xué)實驗可以提高學(xué)生的化學(xué)綜合能力、實踐操作能力等，將綠色化學(xué)理念融入化學(xué)實驗之中，可以強(qiáng)化學(xué)生對綠色化學(xué)的直觀認(rèn)識，同時促進(jìn)學(xué)生觀察能力、分析能力、問題解決能力。在化學(xué)實驗之中還可能會涉及一些有毒、有害物質(zhì)，因此，實踐教學(xué)力求使用最少的實驗藥品獲得最佳的實驗效果，最大限度減少廢棄物，并且學(xué)校與教師要積極開發(fā)綠色制備技術(shù)，通過這些技術(shù)提高實驗效率，減少污染物排放，同時激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，強(qiáng)化學(xué)生環(huán)境保護(hù)意識。3.4.4.1引入新技術(shù)、新方法專業(yè)教師要充分認(rèn)識到綠色化學(xué)教育的重要性，在化學(xué)實驗或者相關(guān)教學(xué)研究中要引導(dǎo)學(xué)生，盡量少使用試劑，通過科學(xué)、有效的方法，達(dá)到環(huán)保的目的，另外，要積極引入新技術(shù)、新方法、新實驗思想，這是常規(guī)實驗改革發(fā)展的必然結(jié)果，是一種思維方向，是化學(xué)實驗改革和發(fā)展的動力之一，是綠色過程工程思想在化學(xué)實驗中的具體體現(xiàn)。3.4.4.2規(guī)范操作，避免浪費、污染。實驗中要求學(xué)生要按照實驗規(guī)章流程進(jìn)行操作，避免由于操作不當(dāng)帶來的污染和浪費，避免有害污染物泄漏，養(yǎng)成了這樣的規(guī)范，學(xué)生未來從事相關(guān)崗位和工作時，才能夠更好地落實綠色化學(xué)理念。比如：美國墨西哥灣的原油泄漏事件、印度坦帕爾的毒氣污染事故，還有國內(nèi)一些工廠爆炸事故等都是因為相關(guān)人員操作不規(guī)范，對相關(guān)規(guī)則不夠了解造成的。因此，在實驗操作中，教師必須要嚴(yán)格要求學(xué)生按照流程進(jìn)行，這對于學(xué)生未來學(xué)習(xí)發(fā)展大有裨益?；瘜W(xué)工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，越來越凸顯它的重要性。例如，學(xué)生在進(jìn)行綠色有機(jī)化學(xué)實驗蒸餾和沸點的測定時會生成蒸餾酒精，可以將其保存留作后續(xù)實驗用乙醇。有機(jī)實驗后成分復(fù)雜的有機(jī)混合液作為專業(yè)實驗精餾的原料，2~3人實驗組在進(jìn)行實驗之前要先對原料的成分進(jìn)行分析，計算出原料的相對揮發(fā)度，綜合考量一系列因素以后再制定實驗方案，并將方案交給指導(dǎo)老師審核，審核通過后開展實驗。串聯(lián)實驗不僅節(jié)約了藥品，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。雖然已經(jīng)盡量保證了實驗過程的綠色化，但是在實驗過程中還是可能會產(chǎn)生一些無法處理的“三廢”，這些產(chǎn)物對于化工專業(yè)來說沒有絲毫用處，但卻可以用作環(huán)境工程專業(yè)的實驗原料，他們可以用這些廢物來進(jìn)行創(chuàng)新性實驗，這樣不僅處理了廢物，還為其他專業(yè)的同學(xué)提供了幫助，培養(yǎng)了學(xué)生的跨領(lǐng)域知識融通能力。經(jīng)過十多年的研究和探索，綠色過程工程可作為實驗化學(xué)家開發(fā)和評估一個生產(chǎn)過程、一條合成路線、一個化合物是不是綠色的指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)。綠色過程工程的教學(xué)是高校每一位教師的責(zé)任，也是社會每個人義不容辭的責(zé)任。在理工科高校建立綠色過程工程與綠色化學(xué)教學(xué)體系，將其基本原理、科學(xué)思想、綠色化學(xué)技術(shù)及工藝、綠色過程設(shè)備等內(nèi)容融入化學(xué)和過程工程類專業(yè)的課程體系中，深入地滲透到每個學(xué)生的頭腦中，將會極大促進(jìn)理工科大學(xué)的教學(xué)改革，為世界的“綠色增長”做出貢獻(xiàn)。

4結(jié)語

綠色化學(xué)理念在我國起步晚，近些年，綠色化學(xué)理念在我國各大高?；瘜W(xué)工程教育領(lǐng)域中已經(jīng)得到了應(yīng)用，取得了很大成效，但同時，綠色化學(xué)教育在我國還處于發(fā)展階段，想要真正將綠色化學(xué)理念滲透到化學(xué)工程的各個環(huán)節(jié)之中，真正將綠色化學(xué)理念刻入學(xué)生腦海，還有很長一段路要走。從幾個方面對此進(jìn)行了分析，首先對綠色化學(xué)理念相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析，之后分析了綠色化學(xué)教育的意義，最后提出了在化學(xué)工程與工藝專業(yè)中綠色化學(xué)教育的相關(guān)策略，旨在更好地促進(jìn)我國高素質(zhì)化學(xué)人才培養(yǎng)以及相關(guān)教育的推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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作者:王宇 單位:蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)