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關(guān)鍵詞: 化學(xué)工程;綠色科技;環(huán)境保護(hù);綠色化學(xué)
1 綠色科技促使溫室氣體排放量減少
我們所謂的溫室氣體,主要指的就是二氧化碳。無論是以往的科技革命和工業(yè)革命之前的生產(chǎn),還是現(xiàn)階段科技含量高,日趨現(xiàn)代化、國(guó)際化的社會(huì)化大生產(chǎn),這些工廠每年要向大氣排放數(shù)萬甚至數(shù)十萬噸的二氧化碳[1]。這些二氧化碳?xì)怏w的排放,成為了造成全球性的溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?。而在?yīng)對(duì)氣候變化的法律法規(guī)出臺(tái)之前的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi),造成這一現(xiàn)象的那些工廠卻不用為溫室效應(yīng)負(fù)擔(dān)任何一點(diǎn)費(fèi)用。
現(xiàn)在這一狀況已經(jīng)得到了明顯的改善,許多化工企業(yè)正積極的開發(fā)和利用新的科學(xué)技術(shù),來達(dá)到減少二氧化碳排放量的目的。甚至有一些企業(yè)將二氧化碳作為化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一種原材料來使用。例如,有的化工企業(yè)將其他化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w作為一種原材料來生產(chǎn)尿素。僅這一種工藝,就可以使該企業(yè)的每年的二氧化碳?xì)怏w排放量減少數(shù)十萬噸。
2 海水淡化工程的預(yù)處理過程中運(yùn)用綠色科技
每個(gè)人的生活都不能離開水,水對(duì)于每個(gè)人的生命和整個(gè)社會(huì)的發(fā)展而言是絕對(duì)不能缺少的,資源。而這種重要的資源,又具有這有限性、不可再生性等特點(diǎn)。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,淡水的危機(jī)成為了世界性的環(huán)境難題。而我們中國(guó),又是世界上最缺乏淡水資源的國(guó)家之一。因此,海水淡化技術(shù)的應(yīng)用,就成了緩解我國(guó)淡水資源匱乏現(xiàn)狀的一種有效的途徑。隨著近年來科技的快速發(fā)展,海水淡化所必須的成本也在逐漸的趨于大眾化,使這一技術(shù)不再是那些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家才使用的起得奢侈的技術(shù)。許多發(fā)展中國(guó)家也引進(jìn)并采用了這一技術(shù)。
海水淡化技術(shù)指的就是一種利用物理上的或者化學(xué)上的方法將海水里面的鹽和水進(jìn)行分離的技術(shù)。在進(jìn)行海水淡化技術(shù)的預(yù)處理進(jìn)程中,任何影響環(huán)境狀況的不良影響都沒有產(chǎn)生。并且在獲取海水資源的過程中,并沒有繼續(xù)對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成傷害。我們的黨所提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的思想,就是指要在滿足自身生存發(fā)展的需要的同時(shí),為子孫后代留下了可以繼續(xù)發(fā)展的環(huán)境狀況。因此,將綠色的化學(xué)工藝運(yùn)用于海水淡化的過程中的這一舉措至關(guān)重要。因此,將綠色的科學(xué)理念與化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程聯(lián)系在一起,便成為了現(xiàn)代世界化的化工生產(chǎn)中的主要方向之一。在海水淡化構(gòu)成的預(yù)處理過程中產(chǎn)生了一些氫氧化鎂,成為了環(huán)保領(lǐng)域新的寵兒,這種物質(zhì)具有成本低廉,工藝簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生二次污染,處理效果良好的特點(diǎn),具有非常廣闊的發(fā)展前景。
3 綠色化學(xué)技術(shù)在我國(guó)傳統(tǒng)香精香料工業(yè)中的應(yīng)用
在日?;瘜W(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)中,香精香料是不可缺少的添加劑之一。我國(guó)的香精香料產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的出口,是我國(guó)進(jìn)出口貿(mào)易的一項(xiàng)重要組成部分。但是由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響逐漸加深,及全球性經(jīng)濟(jì)蕭條的狀況逐漸加劇,我國(guó)的香精香料出口產(chǎn)業(yè)收到了很大的打擊,產(chǎn)品訂單大幅度減少。
在深入地調(diào)查我國(guó)香精香料產(chǎn)品出口訂單銳減現(xiàn)象的原因之后,不難發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品中有害雜質(zhì)含量超標(biāo),是其真正并且主要的原因。造成有害雜質(zhì)含量超標(biāo)的原因則在于生產(chǎn)工藝方面的缺陷。例如提取原料的成分在產(chǎn)品中有殘留以及包裝材料的使用不當(dāng)?shù)仍?。其中,提取原料的成分在產(chǎn)品中的殘留的問題,可以通過研究和開發(fā)新的提取技術(shù)來改變。包裝材料使用不當(dāng)?shù)膯栴},則應(yīng)通過加強(qiáng)企業(yè)和工廠的監(jiān)管力度,督促生產(chǎn)商家和企業(yè)反復(fù)試驗(yàn),選取符合有害雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)的外包裝物等方法來改善。還要牢牢掌握我國(guó)香精香料產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)方面,不斷加強(qiáng)新技術(shù)的研究和其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用,才能夠滿足生產(chǎn)出高質(zhì)量、低能耗的香精香料產(chǎn)品的要求。
