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化学实验本科论文范文 中学化学实验废弃物的绿色化处理

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摘要:在中学化学实验教学中,有些废液、废气、废渣未经任何处理就直接排放到环境中,对环境造成了不小的破坏。因此,对化学实验废弃物进行绿色化处理显得尤为重要。本文将从实验的末端处理入手,探讨中学化学实验废弃物的绿色化处理。

关键词:中学化学;实验废弃物;绿色化处理

化学实验是化学教学的重要组成部分,通过实验教学,学生可以获取所需的知识和技能。然而,有些学校未经处理就将化学实验产生的废弃物直接排放,对我们赖以生存的环境造成了一定污染。近年来,随着人们环境保护意识的逐渐提高,化学实验的环境污染问题也越来越被人们所重视。新修订的《高中化学课程标准》中提到:高中化学课程“有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度,更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系、树立可持续发展的思想”[1],并且还设立了“实验化学”的模块,在这个课程模块中增加了定量实验和化学实验设计的有关内容,并介绍了现代化学实验技术、绿色化学的基本思想,对学生的环境保护意识的形成非常重视。“绿色化学”是为了适应社会可持续发展要求而提出的一种全新理念,是人类与自然和谐的化学,化学实验绿色化不仅是环境保护的需要,而且是社会发展的需要,也是现代化学发展的需要。

绿色化学又称环境友好化学,是用化学的技术方法去减少或消除对人类健康、生态环境有害的原料、溶剂、试剂、催化剂、产物、副产物等的使用和产生、其终极理想在于不再使用有毒有害的物质、不再产生废物、不再处理废物。[2]

化学实验所产生“三废”(废液、废气、废渣)中含有多种有毒、有害物质,如果随意丢弃,不妥善处理,将会对环境造成污染,也会造成一定的资源浪费。作为化学教师,我们不仅要教学生知识与技能,还要教学生保护环境的思想,尽可能减少或消除实验对环境所造成的危害,使化学实验绿色化。

(一)废液处理

中学化学实验室排放的废液主要有酸碱废液,含重金属离子的废液以及有机废液等,这些废液对环境的污染都比较大,若随意排放,使之进入水体,其有害物质对动植物的生长及人体健康都会造成很大的伤害,应妥善处理。

1、废液处理方法

主要采用直接稀释、化学处理和回收利用等方法来处理废液。

(1)直接稀释法

适用于浓度较低的酸碱类废液,如稀盐酸,稀硫酸,低浓度的氢氧化钠等废酸废碱用水直接稀释至较低浓度时即可排放。

(2)化学处理法

适用于含剧毒或强腐蚀性的废液,这些废液直接排放对环境的危害相当大,我们可以使这些废液发生化学反应,生成无毒害或者毒性较小的物质再排放,如无机废酸、废碱的处理,废酸用碱中和,废碱用酸中和至中性即可排放。

(3)回收利用法

对有机废液和高浓度酸碱废液的处理多采用回收利用的方法,如无水乙醇的回收可用蒸馏回收的方法。

2、几种废液具体处理方法

(1)酸性废液、碱性废液的处理方法

多采用酸碱中和法,直接稀释法和回收利用法。实验室产生的无回收价值的低浓度酸碱废液,应进行酸碱中和生成无毒性的盐类溶液,然后再排放,中和后的酸、碱废液pH范围在6.5-8.5后就可排放。对于浓度较低的酸碱性溶液,用水稀释到允许的范围内可直接排放。而高浓度的酸碱废液,要重复利用,回收利用。

(2)几种金属离子废液处理方法

① 含汞离子废液处理

汞有剧毒,汞或汞的化合物接触到人体皮肤会引起汞中毒,金属汞还会在人体内长期积累,给人体健康带来危害(如水俣病)。中学化学实验室汞离子的来源主要是一些打破的水银温度计和一些含汞离子废液。若水银温度计打碎,水银掉落地上时,可在汞上面用一些多硫化钠溶液覆盖,过一段时间(大概10h)后用水冲洗(用硫磺与硫化钠水溶液按1∶1物质的量之比混合,加热回流使硫磺溶解,即可制成多硫化钠)。

