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綠色化學(xué)又被稱之為環(huán)境無害化學(xué)、清潔化學(xué)以及環(huán)境友好化學(xué),即利用化學(xué)中的技術(shù)和方法去減少或清除對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成影響的有害原料、副產(chǎn)品、催化劑、產(chǎn)物、溶劑與試劑等,其最主要的目標(biāo)還是在以后的生產(chǎn)、生活中不再使用那些有毒、有害物質(zhì),不再產(chǎn)生廢物和處理廢物。綠色化學(xué)是一門從源頭上阻止污染的學(xué)科,同時(shí)也是更深次意義上的科學(xué)化學(xué)。從“綠色化學(xué)”的含義中不難發(fā)現(xiàn),它的誕生秉承了人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思量的重大責(zé)任。
2綠色化學(xué)堅(jiān)持的發(fā)展思路和基本模式
2.1綠色化學(xué)追求的是高校的目標(biāo)
高校的核心就是盡可能的采用最少原料,制造出更多的產(chǎn)成品;在最大程度上減少廢物排放量,不斷提高轉(zhuǎn)換率。我國在對(duì)污染物制定排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí),主要是通過假設(shè)的形式,假設(shè)是每個(gè)工業(yè)行業(yè)都以生產(chǎn)高效操作為前提。
2.2開放“原子經(jīng)濟(jì)性”的反應(yīng)
“原子經(jīng)濟(jì)性”反應(yīng)是一種近似理想的反應(yīng),是利用原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)將原子分子中的原子完全轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物,從而達(dá)到污染物“零排放”的目標(biāo)。從現(xiàn)在各個(gè)大型化工工業(yè)來看,尤其是在制造生產(chǎn)有機(jī)原料的過程中,有很大一部分已經(jīng)開始使用原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng),比如丙烯、乙烯的聚合等。還有一部分有機(jī)原料的生產(chǎn)制造所使用的是一步原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng),比如生產(chǎn)制造環(huán)氧乙烷。
2.3積極使用無害、五毒溶劑
所有在化學(xué)生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的污染問題,其污染源不但是通過原材料和產(chǎn)品所引起的,并且還源于在生產(chǎn)制造過程中所使用的物質(zhì),在反應(yīng)制造過程中所使用的溶劑和介質(zhì)是最常見的。當(dāng)前在工業(yè)生產(chǎn)制造過程中使用最為廣泛的就是溶劑,可是很多的溶劑都是具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物,在使用過程中會(huì)形成地面臭氧、污染水源。因此,要積極使用無害、無毒的溶劑替代有毒、有害的溶劑,這些都是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)所要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。目前在化學(xué)中重點(diǎn)要研究開發(fā)的主題就是超臨界流體,其別值得關(guān)注的是超臨界流體內(nèi)的CO2,其優(yōu)點(diǎn)是成本低、無毒、無害,還沒有可燃性。
2.4加強(qiáng)回收和重復(fù)使用材料
回收所遵循的理念基礎(chǔ)是節(jié)約降低資源,而重復(fù)利用材料則是體現(xiàn)降低成本。這兩者都是以實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型為目的的,進(jìn)而能夠在最大程度上降低工業(yè)企業(yè)的實(shí)際經(jīng)營(yíng)成本。針對(duì)自然環(huán)境在短時(shí)間內(nèi)難以回收或無法回收的各種材料,應(yīng)采取重復(fù)利用材料的方式;而對(duì)于高度污染的化學(xué)制品,比如眾所周知的電池材料,應(yīng)盡可能的加以利用回收。提倡回收和重復(fù)利用材料的意識(shí)也是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的關(guān)鍵途徑。
3高?;瘜W(xué)教學(xué)中綠色化學(xué)教育的探索與應(yīng)用
3.1使用綠色化學(xué)改革教材
我國應(yīng)在目前的化學(xué)教材中增添多個(gè)國家在綠色化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和探究成果,以及關(guān)于綠色化學(xué)的理論知識(shí)。從學(xué)生的角度出發(fā),教師應(yīng)和學(xué)生之間關(guān)于綠色化學(xué)知識(shí)進(jìn)行討論和交流,加強(qiáng)這類學(xué)科知識(shí)的理解是非常有必要的;從教師的角度出發(fā),應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注與綠色化學(xué)有關(guān)的理論知識(shí)。
3.2在課堂中融入“綠色化學(xué)”教育
在實(shí)際的教學(xué)過程中,教師要幫助學(xué)生樹立綠色環(huán)保節(jié)能意識(shí),在教學(xué)過程中教師要起到帶頭作用,以自身為楷模,樹立綠色環(huán)保和節(jié)能的意識(shí)。應(yīng)盡可能的翻閱關(guān)于綠色環(huán)保類的文章和書籍等,將“綠色化學(xué)”融入到課堂教學(xué)中,改革傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)思維,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)部分化學(xué)物質(zhì)排放所造成的危害,而不只是單純的教導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)其功能和具體效用。與此同時(shí),在平時(shí)教師還應(yīng)當(dāng)多多關(guān)注關(guān)于“綠色化學(xué)”方面的研究和發(fā)展,盡可能的在教學(xué)課堂中將“綠色化學(xué)”的發(fā)展過程及動(dòng)向傳遞給學(xué)生。
3.3靈活補(bǔ)充教材知識(shí)
教學(xué)教材在一段時(shí)期內(nèi)是固定不變的,可是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展確實(shí)日新月異的,在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中,面對(duì)日益變動(dòng)的“綠色化學(xué)”知識(shí),相對(duì)那些固定不變的教材,在教學(xué)過程中教師應(yīng)靈活的補(bǔ)充教材知識(shí),促使學(xué)生對(duì)“綠色化學(xué)”知識(shí)有個(gè)完整的形成過程。而不是簡(jiǎn)單的掌握過時(shí)和滯后的信息。特別值得注意的是在有機(jī)化學(xué)知識(shí)方面,很多有機(jī)物質(zhì)在一定程度上都對(duì)環(huán)境造成了污染和破壞,這些都需要在教學(xué)過程中做重點(diǎn)強(qiáng)調(diào),對(duì)這些有機(jī)物質(zhì)能夠利用生物科學(xué)技術(shù),利用微生物做成催化劑將其合成需要的化學(xué)制劑,從而降低廢物排放等。