4 綠色化學(xué)使可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略任務(wù)逐步向前推進(jìn)
傳統(tǒng)的化工生產(chǎn),給我們的生活創(chuàng)造了非常豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)和能源。其在對(duì)人類歷史的發(fā)展進(jìn)步的工程中所做的貢獻(xiàn)是不不忽略的。但是呢,又由于化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原材料和生產(chǎn)過后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質(zhì),這些物質(zhì)又造成了很多環(huán)境污染問題以及生態(tài)平衡的失調(diào)。這樣,就又阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展。新世紀(jì),面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境污染所提出的挑戰(zhàn),可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。
實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,已經(jīng)成為了我國(guó)的一項(xiàng)基本的國(guó)策。作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分的化學(xué)工業(yè),在這一基本國(guó)策的指導(dǎo)之下,最行之有效的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的方法便是綠色化學(xué)的開發(fā)和利用。綠色化學(xué),不單單是指那些對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學(xué)生產(chǎn)過程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價(jià)格平民化的化學(xué)化工技術(shù)的研究以及應(yīng)用。綠色化學(xué)的生產(chǎn)過程只產(chǎn)生非常少量的廢物處理,或者不產(chǎn)生廢物處理。其最主要的特點(diǎn)便是在生產(chǎn)的過程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,盡量不產(chǎn)生污染。有利于化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這一道路的切實(shí)執(zhí)行。
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說起化學(xué),我覺得就不得不要提一提我們賴以生存的環(huán)境了,如今科技發(fā)達(dá),為滿人欲,各類各式的物品更是層出不窮,有的是大自然的“復(fù)制品”,有的是我們雙手創(chuàng)出出來的,但是人類發(fā)明了它,卻又不知道如何分解它,以至于垃圾中絕大多數(shù)的化學(xué)垃圾不知如何處理,它們正在一步一步的侵蝕我們的家園、占領(lǐng)我們的土地,填埋?焚燒?似乎都不對(duì),終究不是長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì),解決不了根本問題。
從工業(yè)時(shí)代到如今的信息化時(shí)代,化學(xué)已經(jīng)不再是學(xué)者們的專利了,它已經(jīng)深入到我們尋常百姓的生活之中了,它無時(shí)無刻不出現(xiàn)在我們身邊,例如,書桌上的油漆、更耐用的合金、耐磨輕便的跑鞋,幾乎無處不在。確實(shí),化學(xué)給我們帶來了很多便利,但是,同時(shí)也給我們帶來了一些困擾,那就是這些原來不屬于自然界的物品不知道該歸去何方?由此也滋生了很多環(huán)境問題……
相信在現(xiàn)在信息發(fā)達(dá)的媒體網(wǎng)絡(luò)上我們應(yīng)該都知道很多關(guān)于環(huán)境的“傳聞”了,各類環(huán)境問題已經(jīng)是迫在眉睫,而且是日益突出,采取有效措施去解決它更是刻不容緩。人們常說,從哪里跌倒就從哪里爬起來,雖然說的情況有些不同,但是我想道理還是一樣的,既然我們運(yùn)用化學(xué)技術(shù)為人類創(chuàng)造了那么多的“福利”,那么我們也可以從化學(xué)出發(fā),找到能夠分解這些垃圾的方法。自古以來,人類在大自然中得到、消失,循環(huán)往復(fù),重復(fù)了幾千年,如今我們也應(yīng)該用我們創(chuàng)造新事物的方法去完成這場(chǎng)“循環(huán)”。
“剪不斷,理還亂”,化學(xué)與環(huán)境之間存在著千絲萬縷的關(guān)系,我們依賴自然而生,也倍受化學(xué)的滋潤(rùn),所以讓二者平衡發(fā)展更是我們現(xiàn)在應(yīng)該要去努力實(shí)現(xiàn)的。我們需要化學(xué),但是我們同樣也對(duì)自然有著一顆無比熱愛的心!
