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傳統化學工程使用處理工藝對有毒污染物的處理滯后性較強,通常是在污染物產生之后再另外做針對性處理,不僅增加了處理成本,且治標不治本。比如傳統工藝煙氣除塵,雖然凈化了氣體,但是污染物直接轉化為廢渣廢水,還需要另一道工序做清潔處理,無疑工序和成本的增加都使得效果不那么理想。綠色化學工藝的介入,可以直接在生產或排放階段就完成清潔使命,通過化學反應達到預防、控制和消毒污染的目的。
化學原料是化學工程的源頭,原料決定了生產流程和工藝的選擇,綠色工藝的介入可以從源頭上改變原料生產帶來的各類化學污染,同時綠色工藝與化學工程的結合還可高效利用各類自然資源,實現深度開發利用,兼顧無污染、節能、環保的生產方式必然會掀起一輪新的工業革命。綠色原料的典型開發應用比如甘蔗渣、稻草、麥稈以及木屑、樹枝、蘆葦等可加工成為酮類、酸類與醇類化學品。
在化學反應中使用選擇性高的試劑也是綠色工藝應用的一個途徑。以石油化工為例,生產過程中烴類選擇性氧化反應較為普遍,作為一種強方熱性反應,具有生成物不穩定、易進一步氧化等特征,所以,催化反應中此反應并非最佳選擇,生成物的不穩定也不利于提取最終產物,所以,為改善這種情況,使用選擇性高的試劑是最佳途徑。如此一來,不僅可以降低成本,節約資源,還能夠降低分離產品的難度提升純度,無疑實現了提升效益和減少污染的雙贏,所以,綠色化學工程在這方面的研究實踐也非常熱門。隨著越來越多的化學反應被應用到工業生產中,催化劑對提升反應速率效果顯著,所以目前化學工藝領域積極研究無毒無害的高效催化劑成為主流發展方向不一,不僅有利于工業的發展,對于推動化學分子深入研究也有助益,分子篩催化劑和烷基化固相催化劑就是其中較為典型的代表。
2。綠色化學工程工藝應用
分析綠色化學工藝是實現節能減排的重要途徑,對綠色工藝的重視與開發也彰顯了當前世界范圍內節能減排的重要性。長達兩百余年的工業化路程,使得人類活動對自然資源環境的危害越來越大,尤其中國作為當前世界最大的工業國,“三廢”問題十分突出,PM2。5問題也成為了懸在人們頭上的一把利劍,將資源枯竭、環境污染、生態失衡、人口問題等推到了臺前更加顯著的位置。大型化工企業作為與人們生存發展息息相關的企業,石油化工與煤炭除去提供能源之外,還提供多種衍生化工產品為人們衣食住行服務,生產過程中產生的廢水廢渣廢氣、消耗的大量原材料都警示著當前必須積極發展綠色化工工藝,以達到節能減排、實現可持續發展的目的。就目前而言,節能減排的實現途徑主要以下幾種:研發新科技、新工藝全過程控制污染;利用先進清潔工藝從源頭控制污染;利用技術和工藝創新打造可循環綠色生態產業鏈;發展循環經濟等。綠色化學工程與工藝作為節能減排目標得以實現的重要保障,廣泛應用于多個領域,就目前來說,主要以三種表現為主,分別是清潔生產技術、生物技術的應用及生產環境友好型產品。
綠色化學工程與工藝使用生物技術服務可再生能源的合成,像有機化合物原料的應用經歷了從動植物到石油煤炭的發展過程,現如今已經開始廣泛應用各類再合成的有機化合物。在綠色化工中,所使用的催化劑多以工業酶和自然界中存在的酶,酶與其他化學催化劑相比,具有反應條件溫和、生成物優良、污染少等優勢,對于當前化工領域而言,生物酶的利用和研發就成為了綠色化工的重要發展方向。像丙烯酰胺的制備,最早使用丙烯晴,在環城生物酶催化后,不僅能耗與成本大幅度減低,且反應完全無副產物,對工業生產而言有多重積極意義。
除此之外,綠色化工工藝還廣泛應用于生產環境友好型產品領域,生活中有眾多具體應用實例。比如空調制冷多使用氟利昂,會造成臭氧層空洞、紫外線增多、溫度升高,目前正積極尋求替代品且朝著低能耗方向發展,無磷洗衣粉減少對河流水域污染和人體健康的危害,可降解塑造制品對土地、水源危害都將進一步減輕,清潔汽油的使用可對大氣污染降低,以上種種嘗試都說明了在生產環境友好型產品領域,綠色化工工藝所發揮的積極作用。尤其是近年來無污染汽油的研發與應用,像低硫柴油、乙醇、二甲醚等,不僅經濟環保,發展前景好,且制備生產對自然資源的消耗、對環境的危害都不斷降低,證實了綠色工程化工應用的優越性。
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關鍵詞: 本科畢業論文指導 實驗員 化工化學類畢業論文實驗 角色轉變