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關(guān)鍵詞:新課程;實(shí)驗(yàn)教學(xué);綠色化學(xué);策略研究
一、新課程標(biāo)準(zhǔn)中的綠色化學(xué)現(xiàn)代內(nèi)涵
1.綠色化學(xué)和綠色化學(xué)教育
綠色化學(xué)誕生于上世紀(jì)90年代,概念從一提出來,就明確了它的目標(biāo),即研究和尋找能充分利用的無毒害原材料,最大程度地節(jié)約能源,在各環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)凈化和無污染的反應(yīng)途徑。它的最大特點(diǎn)在于它是從始端就采用實(shí)現(xiàn)預(yù)防污染的科學(xué)手段,因而過程和終端為零排放和零污染,具體體現(xiàn)在“5R”上──減少用量(Reduction),重復(fù)使用(Reuse),可回收(Recycling),能再生(Regeneration),排斥有毒物(Rejection)。綠色化學(xué)主張?jiān)谕ㄟ^化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每個(gè)原子,具有“原子經(jīng)濟(jì)性”。因此,它即能充分利用資源,又能實(shí)現(xiàn)防止污染。綠色化學(xué)要求盡可能小的負(fù)作用,它是一種理念,一種追求人與自然的和諧共處和可持續(xù)發(fā)展的理念。
綠色化學(xué)教育,是以可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為根本原則和目標(biāo),將化學(xué)科學(xué)的真理性與人文需要的合理性融為一體的教育。實(shí)施綠色化學(xué)教育的首要任務(wù)在于確立可持續(xù)發(fā)展為化學(xué)教育的道德規(guī)范和價(jià)值準(zhǔn)則,促成一種新的統(tǒng)一的綠色教育觀念體系,強(qiáng)調(diào)人類對(duì)環(huán)境與發(fā)展的責(zé)任感,培養(yǎng)學(xué)生以“科技與社會(huì)”之間和諧發(fā)展為基礎(chǔ)的道德、倫理和科學(xué)價(jià)值觀念。使它既植根于科學(xué)的客觀規(guī)律,又植根于人類普遍信仰與認(rèn)同的價(jià)值需要,并以此觀念體系為指導(dǎo),來認(rèn)識(shí)化學(xué)科學(xué),營(yíng)造綠色氛圍,規(guī)范人們行為,最終達(dá)到以化學(xué)教育為先導(dǎo)帶動(dòng)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。
2.新課程標(biāo)準(zhǔn)中的綠色化學(xué)內(nèi)涵
新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生應(yīng)形成科學(xué)的自然觀和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度,更深刻地認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)之間的相互關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)精神。綠色化學(xué)教育改變了傳統(tǒng)化學(xué)教學(xué)中唯科學(xué)、唯技術(shù)的教學(xué),注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和價(jià)值觀。
新課程標(biāo)準(zhǔn)要求教師能幫助學(xué)生獲得未來發(fā)展所必需的化學(xué)知識(shí)技能和方法提高學(xué)生的科學(xué)探究能力,在實(shí)踐中增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感,提高學(xué)生的實(shí)踐能力。綠色化學(xué)教育是在化學(xué)教育中實(shí)施可持續(xù)發(fā)展教育的必要途徑,并且通過以綠色化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)有的化學(xué)技術(shù)進(jìn)行篩選,對(duì)不符合的技術(shù)進(jìn)行改造和探索,是提高學(xué)生科學(xué)探究和實(shí)踐能力的過程。
新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生不但要獲得化學(xué)知識(shí),更要獲得社會(huì)責(zé)任感和科學(xué)素養(yǎng),要具備科學(xué)的價(jià)值觀和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,正確理解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互作用。綠色化學(xué)不僅是一門學(xué)科,它更是一種戰(zhàn)略方針,一種指導(dǎo)思想,一種研究政策。通過綠色化學(xué)教育,增強(qiáng)綠色意識(shí),認(rèn)識(shí)綠色化學(xué)對(duì)于人類及其賴以生存的環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要性,從而理解整個(gè)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要性,這就是新課程標(biāo)準(zhǔn)中的綠色化學(xué)現(xiàn)代內(nèi)涵。
二、新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施綠色化學(xué)教育的策略研究
1.深入研究和科學(xué)改進(jìn)教材實(shí)驗(yàn),消除實(shí)驗(yàn)污染源,為學(xué)生滲透綠色化學(xué)意識(shí)
所謂科學(xué)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)就是指根據(jù)教材中提供的原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改造,在保證實(shí)驗(yàn)方法更科學(xué)合理,更安全簡(jiǎn)便的同時(shí),從保護(hù)環(huán)境入手,使實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)更加清晰,力求在源頭上消除污染源?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)過程中常常會(huì)伴隨有氣體、液體或固體產(chǎn)物的生成,而這些產(chǎn)物中許多是屬于有害或有毒的物質(zhì),特別是有毒氣體不僅會(huì)直接影響到師生的健康,而且逸散到空氣中還會(huì)對(duì)大氣造成污染。因此,在一些有毒氣體性質(zhì)和制備的實(shí)驗(yàn)中,就必須增加尾氣處理裝置或及時(shí)燒掉,把有毒氣體轉(zhuǎn)化成無毒或毒性降解物.