人類生存的環(huán)境由自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境(人工環(huán)境)組成。自然環(huán)境是人類生活和生產(chǎn)所必需的自然條件和自然資源的總稱,包括陽光、溫度、氣候、地磁、空氣、水、巖石、土壤、動(dòng)植物、微生物以及地殼的穩(wěn)定性等自然因素,而社會(huì)環(huán)境是在自然環(huán)境的基礎(chǔ)上,人類為了不斷提高物質(zhì)生活和精神生活水平,演變和進(jìn)化而成的人工環(huán)境[1]。所以環(huán)境教育的內(nèi)容十分廣泛,除去自然界外,幾乎涵蓋了人類的一切活動(dòng),而且與時(shí)俱進(jìn),其內(nèi)涵、視角和方法也會(huì)隨之逐漸改變。因此現(xiàn)代公民的環(huán)境教育,絕不應(yīng)當(dāng)僅限于各級(jí)學(xué)校目前所設(shè)立的有關(guān)課程,也非幾門課程的教學(xué)所能涵蓋,同樣具有基礎(chǔ)性、時(shí)代性和選擇性相結(jié)合的特點(diǎn)。為此在解讀課程標(biāo)準(zhǔn)、編寫教材和設(shè)計(jì)教學(xué)方案時(shí),應(yīng)當(dāng)明確在結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)的前提下本課程所應(yīng)達(dá)到的基本要求,盡量避免課程之間內(nèi)容雷同或不必要的重復(fù)、致使教育效率低下等問題。鑒于目前環(huán)境問題比較嚴(yán)峻而且普遍,加以在我國(guó)系統(tǒng)的環(huán)境教育開展較晚,社會(huì)基礎(chǔ)又相對(duì)薄弱的現(xiàn)狀,如何有效地推進(jìn)環(huán)境教育是一個(gè)值得關(guān)注和認(rèn)真研究的問題。
關(guān)于中學(xué)化學(xué)課程中環(huán)境教育的基本要求和知識(shí)要點(diǎn),高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中已有明確的規(guī)定,并建議了部分供參考的活動(dòng)課題。而且在選修模塊―《化學(xué)反應(yīng)原理》中除去過去已有的化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等內(nèi)容之外,又增加了與環(huán)境問題密切相關(guān)的焓和熵函數(shù),以及過程自發(fā)性等概念。如果能夠在實(shí)際教學(xué)中把有關(guān)的基本概念與知識(shí)和環(huán)境教育更好地結(jié)合起來,使得“貼近生活、貼近社會(huì)”的原則,落實(shí)在環(huán)境保護(hù)這個(gè)受到廣大群眾密切關(guān)注的大問題上,將有利于提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性和環(huán)境保護(hù)意識(shí)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)預(yù)期目標(biāo),有幾個(gè)方面的問題值得研究和探討。
1化學(xué)在環(huán)境教育中的作用不可替代
造成環(huán)境污染的原因很多,已為大家所熟知的有:噪聲污染、光污染、熱污染、核污染、電磁輻射污染、強(qiáng)磁污染、微生物污染和化學(xué)物質(zhì)污染等等。污染源并非只有對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。后者雖與化學(xué)密切相關(guān),但是了解什么是化學(xué)污染物、污染過程、它的危害性以及可能采取的環(huán)境保護(hù)措施等,只能是中學(xué)化學(xué)課程的主題之一,并不是中學(xué)化學(xué)課程的全部任務(wù)。中學(xué)化學(xué)教育的任務(wù)和一般性環(huán)境教育的區(qū)別在于,化學(xué)更著重于對(duì)化學(xué)物質(zhì)的普遍了解,并不限于目前已知的與環(huán)境安全有關(guān)的化學(xué)物質(zhì);但是通過基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué),特別是在學(xué)習(xí)了化學(xué)物質(zhì)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)之后,有助于形成對(duì)環(huán)境無害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻ξ镔|(zhì)的可能性及所需條件的認(rèn)識(shí),也有助于增長(zhǎng)將污染物轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)環(huán)境無害物質(zhì)(甚至于成為新的資源或能源)的信心, 而且后者尤為重要。因?yàn)檎J(rèn)識(shí)并且關(guān)注環(huán)境問題的迫切性,雖然是環(huán)境教育的一個(gè)重要方面,建立通過科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展可以逐步解決環(huán)境問題的信心和責(zé)任感,則是環(huán)境教育不可或缺的另一個(gè)重要方面,二者并重,才是完整的環(huán)境教育,從而決定了中學(xué)化學(xué)在環(huán)境教育中的重要性和不可替代性。
2 化學(xué)有助于認(rèn)識(shí)環(huán)境污染物的危害性和它們的動(dòng)態(tài)變化特性