处理含汞离子废液流程:首先,将含汞离子废液pH调至8-10,加过量Na2S,生成HgS共沉淀,并加入FeSO4和过量S2-生成FeS沉淀,从而吸附HgS共沉淀,静置,分离,再离心过滤,清液中含汞量降到2.02mg/L以下方可排放。少量残渣可埋于地下,但要注意操作一定要在通风橱内进行。[3]

② 含银离子废液处理

中学化学实验室里的含银离子废液,主要来自银镜反应。实验室产生的含银离子废液中银的存在形式主要是以AgCl沉淀为主,对AgCl沉淀可用锌还原法来处理,若不是以沉淀形式存在的废液,可把银离子转化成AgCl沉淀后再用锌还原法处理。锌还原法处理含银离子的原理流程:含银离子废液→氯化银沉淀→干燥→加入氨水和锌片→搅拌溶解→静置(约5 h)→银晶体析出→用水冲洗银晶体→剩余锌片用6 mol/L硝酸溶液溶解→过滤使溶液与银分离→用水稀释滤液→锌片继续回收剩余银。

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③ 含锌、铜、铅、锰等重金属离子的废液,最有效的办法是,在碱性条件下(pH8-10),在重金属离子废液中加入Na2S使之变成硫化物沉淀,静置分离后,将溶液pH调节至6-8后排放,少量残渣可埋于地下。

(3)有机溶剂处理

由于不同有机物的沸点不同,使用过的同类有机溶剂集中后,经重新蒸馏后可回收重复使用。有机溶剂一般要经分液漏斗洗涤、干燥后蒸馏回收。如无水乙醇的回收,可加入氯化钙后回流,使水分与氯化钙结合后再进行蒸馏,即可得到无水乙醇。

(4)其他废液

其他废液如清洗试管,烧杯,容量瓶等等实验仪器的废液,经过大量的水冲洗后,废液的浓度非常小,直接排放到环境中也不会造成很大的危害,污染几乎可忽略不计,故可直接排放。

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(二)废气处理

1、废气对空气的污染

影响空气的废气污染有实验室使用的有机溶剂、挥发性试剂的挥发和实验过程产生的有害气体等。种类繁多,成分复杂,如果不加强实验室的空气污染防治措施,对实验人员的身体健康和实验设备的使用寿命都会产生一定的影响,而且还会造成空气污染。如H2S、HCl、NH3、SO2、溴气等为刺激性,吸入人体,会引起呼吸道疾病,还会刺激眼角膜,严重时可导致眼睛失明;CO为窒息性气体,吸入一定量时会造 缺氧,严重时会使人窒息死亡;SO2和NO2等酸性气体在空气中的富集会形成酸雨,腐蚀建筑物,阻碍植物的生长和发育,破坏生态系统中营养元素的循环,另外,酸雨还会使湖泊酸化,造成鱼类等死亡。一些温室气体(CO2和CH4等)的大量排放,使全球气侯变暖,生态平衡遭到破坏。

2、减少实验室的空气污染方法

(1)合理设计实验

对于易产生有害气体和使用挥发试剂的实验,尽量不在中学实验教学中安排,因为中学生的实验技能较差,自身防护能力和知识较少,容易产生危险,应该根据中学生现有的知识水平来设计实验。

(2)加强实验室的通风

在建造实验室时,应设置合理的门窗大小和位置,使实验室形成良好的通风环境。对于具有强挥发性和有有毒气体释放的实验都应该在通风橱中完成,做有挥发性试剂的实验和经常使用化学试剂的实验室,更应安装排风设施,以确保实验过程中产生的一些挥发性气体不在实验室中聚集。