2.精心組裝和整合教材實(shí)驗(yàn),減少污染次數(shù),為學(xué)生弘揚(yáng)綠色化學(xué)思想
組裝整合實(shí)驗(yàn)是指通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)的操作,把幾個(gè)分散的實(shí)驗(yàn)組合成一個(gè)整體,連續(xù)做一個(gè)系列實(shí)驗(yàn),同時(shí)使一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物成為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料。這種教學(xué)方法不僅能滲透綠色化學(xué)教育的思想,而且還能較好的檢查學(xué)生的操作技能和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,增強(qiáng)學(xué)生的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)。譬如,在無機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)中,有關(guān)元素及其化合物的知識(shí),大多是通過實(shí)驗(yàn)來給學(xué)生提供感性認(rèn)識(shí)的。筆者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),在實(shí)際教學(xué)中,多數(shù)教師和學(xué)生所做的實(shí)驗(yàn),均為“一個(gè)實(shí)驗(yàn)只用來說明物質(zhì)的某一個(gè)性質(zhì)”,要想完整地學(xué)習(xí)某一物質(zhì)的整體知識(shí),就必須通過若干個(gè)這樣的單一實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行。這樣做不僅多損耗了藥品,浪費(fèi)了時(shí)間,而且還增加了有毒物質(zhì)擴(kuò)散到環(huán)境中的機(jī)會(huì)。組裝整合實(shí)驗(yàn)后,就可以較好地解決上述問題。
3.積極推行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),有效控制環(huán)境污染,為學(xué)生增強(qiáng)綠色化學(xué)觀念
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比具有節(jié)省藥品、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、污染程度低或沒有、安全等優(yōu)點(diǎn),開展微型實(shí)驗(yàn)充分體現(xiàn)了現(xiàn)代綠色化學(xué)教育觀念,具體體現(xiàn)在于:微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在提高學(xué)生智力和創(chuàng)新能力的同時(shí),有利于增強(qiáng)學(xué)生的資源意識(shí)和環(huán)保意識(shí);由于試劑用量的盡量減少,也就盡可能地減少了實(shí)驗(yàn)“三廢”;將預(yù)防化學(xué)污染的思想貫穿于化學(xué)教育的全過程中。
從人類文明的早期開始,人們就懂得利用鐵礦石、銅礦石和木炭一起加熱制得鐵和銅,用來制造各式的鐵器和銅器。這些單質(zhì)狀態(tài)的金屬在自然界是極少存在的,通常都需要化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行制備,這大概便是合成化學(xué)的開端。
人類歷史上第一種完全人工合成的塑料是在1909年由美國科學(xué)家貝克蘭用苯酚和甲醛制造的酚醛樹脂,又稱貝克蘭塑料。1920年,德國化學(xué)家施陶丁格提出由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元以重復(fù)鏈接的方式形成高分子化合物的概念,這一創(chuàng)新性的研究為高分子合成材料的出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ),他也因此獲得了1953年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1935年,以繭絲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),美國化學(xué)家卡羅瑟斯首次成功地合成了尼龍66,這一發(fā)明促進(jìn)了有機(jī)高分子合成化學(xué)的發(fā)展。20世紀(jì)40年代乙烯類單體的自由基的發(fā)現(xiàn)引發(fā)聚合合成反應(yīng)迅速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃等的工業(yè)化生產(chǎn),這是合成高分子蓬勃發(fā)展的時(shí)期。
在第一次世界大戰(zhàn)期間,迫于橡膠缺乏,德國人采用二甲基丁二烯聚合合成了甲基橡膠。1930年德國和前蘇聯(lián)以丁二烯作為單體,金屬鈉作為催化劑,合成了丁鈉橡膠。而丁二烯與苯乙烯共聚則可以得到丁苯橡膠,它的性質(zhì)與天然橡膠相似。事實(shí)上,在第二次世界大戰(zhàn)期間,德國軍隊(duì)就是因?yàn)橛卸”较鹉z,橡膠供應(yīng)才沒有出現(xiàn)嚴(yán)重短缺。美國在戰(zhàn)后大力研究合成橡膠,首先合成了氯丁橡膠,氯原子使氯丁橡膠具有天然橡膠所不具備的一些抗腐蝕性能。
進(jìn)入20世紀(jì)50年代,利用從石油裂解而得到的烯烴(主要包括乙烯與丙烯),德國人齊格勒與意大利人納塔分別發(fā)明用金屬絡(luò)合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法,兩者分別于1952年和1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,這是高分子合成化學(xué)的歷史性突破,他們因此獲得1963年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