通過基礎(chǔ)化學(xué)的學(xué)習(xí),特別是對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察,可以增強(qiáng)對(duì)有關(guān)污染物的危害性(例如它們的腐蝕性、毒性、窒息性、能使蛋白質(zhì)變性、能通過不飽和多重鍵的氧化導(dǎo)致油脂和藥物變性,以及轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛谥掳┪锏鹊?的認(rèn)識(shí);還可以對(duì)某些原本無害物質(zhì)通過化學(xué)或物理變化轉(zhuǎn)化為有害物質(zhì)(例如矽肺、氟利昂、生活垃圾在不完全焚燒條件下生成的二英和苯并芘、某些合金制品因腐蝕生成的有毒重金屬離子等)的一般途徑有所了解,并輔以不同程度的理性認(rèn)識(shí)。建立了元素論概念之后,由元素的“不變性”來理解有害元素在環(huán)境中的可遷移性和在生物體內(nèi)形成積累的可能性。這些化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),將有助于增進(jìn)對(duì)防治環(huán)境污染的措施和治理方案的科學(xué)依據(jù)的了解。
其次,化學(xué)物質(zhì)是否可能成為環(huán)境污染物不僅決定于它的基本性質(zhì),還決定于它的存在形式和濃度。污染物的防治可以和化學(xué)有關(guān),也可以和化學(xué)無關(guān)。但是其源頭的發(fā)現(xiàn)或推定以及對(duì)處理后新生廢棄物的預(yù)見和評(píng)價(jià),卻與化學(xué)關(guān)系密切。例如在考慮和探究人為污染過程和環(huán)境自凈過程的速率是否匹配的問題中,過程速率和影響因素是一個(gè)核心概念。
3 化學(xué)有助于形成廢棄物不廢的觀念
在學(xué)習(xí)了與熱力學(xué)有關(guān)的基本概念之后,通過熱化學(xué)計(jì)算可以看到,所有物質(zhì),包括一切廢棄物,如廢棄塑料、廢棄金屬、冶金熔渣、生活垃圾甚至于鍋爐廢氣等等,不僅可以成為新物質(zhì)組成中原料元素的來源,而且通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)它們都可能釋放能量,甚至成為新的能源。例如高爐煤氣、焚燒垃圾發(fā)電、沼氣等已為大家所熟知并已進(jìn)入人們的生活,以地溝油為原料制造生物柴油的技術(shù)正在開發(fā)之中。所以從化學(xué)的視角來看,應(yīng)當(dāng)不承認(rèn)有絕對(duì)意義的廢棄物[2]!所謂廢棄,無非是原來認(rèn)為有用物質(zhì)的組成元素改變了、分散了或者重新組合成了“無用物質(zhì)”而已。只要能夠開發(fā)出使它們?cè)俅谓M合成為所謂“有用物質(zhì)”的新工藝,就像糖類(包括纖維素在內(nèi))代謝生成的CO2和H2O能夠被綠色植物通過光合作用把它們重新轉(zhuǎn)化為葡萄糖和纖維素那樣,就可以實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”的理想目標(biāo)。
4 化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染過程具有自發(fā)性
由大量微粒所組成熱力學(xué)體系,自發(fā)性過程的方向可以由體系的始態(tài)與終態(tài)間提供有效功能力的差別和微粒分布情況的差別來判定(即所謂自由能判據(jù)和熵判據(jù))。一般認(rèn)為,功源自微粒的有序運(yùn)動(dòng),而熵函數(shù)則和微粒分布的無序性相關(guān),也就是通常所說的與“混亂程度”相關(guān)。如果把兩種或多種氣體放入同一個(gè)密閉容器中,它們將會(huì)自動(dòng)混合,直至容器中任意選取的兩個(gè)或多個(gè)空間中的氣體混合物組成和分布情況完全一樣為止(此處指的是整個(gè)體系的“狀態(tài)”,實(shí)際上每個(gè)氣體微粒的空間位置仍在不停地變化)。如果沒有外界的干擾,這種狀態(tài)將一直保持下去。物理學(xué)把這種現(xiàn)象歸結(jié)為“熵增原理”。類似的現(xiàn)象在混合兩種濃度不同的溶液、混合幾種不同的溶液或壓強(qiáng)不同的氣體時(shí)都可以觀察到,說明這是自然界普遍存在的一類自發(fā)過程。熵不過是用來描述和判斷這類過程的一個(gè)物理量。微粒的混合、壓強(qiáng)或濃度差別通過微粒的自動(dòng)擴(kuò)散過程而消失都具有自發(fā)性,亦即都是熵增過程。
簡(jiǎn)單的例子有配制溶液、熔煉合金、半導(dǎo)體材料摻雜等過程中體系內(nèi)組分的自動(dòng)均一化過程都屬于熵增過程[注], 亦即都具有自發(fā)性。結(jié)合環(huán)境污染問題時(shí),我們就可以發(fā)現(xiàn),原來與環(huán)境污染有關(guān)的物質(zhì)屬于化學(xué)物質(zhì),但是造成環(huán)境污染的過程卻是具有自發(fā)性的物理過程!對(duì)大氣污染和水源污染過程所具有的自發(fā)性有所認(rèn)識(shí)之后就會(huì)想到,隔絕氣體污染物和大氣,或者防止可溶性污染物或污水進(jìn)入水源,才是防止環(huán)境污染的最有力的措施。當(dāng)我們?cè)谏钪?特別是在實(shí)驗(yàn)中,通過溶質(zhì)溶入溶劑的自發(fā)性和從溶液中回收某種溶質(zhì)(如粗鹽提純)時(shí)往往既耗能又費(fèi)時(shí)費(fèi)事的體驗(yàn),將有利于加深某些不良企業(yè)往江、河、湖、海中排放污水行為的嚴(yán)重危害環(huán)境安全的認(rèn)識(shí)。
注: 由熵的定義和它的可加和性,不難推出純凈物a和b混合后熵值將增大的結(jié)論。即有:ΔSmix=-R(nalnχa+nblnχb)>0 。式中χi表示i在混合物組成中的分率,因?yàn)椤痞謎=1,所以lnχi
5 建立污染物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害時(shí)需要達(dá)到臨界濃度的觀念