本科畢業論文是本科生教育的一個綜合性科學實踐教學環節,也是學生在校學習期間學習成果的綜合性總結,是整個教學活動中不可缺少的重要環節。對理工科尤其是化學化工學科而言,畢業論文實驗又是畢業論文工作的一個重要內容,它是培養學生綜合運用所學知識和技能,理論聯系實際,獨立分析,解決實際問題的能力,以及訓練專業科學研究思維與方法的重要環節[1]。
化學化工類畢業論文實驗是一種綜合性的設計實驗,不同于單學科實驗。在整個實驗過程中,理論知識和實驗內容、方法往往涉及多個學科,需要學生把所學知識有機地結合起來,才能很好地理解、掌握,這樣就對論文指導提出了更高的要求[2]。然而,隨著高校辦學規模的擴大,招生人數的增加,畢業論文指導老師本來就有比較繁重的本科生、研究生教學與科研任務,有限的精力使得他們對畢業生實驗的指導和管理經常不能到位,“帶而不管、管而不力”的現象時有發生[3]。而且,學生還有可能因為實驗室條件以及儀器、藥品、耗材等不能到位,對實驗過程拖拖拉拉,學生的僥幸心理、畏難情緒等也會影響學生畢業論文的質量。此外,當前畢業論文指導工作量的分配問題,勢必會影響實驗員的工作積極性,不利于畢業論文實驗的順利開展。因此,在畢業論文完成過程中,如何定位實驗員的角色,發揮他們在實驗室工作的優勢,更好地服務本科畢業論文,提高畢業論文和人才培養質量,也將成為畢業論文教學改革研究的話題。以下就本科畢業論文指導中實驗員所扮演的角色進行探討。
1.做好實驗資源規劃師,實現實驗資源合理利用和資源共享
近年來隨著招生規模的擴大,畢業論文完成期間,進入實驗室開展實驗的學生人數相應增加,勢必會造成實驗室用房和儀器設備以及藥品耗材等的緊張。因此,實驗室管理人員,必須統籌規劃,做好一名規劃師,使實驗室資源利用最大化,優勢資源有效共享,保障學生畢業論文實驗的正常開展。
(1)實驗室用房。
我院學生畢業論文實驗,一般安排在專業實驗室。根據每個指導老師所帶學生人數,合理分配實驗室用房,有研究生用房的指導老師,會根據要求,少提供用房面積或者不提供。我院應用化學系每年拿出4個120m2的專業實驗室供學生開展畢業論文實驗,有效地保障了每個進入實驗室開展論文實驗的學生都有自己的“一畝三分地”,這樣就能很好地解決實驗室用房問題。
(2)實驗室儀器設備、藥品及耗材。
①實驗室公用設備:例如電子天平、氣流干燥器、超聲波清洗器等,每個實驗室提供一套;而干燥箱、冰箱等則放在專門的干燥實驗室和冷凍實驗室供學生使用。
②實驗所需器材、藥品等:學生在進入實驗室前選題,查閱文獻,統計實驗所需的儀器設備、藥品、耗材等,先由指導老師認真審閱簽字確認,再交實驗室管理人員最終審核,以指導老師為小組登記、領取。對于化學反應中常用的小型儀器,如調壓器、加熱套、磁力攪拌器、水浴鍋,根據指導老師所帶學生人數,統籌安排,保障每三個學生有兩套儀器。對于藥品、耗材,如高分子反應所用的引發劑,以及一些催化劑等,用量較少,而且不易保存,一般一屆畢業生,共用一瓶已經足夠;而耗材,如標簽紙、試紙之類,一般交由指導老師小組統一領取。這樣可有效避免學生“只借不用”,造成資源浪費的現象。
③大型儀器設備:如氣質聯用儀、流變儀、紅外光譜儀等,一般由專門實驗技術人員負責管理,為全校開放,保障優勢資源有效共享。
2.做好實驗全程的“綠化師”,加強和培養學生的環保意識
畢業論文期間,化學專業類學生,大多數都要進入實驗室開展為期3個月左右的實驗。實驗過程中使用的有毒、有害,甚至“三致”物質等,如果進入環境,必定對環境造成污染,對人類造成危害。隨著現代經濟的發展和高校培養人才方式的轉變,化學實驗實現綠色化是化學實驗教學發展的必然趨勢,化學教師更應該具有綠色化學的思想,提倡綠色教育[4]。所以,實驗員在畢業論文全程中,應該做好一名“綠化師”,加強和培養學生的綠色意識,嚴禁把廢氣、廢液、廢渣和廢棄化學品等污染物直接向外界排放[5]。
在畢業論文完成過程中,要實現綠色化學,實驗員首先要從源頭上降低化學污染物的生成。為此,可以采取以下幾方面的措施。