20世紀(jì)60年代,由于登月工程的需求驅(qū)動(dòng),導(dǎo)致了可作為太空服原材料、航天飛機(jī)高溫黏合劑以及超音速飛機(jī)的復(fù)合材料等耐高溫合成材料的誕生。杜邦公司20世紀(jì)40年明的特氟龍PTFE(聚四氟乙烯)是另一類性能優(yōu)異的合成材料,具有耐酸堿、耐高溫、極低的摩擦系數(shù)、良好的耐磨性以及極好的化學(xué)穩(wěn)定性,是原子能、國防、航天、電子、化工、紡織等領(lǐng)域不可取代的關(guān)鍵產(chǎn)品。科學(xué)家還合成了很多其他有機(jī)高分子材料,如涂料、黏合劑、離子交換樹脂等等,并制成了很多新的產(chǎn)品。在離子交換樹脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的離子交換膜,在淡化海水、人造腎、藥物的定時(shí)釋放等方面都起著很重要的作用。
無機(jī)合成化學(xué)為廣泛應(yīng)用的新型無機(jī)材料,如耐高溫、耐高壓、耐低溫、光學(xué)、電學(xué)、磁性、超導(dǎo)、儲(chǔ)能與能量轉(zhuǎn)換以及納米材料的發(fā)展開辟了廣闊的天地,一些無機(jī)材料的發(fā)展還推動(dòng)了催化領(lǐng)域(如石油煉制、精細(xì)化工等)的進(jìn)步。近幾十年來,一系列重量輕、強(qiáng)度高、耐熱性能好的無機(jī)纖維,如硼纖維、碳纖維等,以及氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等耐高溫材料的成功合成,為航空、航天技術(shù)的發(fā)展起到了重要推動(dòng)作用。例如在波音787夢(mèng)幻飛機(jī)上,由于大面積使用了碳纖維復(fù)合材料而大大減輕了飛機(jī)重量。據(jù)統(tǒng)計(jì),機(jī)身制造使用的碳纖維重量占波音787重量的61%,占全機(jī)80%體積的構(gòu)件均為碳纖維復(fù)合材料;同樣,在空客A380的制造中,也大量使用了合成材料,飛機(jī)約25%由高級(jí)減重材料制造,其中22%為碳纖維復(fù)合材料,使得A380每乘客百公里油耗不到3升,相當(dāng)于一輛經(jīng)濟(jì)型家用汽車的油耗。
當(dāng)今最主要的三大合成材料―合成塑料、合成纖維和合成橡膠,它們均主要以石油、天然氣或煤等為原料,全球年產(chǎn)量已達(dá)數(shù)億噸。當(dāng)然,今天倡導(dǎo)的可再生原料的應(yīng)用也離不開合成化學(xué)。這些材料在工農(nóng)業(yè)、國防以及人民生活等方面正發(fā)揮著巨大的作用。設(shè)想如果沒有這些材料,我們今天的生活顯然是無法想像的。事實(shí)上,這些合成材料的發(fā)明徹底改變了人類的生活方式。
合成化學(xué)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
合成化學(xué)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)從小分子到大分子、從單分子基元到超分子體系的構(gòu)筑,通過選擇性的控制,創(chuàng)造出具有理想性質(zhì)和功能的新物質(zhì)。進(jìn)入21世紀(jì)以來,10年中已有4次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予合成化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家,反映了這一領(lǐng)域的巨大創(chuàng)造力和活力以及對(duì)科學(xué)和人類社會(huì)的貢獻(xiàn)。盡管合成化學(xué)已經(jīng)達(dá)到了空前的成熟水平,但基于當(dāng)今人類面臨的諸如健康、糧食、資源、能源、材料、環(huán)境和氣候等重大問題的情況下,合成化學(xué)的發(fā)展前景將更為廣闊,并將繼續(xù)在諸多領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用。
2001年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主野依良治教授指出:未來的合成化學(xué)必須是經(jīng)濟(jì)的、安全的、環(huán)境友好的以及節(jié)省資源和能源的化學(xué),化學(xué)家需要為實(shí)現(xiàn)“完美的反應(yīng)化學(xué)”而努力,即以100%的選擇性和100%的收率只生成需要的產(chǎn)物而沒有廢物產(chǎn)生。因此,如何通過對(duì)化學(xué)鍵的選擇性活化、斷裂與可控性重組,通過弱相互作用的調(diào)節(jié)精確組裝功能超分子體系,實(shí)現(xiàn)以100%產(chǎn)率和100%選擇性對(duì)特定功能物質(zhì)和結(jié)構(gòu)體系低耗、安全、經(jīng)濟(jì)與綠色合成,是合成化學(xué)領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)。
無論現(xiàn)在還是未來,合成化學(xué)的另一明確方向是不斷與其他領(lǐng)域交叉與融合,以產(chǎn)生更多的跨學(xué)科新領(lǐng)域,從這個(gè)角度而言,合成化學(xué)需要極高水平的科學(xué)創(chuàng)造力和洞察力,以探索其無限的可能性。2001年度另一位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、美國人夏普萊斯提出了“點(diǎn)擊化學(xué)”(Click Chemistry)的概念,強(qiáng)調(diào)合成反應(yīng)必須具有高產(chǎn)率、高選擇性以及對(duì)各種官能團(tuán)和反應(yīng)條件優(yōu)異的耐受性,這一概念的提出為生命科學(xué)、材料科學(xué)領(lǐng)域提供了全新的理念、方法和物質(zhì)基礎(chǔ),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于藥物、新材料開發(fā)和分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)等諸多研究領(lǐng)域,成為目前最實(shí)用和引人注目的合成理念之一。