在研究或認(rèn)識(shí)環(huán)境污染問題時(shí),除去上面討論過的污染物的變與不變、污染過程是否自發(fā)外,還應(yīng)當(dāng)建立起污染物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染效應(yīng)時(shí)所需臨界濃度的概念。因?yàn)槲廴臼且环N宏觀現(xiàn)象,中學(xué)化學(xué)的教學(xué)應(yīng)當(dāng)幫助學(xué)生建立這個(gè)概念。初中化學(xué)在介紹燃燒現(xiàn)象時(shí)所列舉的三個(gè)基本條件中,易燃物的著火溫度以及空氣中氧的濃度,實(shí)際上已經(jīng)隱含著實(shí)現(xiàn)燃燒過程時(shí)體系溫度和助燃物氧的濃度必須分別達(dá)到某個(gè)臨界值的要求;在介紹pH和指示劑的變色范圍以及各種可燃?xì)怏w與空氣的混合物形成易爆混合物時(shí)比率的上下限等,只要加以引導(dǎo),都可以形成臨界濃度或臨界值的概念。高中化學(xué)課程中涉及的濃度對(duì)反應(yīng)速率、反應(yīng)產(chǎn)物、可逆反應(yīng)的平衡狀態(tài)、化學(xué)物質(zhì)的活潑性、反應(yīng)產(chǎn)物的組成顏色甚至晶型等的影響,不僅是化學(xué)學(xué)科的基本概念,對(duì)于涉及物質(zhì)性質(zhì)和變化的一切領(lǐng)域,包括環(huán)境科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域,同樣是必需的基本概念。
此外,物質(zhì)體系的分散程度、固態(tài)物質(zhì)的表面狀態(tài)以及催化劑對(duì)物質(zhì)的化學(xué)活性(有時(shí)表現(xiàn)為毒性)的影響, 在課程中均有所涉及,這些知識(shí)和概念在研究和關(guān)注環(huán)境問題時(shí)都非常有用。如果在講述物質(zhì)的分散系時(shí),由分散系的分類和它們穩(wěn)定性的差別來了解沙塵暴、可吸入顆粒物、酸霧等對(duì)環(huán)境和人體健康的影響,更能夠體現(xiàn)聯(lián)系生活和聯(lián)系社會(huì)和學(xué)以致用的原則。
6 簡(jiǎn)單的總結(jié)
(1)環(huán)境保護(hù)和治理措施取決于污染源,化學(xué)物質(zhì)污染只是其中之一,但是最為普遍。
(2)污染物進(jìn)入環(huán)境的過程具有自發(fā)性,所以阻止或減緩過程的最有效措施是使污染物和環(huán)境隔離。這不只限于化學(xué)方法或技術(shù)。
(3)可以把中學(xué)化學(xué)中和環(huán)境教育相關(guān)的核心概念歸結(jié)為三個(gè)層次,即:①元素論。元素是構(gòu)成世界萬物的基石,不因物理或化學(xué)過程而改變;②物質(zhì)的性質(zhì)由其組成、結(jié)構(gòu)和所處環(huán)境決定?;瘜W(xué)變化可以歸結(jié)為源于元素形態(tài)和結(jié)合方式的可變性;③物質(zhì)的宏觀物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)和它們?cè)诮o定體系中的濃度有關(guān),在探討或表述某種污染物對(duì)環(huán)境的影響時(shí),臨界濃度是一個(gè)重要的概念。
(4)目前普遍關(guān)注的環(huán)境問題,主要涉及人類生活質(zhì)量及健康和維持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的問題。但是在青少年的環(huán)境教育中,環(huán)境教育的迫切性不應(yīng)當(dāng)只體現(xiàn)在問題的嚴(yán)重性(例如資源匱乏、淡水面臨枯竭、化石能源即將耗盡等信息)方面,片面地強(qiáng)調(diào)環(huán)境問題的嚴(yán)重性,把地球的未來描繪成“悲慘世界”的做法,有可能對(duì)部分青少年產(chǎn)生誤導(dǎo),致使他們或多或少地萌生無可奈何甚至絕望的心態(tài),從而違背了環(huán)境教育的初衷。通過有關(guān)學(xué)科的教育,從多個(gè)方面幫助青少年在認(rèn)識(shí)到環(huán)境問題、資源問題和能源問題的迫切性的同時(shí),也要幫助它們認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)和社會(huì)進(jìn)步是解決環(huán)境問題的有效途徑,幫助他們對(duì)未來建立起堅(jiān)強(qiáng)的信心。從而使得愛護(hù)環(huán)境和保護(hù)環(huán)境的認(rèn)識(shí)和行動(dòng),不僅限于廢棄物的回收、保持公共環(huán)境的清潔衛(wèi)生、保護(hù)野生動(dòng)物和生態(tài)環(huán)境等,更重要的是結(jié)合對(duì)科學(xué)技術(shù)的正確評(píng)價(jià),提高自己的學(xué)習(xí)興趣和社會(huì)責(zé)任感。
參考文獻(xiàn):
1.結(jié)合教材內(nèi)容進(jìn)行環(huán)境教育,培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。中學(xué)化學(xué)教材中,涉及環(huán)境知識(shí)的內(nèi)容不少,怎樣才能把這些內(nèi)容的教學(xué)與環(huán)境保護(hù)有機(jī)地結(jié)合起來,做到適時(shí)、適當(dāng)呢?在教學(xué)過程中,當(dāng)講到涉及環(huán)保知識(shí)的內(nèi)容。如:水、氧氣、二氧化碳、一氧化碳、氮的氧化物、電鍍、電解、金屬的冶煉、煤、石油等內(nèi)容時(shí),就應(yīng)該及時(shí)向?qū)W生進(jìn)行環(huán)保教育,教學(xué)中強(qiáng)調(diào)環(huán)境與人類生活的密切關(guān)系,使學(xué)生明白,為了不讓環(huán)境污染威脅人類自身的生存,就一定要保護(hù)環(huán)境。在教學(xué)中可適當(dāng)補(bǔ)充一些內(nèi)容,介紹一些實(shí)例來加深印象,拓寬視野。