(1)提供微型實驗裝置,開展微量化學實驗。如在有機合成研究課題中,實驗室統一提供成套半微量玻璃儀器實驗裝置。這樣既可以減少化學試劑的用量,降低“三廢”的排放,又可以節約水電以及一些輔助耗材的消耗,降低了實驗成本,并且能使爆炸、燃燒、中毒等事故相應減少,極大地改善實驗環境條件,減少對環境的污染[6]。(2)提供無毒或低毒試劑和溶劑。當學生領用有毒有害試劑開展實驗時,需要指導老師及學生研究討論,考慮更換試劑,實在無法更換的,必須做好防護措施,小心操作,并且對實驗過程中的所有廢棄物回收處理。其次是對“三廢”的有效處理。“三廢”處理,必須分類集中收集,分別處理。盡可能采用廢物回收、以廢治廢的方式,降低成本,提高實驗室污染治理率[7]。如對廢液中有機溶劑尤其是重結晶后的溶劑,可通過蒸餾回收,重復利用;對酸液、堿液可通過實驗室提供的廢液回收裝置,分類集中收集,統一處理。對實驗過程中產生的有毒或有異味的氣體,必須采用密閉式操作或在通風櫥中進行,能吸收的,進行吸收處理。對廢渣,能回收利用的,回收利用,不能回收利用的,必須進行無毒化處理。最后,實驗員還應該經常進入實驗室,督促學生清潔實驗,保持實驗室衛生,培養他們的綠色意識、環保觀念。
3.做好學生實驗的安檢員,保證畢業論文實驗正常安全開展
完成畢業論文是學生自己查閱文獻,確定研究思路和方案,自己搭建實驗裝置,分析和處理實驗結果的過程。在這個過程中,實驗員應該做好一名安檢員,對學生實驗過程中出現的不合理操作,進行適當的引導,對有危險操作步驟的學生多巡視指導,防止事故的發生,保證畢業論文實驗正常安全開展。
作為一名安檢員,實驗員應該對以下兩方面進行監督檢查。第一,在實驗室安全方面。首先應該給學生灌輸安全思想。這方面我們采取在學生進入實驗室前,全體學生集中學習實驗室各種規章制度,開展安全教育,增強學生安全意識。其次是實驗員還應該經常巡查有易燃易爆易腐蝕物以及有污染源的學生。例如,學生在研究混凝土高效減水劑時,用水泥凈漿做性能測試,雖然學生對大量廢渣已經妥善處理,如不加以提醒,忽略了燒杯壁上少量的水泥殘渣,而直接沖洗進入下水道,由于積少成多,也會造成水管堵塞,影響實驗室的正常運轉。最后,實驗員還應對精密貴重儀器以及實驗室的水電、消防器材等加強監管,確保論文實驗正常安全開展。學生在用氣相色譜開展檢測分析時,應從載氣鋼瓶、減壓閥、注射器以及檢測器等多方面給予指導,強調注意事項,并且觀察學生實驗過程,保證操作無誤后,方能離開。第二,檢查學生實驗操作是否規范。論文實驗過程中,由于學生素質有高有低,動手能力有強有弱,難免有操作不規范,而且只追求結果、不注重過程的人,這樣就會給實驗室安全帶來不小隱患。學生在開展有機合成研究時,最容易造成實驗裝置搭建不規范。如在研究有HCl、H2S等有毒有害氣體生成的實驗中,沒有搭接尾氣吸收裝置,這樣既會給環境帶來污染,又會給師生健康帶來危害。第三,在安檢方面,還應該密切關注為學生開放的精密貴重儀器室,重點檢查學生操作情況與水電等,確保儀器安全。
4.做好學生問題的咨詢師,服務引導畢業論文全過程
畢業論文實驗期間,學生總會遇到這樣那樣的問題,而且學生問題覆蓋畢業論文完成的全過程。實驗員是學生進入實驗室后離得最近的人,最有可能成為學生咨詢問題的第一人。因此,實驗員應該做好一名咨詢師,服務引導,幫助解決論文中遇到的問題。例如,學生需要查找實驗過程中的一個小步驟、藥品性質;儀器不會使用,出了問題;實驗過程中缺東少西,等等,這些情況學生一般都會找到實驗員,要求幫助解決。在解決問題期間,實驗員辦公室成為服務學生的場所,實驗室的辦公電腦成為公用電腦,實驗員成為全體學生的輔導老師。在為學生服務的過程中,實驗員應充分體現優良的“敬業、獻身、奉獻、負責”的教育精神。
要成為一名優秀的咨詢師,實驗員必須加強學習,自我提高。實驗員除了具備基本的人文社科素質之外[8],還應該具備文獻資料查閱、儀器設備維修、結果分析處理、計算機運用以及實驗操作技能等方面的能力,真正成為一名綜合型、多能力的“通才”。例如,學生在用TU-1901紫外可見分光光度計對實驗結果進行分析測試時,儀器初始化失敗,并且出現氘燈、鎢燈能量低等情形,這時,學生就會第一時間找到實驗員,并且表現出束手無策的樣子。其實,實驗員只需打開機箱底座,松開光柵驅動輪,用手轉動進行調整,再重新開機,儀器就能恢復正常。幫助學生解決問題的過程,其實就是實驗員自我提高的過程,同時也是學生進入社會前進一步學習的過程。
總之,實驗員在學生完成畢業論文的過程中,扮演的角色是多方面的。實驗員必須正確認識自己,不斷加強學習,提高自己各方面的素質,勇于承擔起多重角色,發揮在實驗室工作的優勢,積極工作,樂于奉獻,更好地服務于學生,才能真正為提高本科畢業論文和人才培養質量貢獻出自己的力量。
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