未來的合成化學(xué)將針對(duì)合成對(duì)象和合成過程的可控、高效、低能耗、低排放、高選擇性等要求,面向生命科學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)、能源科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域?qū)π挛镔|(zhì)、新材料和新器件的需求,研究功能導(dǎo)向新物質(zhì)的設(shè)計(jì)理論、反應(yīng)過程、合成與組裝方法學(xué);探討合成反應(yīng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的機(jī)理與本質(zhì)規(guī)律;借鑒生命體系的生物合成和演化過程,結(jié)合物理、材料科學(xué)等學(xué)科的研究手段和技術(shù),發(fā)展新的合成策略,以滿足在分子設(shè)計(jì)指導(dǎo)下定向合成各種特定結(jié)構(gòu)和特定功能化合物及其組裝體的需求。
合成化學(xué):讓未來更美好
在過去的100多年里,合成化學(xué)為人類社會(huì)的進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn):合成化學(xué)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展、解決70億人生存問題發(fā)揮了不可替代的作用;合成化學(xué)制造的藥物使人類的健康水平得到空前提高;合成化學(xué)創(chuàng)造的各種新材料徹底改變了人類的生活方式;合成化學(xué)還為探索生命科學(xué)的奧秘提供了重要方法和物質(zhì)基礎(chǔ)。合成化學(xué)家不斷創(chuàng)造出的合成新方法、對(duì)于化學(xué)機(jī)理的不斷明晰使人類可以“馳騁”在整個(gè)元素周期系中,不斷創(chuàng)造出新的物質(zhì),這一過程大大增加了人類在認(rèn)識(shí)自然和改造自然中的能動(dòng)性,并創(chuàng)造出了新的生產(chǎn)、生活方式。我們現(xiàn)在已經(jīng)可以很好地利用自然界諸如石油和煤這樣簡(jiǎn)單、豐富的天然資源,創(chuàng)造出一系列復(fù)雜的、更具價(jià)值的物質(zhì)。在不久的將來,我們將能設(shè)計(jì)、制造出更多具備各種性能、滿足人類需求的物質(zhì)。
1.1趣味實(shí)驗(yàn)類化學(xué)教育游戲的特點(diǎn)
1946-1980年的趣味實(shí)驗(yàn)可以稱為化學(xué)魔術(shù),此時(shí)的實(shí)驗(yàn)注重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的趣味性,而不是化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。如心君的“水玻璃花園”趣味實(shí)驗(yàn),通過各種晶體生長(zhǎng)速度、形狀和顏色的不同從而呈現(xiàn)出有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。1981-1990年是趣味實(shí)驗(yàn)的起步期,涉及的化學(xué)知識(shí)比較簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)器材和藥品大多來源于生活用品,屬于家庭小實(shí)驗(yàn)范疇。如“會(huì)游泳的雞蛋”實(shí)驗(yàn),利用鹽酸和雞蛋殼(主要成分碳酸鈣)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w而使蛋殼表面產(chǎn)生氣泡的原理,使雞蛋表現(xiàn)出上下沉浮的有趣現(xiàn)象。1991-2000年是化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)發(fā)展的轉(zhuǎn)折期。這一階段趣味實(shí)驗(yàn)涉及的化學(xué)知識(shí)不斷增多,并與初高中化學(xué)課本內(nèi)容逐漸聯(lián)系起來。例如蘋果“流血”、“噴水成字”和“水果電池”實(shí)驗(yàn)分別涉及了3價(jià)鐵離子的檢驗(yàn)、指示劑和原電池的知識(shí)。這些趣味實(shí)驗(yàn)加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象,并且激發(fā)起學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)化學(xué)的求知欲。2001-2013年是化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)發(fā)展的上升期。一方面,實(shí)驗(yàn)數(shù)量迅速增加;另一方面,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)一步拓展到焰色反應(yīng)、酸堿鹽溶解性大小、物質(zhì)檢驗(yàn)等中學(xué)內(nèi)容。研究者不僅對(duì)原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了理論與方法的改進(jìn),如“水中花園實(shí)驗(yàn)的新改進(jìn)”,在此期間,實(shí)驗(yàn)設(shè)備也更新?lián)Q代,錢揚(yáng)義教授基于手持技術(shù)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究,并在核心期刊發(fā)表多篇論文。
1.2趣味實(shí)驗(yàn)類化學(xué)教育游戲的設(shè)計(jì)理念與內(nèi)容