如初三化學(xué)學(xué)習(xí)水的知識(shí)時(shí),課本介紹了水與人類生存的密切關(guān)系及工業(yè)三廢、生活污水、農(nóng)藥、化肥對(duì)水的污染,在授課時(shí)可列舉一些實(shí)例:使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到保護(hù)環(huán)境的重要意義。比如,我國(guó)已有82%的江河湖泊受到不同程度的污染,2800多千米的河段魚蝦絕跡,遭受“三廢”污染的農(nóng)田面積已達(dá)1.5億畝。長(zhǎng)江全流域的污水排放量以每年3%的速度增長(zhǎng),把長(zhǎng)江的乳汁變成了毒汁?!皟砂对陈曁洳蛔?,輕舟已過萬重山”,這樣的美麗圖景也不再美麗,代替它的是光山禿嶺、沙化帶。通過列舉這些事實(shí)使學(xué)生樹立起強(qiáng)烈的環(huán)境意識(shí):讓我們給水以活路,給萬物生靈以活路,人類才能生存和發(fā)展。我們?cè)僖膊荒転橹约旱呢澙泛鸵靶?,依仗著科學(xué)和技術(shù),肆意掠奪和蹂躪大自然及其生存空間中的其他生靈。當(dāng)然在補(bǔ)充介紹這些內(nèi)容、實(shí)例時(shí),要注意體現(xiàn)常識(shí)性,不要超越學(xué)生的可接受性,要適可而止。
2,結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行環(huán)保教育?;瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,也應(yīng)重視環(huán)保教育,意在培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境“從我做起”,以促使學(xué)生知、情、意、行統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)展?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn),特別是像一氧化碳還原氧化銅,制備硫化氫、二氧化硫、氯氣等氣體。做銅與硝酸、濃硫酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)等,往往毒化教室、實(shí)驗(yàn)室的氣體,直接影響師生健康。我們可將制備過程中多余的氣體或反應(yīng)過程中產(chǎn)生的有毒氣體,通過導(dǎo)管再經(jīng)一個(gè)倒掛漏斗,進(jìn)入相應(yīng)的吸收液(如多余的氯氣通入堿液吸收)。盡可能將有害氣體做化學(xué)處理,以消除或減少有害氣體的排放。另外在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí),也要不斷改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(如用一氧化碳還原氧化銅實(shí)驗(yàn),可將尾氣先通人澄清石灰水,再點(diǎn)燃或循環(huán)使用),這樣不僅節(jié)約了藥品,同時(shí)減少了廢液、廢渣和有害氣體的產(chǎn)生;實(shí)驗(yàn)后的廢液、廢渣盡可能回收利用(如銀鏡反應(yīng)的廢液的回收利用);若不能回收利用的,則應(yīng)倒在規(guī)定的地方。以便清理。在實(shí)驗(yàn)過程中,注重環(huán)保問題,不僅可以大大減少環(huán)境污染,而且能使學(xué)生經(jīng)常地受到直觀的環(huán)境保護(hù)的教育。
3.在課外活動(dòng)中進(jìn)行環(huán)保教育。課堂教學(xué)固然是進(jìn)行環(huán)保教育的重要一環(huán),但形式多樣,豐富多彩的課外活動(dòng)同樣是進(jìn)行環(huán)保教育的理想陣地。我們可以組織學(xué)生進(jìn)行參觀考察(如參觀造紙廠、水泥廠、化工廠,調(diào)查周邊的環(huán)境等),使學(xué)生了解周邊環(huán)境的污染及破壞原因,同時(shí)提出相應(yīng)的整改策略,這樣不僅提高了學(xué)生的環(huán)保意識(shí),也提高了學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐能力和分析、解決實(shí)際問題的能力。另外還可以通過出專欄,辦展覽和小報(bào),聘請(qǐng)環(huán)保部門的專家來校作講座等多種途徑來擴(kuò)大環(huán)保教育的影響,增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。通過以上活動(dòng),使學(xué)生進(jìn)一步了解環(huán)境與發(fā)展的關(guān)系,認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策,進(jìn)一步了解國(guó)家和地方的環(huán)保法規(guī)和政策,,認(rèn)識(shí)到破壞環(huán)境是一種不道德行為,是一種違法行為。
關(guān)鍵詞 環(huán)境化學(xué) 回顧與展望
環(huán)境化學(xué)主要研究化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的存在、轉(zhuǎn)化、行為和效應(yīng)及其控制化學(xué)的原理和方法。它是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)新的重要分支,也是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分。根據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)《自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告》的劃分,環(huán)境化學(xué)的研究主要包括環(huán)境分析化學(xué),大氣、水體和土壤環(huán)境化學(xué),污染生態(tài)化學(xué),污染控制化學(xué)等四部分內(nèi)容[1]。