(3)合理处理实验排放的有害气体

实验产生的有害气体不能直接排放到空气中,以防止污染环境,应根据其性质进行处理,如采用吸收法,将废气中的有害物质吸收于吸收剂中,使气体得到净化,如用碱液吸收CO2、SO2,用酸液吸收氨等。

(4)避免在有人员工作的实验室内存放大量易挥发试剂、溶剂

易挥发试剂由于它本身具有易挥发的特性,若没有密封好,那些溶剂、试剂就会挥发出来,若是在经常有人活动的地方,吸入这些气体会对身体产生危害,所以应该按试剂的存放标准在特定场所保存那些易挥发试剂和溶剂。

(三)固体废弃物的处理

实验室产生的固体废弃物包括实验后多余的固体原料、反应生成的固体产物和过期的固体化学药品以及破损的实验器皿等。这些固体废弃物成分复杂、浓度高,如果随意丢弃在垃圾堆中,经过日晒雨淋,其中的有害成分很容易渗入土壤,导致土壤和地下水污染,这些固体废弃物还会随雨水进入水体,造成水污染,农作物吸收这些污染过的水后,也会被污染,进而危害人体健康。将其回收利用,既可创造物质财富,又可减轻污染,因此,对化学实验室产生的固体废弃物进行回收,开展综合利用,变废为宝,化害为利,消除污染,也是保护环境的一项重要措施。减少固体废弃物的几项措施:

1、固体药品废弃物

实验室会产生许多过期的实验固体药品,这些固体药品废弃物种类复杂,有些可能含有剧毒,对人体健康和自然环境都有威胁,因此不能随意丢弃,无论多少一律分类回收,可以重复利用的尽量重复利用。

2、破损玻璃仪器和玻璃药瓶

可回收利用的可按以下方式进行回收,不可回收利用的集中交往废品收集站。

(1)支管破损的支管烧瓶[4]

若支管烧瓶的支管破损但是没有完全脱落,可以用一支宽度比瓶颈稍微小一些,长度比瓶颈大的木棒,待支管完全软化后,将木棒插入瓶颈内,并迅速往木板上按压,重复多次,直到支管平整封合后即可作为普通烧瓶使用。若支管烧瓶的支管完全脱落,切割支管口上部瓶颈,经圆口光滑处理后可做为短颈烧瓶。

(2) 破损试管

看试管破损的程度,若只是口部或底部破损,可以用玻璃刀将试管破损的地方截去,即可制成双通反应管或短试管后再利用,充分利用了资源。

(3)玻璃药品包装瓶

玻璃药瓶有100, 500, 2500 ml的不同容量,药品用完后,我们往往就把玻璃药品当作废品丢弃了,十分可惜,考虑到药瓶的规格容量都是确定的,我们可把药瓶洗净,然后计算出在一定容量下配制某溶液所需的原料量,在洗净的废旧玻璃药瓶上将这些原料量用标签表示出来,这样在配置药品时,每次只需把原料按计算好的量称取后加入药瓶中,再向瓶中加入蒸馏水至瓶满即可。这样不仅再利用了玻璃药品包装瓶,并且减少了配置药品的时间,从而加快了药品的配制速度,达到事半功倍的效果。

环境问题已经成为当今社会人类所面临的巨大挑战,保护环境是我们每个人不可推卸的责任,绿色化学是人类和自然和谐的化学,也是化学教育工作者必须掌握的全新理念。教师在实验教学中不仅要教给学生知识和技能,还要渗透绿色化学知识,对学生进行环境保护教育,让每个学生都具有科学的环保意识,妥善对实验过程中产生的废弃物进行绿色化处理,减少实验室污染,树立可持续发展的思想。

参考资料:

[1]经济学视角看电子废弃物回收制度实施的困境完善

[2]经济学视角看电子废弃物回收制度实施的困境完善

[3]我国废弃物物流状况产业化运作

优秀点评

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