化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化成可視化的奇妙的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,以吸引學(xué)習(xí)者的注意力。兒童對(duì)周圍世界有著強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望,因此小學(xué)階段的趣味實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)兒童的好奇心為主,激發(fā)他們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的探究欲望,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是生活中的化學(xué)小常識(shí)。中學(xué)階段是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)的重要階段,趣味實(shí)驗(yàn)旨在幫助學(xué)生提高化學(xué)學(xué)習(xí)興趣,深刻理解重要化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象和原理,內(nèi)容主要包括化學(xué)反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律性知識(shí)。大學(xué)階段的趣味實(shí)驗(yàn)意在指導(dǎo)學(xué)生鞏固原有知識(shí)點(diǎn),并恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用新知識(shí),以無機(jī)內(nèi)容為主。
1.3趣味實(shí)驗(yàn)類化學(xué)教育游戲體現(xiàn)的核心素養(yǎng)
(1)學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。
化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)游戲,能激發(fā)起學(xué)生自主學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,促使學(xué)生利用多樣化的學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)途徑,采用有效的策略與方法完成實(shí)驗(yàn)。如進(jìn)行“自制葉脈書簽”實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生必須掌握一定的操作技能和技巧,用氫氧化鈉和碳酸鈉對(duì)葉片進(jìn)行處理操作。
(2)批判性思維與創(chuàng)新。
學(xué)生對(duì)于有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象擁有著強(qiáng)烈的好奇心,而它又能激發(fā)起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的反思和對(duì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新。在“果蔬原電池”實(shí)驗(yàn)中,豆?jié){機(jī)、廢舊電池、水果等都可以作為實(shí)驗(yàn)的材料,實(shí)驗(yàn)不再局限于課本,實(shí)驗(yàn)材料也更生活化。
(3)審美與人文素養(yǎng)。
豐富學(xué)生對(duì)美的感受,通過顏色變化、物質(zhì)形態(tài)變化等使學(xué)生感受和欣賞化學(xué)的美,如利用植物制作指示劑等實(shí)驗(yàn)。
2文字類化學(xué)教育游戲的設(shè)計(jì)概況
2.1文字類化學(xué)教育游戲的特點(diǎn)
文字類化學(xué)教育游戲主要包括化學(xué)謎語和化學(xué)口訣,主要以文字的形式呈現(xiàn),通過面對(duì)面問答或競(jìng)賽的方式進(jìn)行游戲,兼具教育游戲和化學(xué)學(xué)習(xí)工具的雙重功能。1981-1990年,我國出現(xiàn)化學(xué)謎語,但數(shù)量較少,主要考查元素名稱,類似于腦筋急轉(zhuǎn)彎。例如用元素名稱“鉺、鉭、鋇、鎢、鐳、砷、錳、鋰、鍶、鈮、銦、鐠、鋱、砹、鋦、锘、镥、錒、鐿、钷”組成9位著名科學(xué)家的名字;猜化學(xué)元素:錢包丟了(銩)。1991-2000年,化學(xué)口訣倍受重視,數(shù)量急速增長(zhǎng),內(nèi)容迅速增加。中學(xué)內(nèi)容主要包括元素符號(hào)、原子結(jié)構(gòu)、分子式、化合價(jià)、物質(zhì)溶解性、金屬活動(dòng)性順序等中學(xué)化學(xué)中的重要無機(jī)內(nèi)容,如金屬活動(dòng)性順序口訣:“鉀鈣鈉鎂鋁,鋅鐵錫鉛氫,與酸相反應(yīng);銅汞銀鉑金,氫后難進(jìn)行;位置越靠前,與鹽相反應(yīng);活動(dòng)性越強(qiáng),前金換后金”。大學(xué)內(nèi)容主要是有機(jī)物命名,R、S構(gòu)型判斷,取代規(guī)則等有機(jī)內(nèi)容。2001-2013年,隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與普及,大量的化學(xué)謎語及口訣在網(wǎng)絡(luò)中傳播開來,在百度中以“化學(xué)謎語”、“化學(xué)口訣”等為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索,結(jié)果數(shù)量已難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。
2.2文字類化學(xué)教育游戲的設(shè)計(jì)理念與內(nèi)容