環(huán)境化學(xué)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段:1970年以前為孕育階段,70年代為形成階段,80年代以后為發(fā)展階段。二次大戰(zhàn)以后至60年代,發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)從恢復(fù)逐步走向高速發(fā)展,由于當(dāng)時(shí)只注意經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而忽視了環(huán)境保護(hù),污染環(huán)境和危害人體健康的事件接連發(fā)生,事實(shí)促使人們開始研究和尋找污染控制途徑,力求人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。60年代初,由于當(dāng)時(shí)有機(jī)氯農(nóng)藥污染的發(fā)現(xiàn),農(nóng)藥中環(huán)境殘留行為的研究就已經(jīng)開始。這個(gè)階段是環(huán)境化學(xué)的孕育階段。到了70年代,為推動(dòng)國(guó)際重大環(huán)境前沿性問題的研究,國(guó)際科聯(lián)1969年成立了環(huán)境問題專門委員會(huì)(SCOPE),1971年出版了第一部專著《全球環(huán)境監(jiān)測(cè)》,隨后,在70年代陸續(xù)出版了一系列與化學(xué)有關(guān)的專著,這些專著在70年代環(huán)境化學(xué)研究和發(fā)展中起了重要作用。
1972年在瑞典斯德歌爾摩召開了聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議,成立了聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署,確立了一系列研究計(jì)劃,相繼建立了全球環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(GEMS)和國(guó)際潛在有毒化學(xué)品登記機(jī)構(gòu)(IRPTC),并促進(jìn)各國(guó)建立相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)結(jié)構(gòu)和學(xué)術(shù)研究結(jié)構(gòu)。應(yīng)該說,這一系列的舉措在人類的環(huán)境保護(hù)事業(yè)中起到了里程碑作用。
80年代全面地開展了對(duì)各主要元素,尤其是生命必需元素的生物地球化學(xué)循環(huán)和各主要元素之間的相互作用,人類活動(dòng)對(duì)這些循環(huán)產(chǎn)生的干擾和影響,以及對(duì)這些循環(huán)有重大影響的種種因素的研究;重視了化學(xué)品安全性評(píng)價(jià);開展了全球變化研究,涉及臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等全球性環(huán)境問題。同時(shí)加強(qiáng)了污染控制化學(xué)的研究范圍。
1992年在巴西里約熱內(nèi)盧召開的聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展會(huì)議(UNCED),國(guó)際科聯(lián)組織了數(shù)十個(gè)學(xué)科的國(guó)際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開展環(huán)境問題研究。例如:國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)1989年制訂了“化學(xué)與環(huán)境”研究計(jì)劃,開展了空氣、水、土壤、生物和食品中化學(xué)品測(cè)定分析等六個(gè)專題的研究。
1991年和1993年在我國(guó)北京召開的亞洲化學(xué)大會(huì)和IUPAC會(huì)議上,環(huán)境化學(xué)均是重要議題之一。
1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第一次授予三位環(huán)境化學(xué)家Crutzen,Rowland和Molina,他們首先提出平流層臭氧破壞的化學(xué)機(jī)制。Crutzen于1970年提出了NOx理論,Rowland和Molina于1974年提出了CFCs理論,這幾位化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中得到驗(yàn)證。從發(fā)現(xiàn)平流層中氧化氮可以被紫外輻射分解而破壞全球范圍的臭氧層開始,追蹤對(duì)流層大氣中十分穩(wěn)定的CFCs類化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入平流層的同樣歸宿,闡明了影響臭氧層厚度的化學(xué)機(jī)理,使人類可以對(duì)耗損臭氧的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行控制。這些理論的研究成果因1985年南極“臭氧洞”的發(fā)現(xiàn)而引起全世界的“震動(dòng)”,從而導(dǎo)致1987年《蒙特利爾議定書》的簽訂。這充分表明環(huán)境化學(xué)家的工作已經(jīng)引起全人類的重視,環(huán)境化學(xué)已經(jīng)開始走向全面發(fā)展。
我國(guó)的環(huán)境化學(xué)研究也已經(jīng)有了20多年的歷史,自70年代起,在典型地區(qū)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià),環(huán)境容量和環(huán)境背景值調(diào)查,污染源普查,圍繞工業(yè)“三廢”污染,在大氣、水體、土壤中環(huán)境污染物的表征、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,生物效應(yīng)以及控制等方面進(jìn)行了大量的工作。近年來,完成了一批攻關(guān)課題和重大基金項(xiàng)目等國(guó)家任務(wù)?!鞍宋濉焙汀熬盼濉逼陂g,在有毒污染物環(huán)境化學(xué)行為和生態(tài)毒理效應(yīng)、水體顆粒物和環(huán)境工程技術(shù)、大氣化學(xué)和光化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、對(duì)流層臭氧化學(xué)、區(qū)域酸雨的形成和控制、天然有機(jī)物環(huán)境地球化學(xué)、有毒有機(jī)物結(jié)構(gòu)效應(yīng)關(guān)系、廢水無害化和資源化原理與途徑等方面的工作分別得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技攻關(guān)、中國(guó)科學(xué)院重大重點(diǎn)等項(xiàng)目的支持,取得了一批具有創(chuàng)新性的研究成果,形成了一支從政府到地方各級(jí)行政管理與環(huán)境保護(hù)部門、科研單位、高等院校等多層次的管理人員與研究人員隊(duì)伍[2,3]。