化學(xué)謎語巧妙地將中學(xué)無機(jī)中的化學(xué)元素名稱、物質(zhì)名稱等基礎(chǔ)內(nèi)容作為本體巧妙地隱藏起來作謎底,用與之相關(guān)的喻體作謎面。通過生動(dòng)的文字和獨(dú)特的邏輯使學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的印象更加深刻,教師還可以用此游戲來創(chuàng)設(shè)輕松活潑的教學(xué)情境?;瘜W(xué)口訣是根據(jù)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)“編織”而成的便于記誦的語句,把化合價(jià)、金屬活動(dòng)性順序、物質(zhì)溶解性、烷烴命名規(guī)則等編成押韻的口訣便于記憶。口訣內(nèi)容幾乎涵蓋了中學(xué)化學(xué)的所有知識(shí)點(diǎn)類型及大學(xué)化學(xué)的有機(jī)內(nèi)容。教師若能及時(shí)恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用口訣,不僅有助于自身敘述和概括知識(shí),而且有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶、理解和鞏固,從而提高教學(xué)質(zhì)量。
2.3文字類化學(xué)教育游戲體現(xiàn)的核心素養(yǎng)
(1)審美與人文素養(yǎng)。
口訣、謎語等通常含有一定的韻律、整齊的形式、朗朗上口,可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)中國語言的理解、表達(dá)和鑒賞,感受語言的魅力。
(2)學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。
化學(xué)謎語等言簡(jiǎn)意賅,卻又含義豐富,如“左側(cè)月兒彎,右側(cè)月兒圓,彎月能取暖,圓月能助燃,有毒無色味”,簡(jiǎn)潔明了地涵蓋了碳、氧氣和一氧化碳的分子式,以及3種物質(zhì)的性質(zhì),有助于學(xué)生形成對(duì)知識(shí)歸納總結(jié)的習(xí)慣。
(3)語言素養(yǎng)。
游戲時(shí)對(duì)謎語的閱讀、口訣的記憶,都為學(xué)習(xí)者提供了更多機(jī)會(huì),鍛煉口頭表達(dá)能力和語言組織能力,有利于提高學(xué)習(xí)者的語言素養(yǎng)。
3卡片類化學(xué)教育游戲的設(shè)計(jì)概況
3.1卡片類化學(xué)教育游戲的特點(diǎn)
我國化學(xué)撲克牌游戲開發(fā)起步較晚,始于20世紀(jì)80年代后期,比國外門捷列夫創(chuàng)立的元素牌晚將近100年的時(shí)間。經(jīng)統(tǒng)計(jì),中國大陸化學(xué)教育游戲中運(yùn)用的具體實(shí)物主要包括化學(xué)卡片、化學(xué)撲克和化學(xué)棋。1956-1980年,鄭威熙首先設(shè)計(jì)出元素卡片,每1張卡片上寫有1種元素名稱及其主要性質(zhì),教師將元素卡片視為化學(xué)教具,主要用于學(xué)生學(xué)習(xí)元素周期表的相關(guān)知識(shí),娛樂性不強(qiáng)。1981-1990年,化學(xué)撲克誕生,并且增添了游戲功能。內(nèi)容主要涉及元素符號(hào)、分子式和簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng),有接龍、各顧各、喊分、拱豬等多種玩法,趣味性較強(qiáng)。1991-2000年,未出現(xiàn)有關(guān)設(shè)計(jì)化學(xué)撲克的文獻(xiàn),但出現(xiàn)了4項(xiàng)化學(xué)撲克專利,人們對(duì)化學(xué)撲克的開發(fā)還在繼續(xù)。2001-2013年,化學(xué)撲克的內(nèi)容和玩法不斷完善,具有普通娛樂、資料卡片和化學(xué)游戲三大功能。它們內(nèi)容豐富:幾乎包含初中所有主要物質(zhì)、高中所有主要無機(jī)物;有些撲克還包含有機(jī)牌、化學(xué)常識(shí)牌和實(shí)驗(yàn)裝置牌;娛樂性增強(qiáng):有學(xué)習(xí)物質(zhì)間反應(yīng)規(guī)律的“化學(xué)反應(yīng)接龍游戲”、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的“分組對(duì)抗賽游戲”等,學(xué)生還可自行設(shè)計(jì)不同的游戲規(guī)則進(jìn)行游戲。
3.2卡片類化學(xué)教育游戲的設(shè)計(jì)理念與內(nèi)容
化學(xué)撲克游戲相比于卡片類游戲通常更為復(fù)雜,它是利用專門設(shè)計(jì)的化學(xué)撲克牌進(jìn)行化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。目前,卡片類化學(xué)教育游戲的內(nèi)容還集中在中學(xué)無機(jī)及實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)。
3.3典型案例———“520中學(xué)化學(xué)桌游”
國內(nèi)應(yīng)用最廣的是“520化學(xué)撲克”以及“520中學(xué)化學(xué)桌游”(www.520hx.com.cn/yx),“520中學(xué)化學(xué)桌游”是由華南師范大學(xué)錢揚(yáng)義教授工作室經(jīng)過9年研制而成的一套化學(xué)桌游,是“520化學(xué)撲克”的升級(jí)。該款游戲設(shè)置了不同難度4種玩法,適合八年級(jí)及八年級(jí)以上的學(xué)生游戲。下面對(duì)其中的一種玩法“化學(xué)桌游”進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。游戲?qū)ο螅阂呀?jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)初三化學(xué)知識(shí)的學(xué)生。游戲設(shè)計(jì):“化學(xué)桌游”由7類牌組成。