在酸雨測(cè)量技術(shù)、形成機(jī)制、物理化學(xué)特征、高空云雨化學(xué)、大氣酸性污染物來源和沉降過程等方面取得重要成果,在天然源研究、區(qū)域酸沉降模式和酸雨成因、能源與環(huán)境協(xié)調(diào)規(guī)劃、酸雨區(qū)域綜合防治和臨界負(fù)荷的研究方法等方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
在環(huán)境分析化學(xué)方面,從80年代起,我國(guó)先后制訂出《環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法》,《環(huán)境污染分析方法》和《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》等,選取了200多種分析方法,近百種無機(jī)和有機(jī)物,所用的方法靈敏、準(zhǔn)確、可靠,多年來在全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用。對(duì)監(jiān)測(cè)分析方法的統(tǒng)一與標(biāo)準(zhǔn)化,在提高分析監(jiān)測(cè)水平及實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制方面起了重要作用。
1992~1995年,國(guó)家基金委化學(xué)部資助了重大基金項(xiàng)目“典型有機(jī)污染物環(huán)境化學(xué)行為與生態(tài)效應(yīng)”的研究,探討了某些有毒有害污染物的環(huán)境行為、在介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、污染物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、水生天然有機(jī)物的起源、表征、與重金屬相互作用機(jī)理與模型以及鹵代烴生成潛力等。在新農(nóng)藥單甲脒的環(huán)境行為和生態(tài)毒理效應(yīng)以及有機(jī)錫的生態(tài)毒理效應(yīng)研究中取得了創(chuàng)新性成果。首次發(fā)現(xiàn)城市水源中的硝基多環(huán)芳烴的存在,對(duì)多氯聯(lián)苯等的光解規(guī)律和產(chǎn)物毒性提出了新的機(jī)理和解釋。部分研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,該工作于1999年獲得了中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
在O3的測(cè)量技術(shù)、中國(guó)光化學(xué)煙霧特征、室內(nèi)大氣光化學(xué)反應(yīng)模擬、空氣質(zhì)量模式、汽車尾氣高效凈化等方面取得了重大成果,其中大氣微量組分源排放、大氣氧化能力、大氣光化學(xué)模擬和模式的研究達(dá)到世界先進(jìn)水平,曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)。
在天然水質(zhì)變化與水污染控制原理、難降解有毒有害污染物的物理化學(xué)去除與生物降解和高級(jí)化學(xué)氧化、水質(zhì)凈化的高效生物和絮凝反應(yīng)器、廢水的無害化與資源化、清潔生產(chǎn)等方面取得了達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果,獲中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和國(guó)家教委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。
但是,從國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)和目前水平來衡量,就總體而論,我國(guó)環(huán)境化學(xué)的研究,無論從方法、技術(shù)上,還是研究思路上大多缺乏獨(dú)創(chuàng)性、系統(tǒng)性和完整性,對(duì)熱點(diǎn)環(huán)境問題的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)家在環(huán)境保護(hù)方面的需求。在分支學(xué)科和研究的內(nèi)容上發(fā)展也不平衡,缺乏連貫性、系統(tǒng)性和綜合性。在環(huán)境化學(xué)過程研究中對(duì)化學(xué)污染物的外觀表征研究得較多,而在復(fù)合污染的界面反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué),污染機(jī)制及其效應(yīng)方面研究的深度不夠,缺乏從分子水平上對(duì)污染物動(dòng)力學(xué)機(jī)制的研究。在環(huán)境分析化學(xué)方面,雖然建立和發(fā)展了較為完備的常規(guī)分析測(cè)試方法,但對(duì)于環(huán)境樣品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與中間產(chǎn)物、同族體等的分離與測(cè)定還與國(guó)際先進(jìn)水平有很大差距。在污染物的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、實(shí)時(shí)測(cè)定等方面尚缺少有效的方法和儀器。
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