在一類牌中,牌面的正面結(jié)構(gòu)相似,如物質(zhì)牌:每張撲克牌代表1種物質(zhì),正面涵蓋物質(zhì)的化學(xué)式、名稱、物質(zhì)參與反應(yīng)的主要化學(xué)方程式、宏觀及微觀圖片、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及其用途;每張牌的正面左上角有一個(gè)物質(zhì)分類標(biāo)志,不同花色代表不同物質(zhì)類型,分別為綠色雙錐表示單質(zhì)、黑桃代表氧化物、紅桃代表酸、藍(lán)色梅花代表堿、黃色方片代表鹽。游戲規(guī)則:按回合制出牌,依據(jù)出牌情況增減IQ值,包括7種基本出牌法:“有效碰撞”、“連鎖反應(yīng)”、“整出”、“補(bǔ)牌”、“對(duì)出”、“吃牌和投毒”。例如“有效碰撞”的玩法是某玩家打出一張物質(zhì)牌,其他玩家依次打出可與之反應(yīng)的牌;“投毒”的玩法是將“S”“P”等牌視為“毒藥”向別人打出。
3.4卡片類化學(xué)教育游戲體現(xiàn)的核心素養(yǎng)
(1)科技與信息素養(yǎng)。
在卡片牌面、游戲規(guī)則中往往包含了關(guān)鍵信息,游戲者必須從中刪選,獲取對(duì)自己有用的信息。
(2)問題解決與實(shí)踐。
如通過運(yùn)用出牌技巧,調(diào)整出牌順序,打出各種玩法,從而最終贏得游戲,同時(shí)又增強(qiáng)了游戲者的邏輯思維能力。
(3)交往與合作。
游戲的過程即是和他人交往的過程,游戲者必須保持基本的禮儀,尊重他人,積極溝通,才能與他人建立和維持良好的人際關(guān)系,使游戲得以順利進(jìn)行。
4信息技術(shù)類化學(xué)教育游戲的設(shè)計(jì)和特點(diǎn)
概況(2006-2013)2006-2010年,主要以用Flash制作軟件開發(fā)的角色扮演類單機(jī)版化學(xué)教育游戲?yàn)橹鳎?009年,出現(xiàn)了首款網(wǎng)絡(luò)在線撲克游戲“520化學(xué)動(dòng)漫撲克”,它也是“520化學(xué)撲克”的配套資源。西華師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院王琳、刁永鋒,以《哈利•波特》為題材,改編了一段《哈利•波特與寶藏》的游戲情節(jié),講述了哈利為了不讓寶藏落入妖魔之手,歷經(jīng)坎坷,成功獲取寶藏的故事。此游戲情境性較強(qiáng),知識(shí)點(diǎn)也較為豐富。2011-2013年,用C#(C#編程語言是由微軟公司開發(fā)小組專門為.NET平臺(tái)設(shè)計(jì)的語言,它可以使程序員移植到.NET上)等更高級(jí)的編程語言設(shè)計(jì)出的化學(xué)教育游戲軟件相繼出現(xiàn)。韓山師范學(xué)院化學(xué)系的鄭楚萍、許越、吳錦偉等為了培養(yǎng)初三學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣,運(yùn)用C#設(shè)計(jì)了記憶游戲軟件“沉淀連連看”和同一系列游戲“化合物命名連連看”。信息技術(shù)類化學(xué)教育游戲利用網(wǎng)絡(luò)的虛擬特征,創(chuàng)設(shè)多樣的情境,將化學(xué)知識(shí)通過電腦游戲的形式呈現(xiàn)出來。游戲內(nèi)容集中在中學(xué)化學(xué)的重要知識(shí)點(diǎn),游戲?qū)n}性強(qiáng):如“生活化學(xué)大本營(yíng)”的設(shè)計(jì)是圍繞“化學(xué)與健康”、“化學(xué)與環(huán)境”、“化學(xué)與材料”三大主題;“逃離化學(xué)王國”是針對(duì)高一鹵素的知識(shí)點(diǎn)而專門設(shè)計(jì)的。
5中國大陸化學(xué)教育游戲趨勢(shì)分析
目前,中國大陸傳統(tǒng)化學(xué)教育游戲穩(wěn)步發(fā)展,基于信息技術(shù)的新游戲不斷興起,并成為當(dāng)前研究的熱門與前沿。整體來說,中國大陸化學(xué)教育游戲呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)。
(1)游戲類型不斷增多。
游戲類型由化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)和化學(xué)卡片拓展到化學(xué)口訣、化學(xué)謎語、化學(xué)撲克、單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版化學(xué)教育游戲等,每種游戲又包含多種玩法。
(2)游戲道具更加精致。
最早的化學(xué)卡片用紙片制作,較簡(jiǎn)陋?!?20化學(xué)撲克”牌面涵蓋內(nèi)容豐富,“520中學(xué)化學(xué)桌游”更是在原有撲克的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì),牌面更加精致美觀。
(3)游戲形式不斷豐富。
“520化學(xué)動(dòng)漫撲克”發(fā)揮了在線網(wǎng)絡(luò)游戲的特點(diǎn),讓不同地域的人們通過網(wǎng)絡(luò),方便地進(jìn)行化學(xué)撲克牌游戲比賽,玩家還可通過聊天功能交流心得體會(huì),豐富了以往單一的游戲形式。
(4)游戲內(nèi)容逐漸擴(kuò)展。
關(guān)鍵詞:膜分離技術(shù) 廢水資源化 高效處理
中圖分類號(hào):X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973(2012)010-106-02
膜分離技術(shù)是基于膜材料形成的分離邊界的分離技術(shù),最初應(yīng)用于軍事、航空航天、原子能等高端領(lǐng)域,隨著其在民用領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛,被公認(rèn)為是20世紀(jì)末到21世紀(jì)最有發(fā)展前途的高新科技之一。
1 膜分離技術(shù)在廢水資源化處理領(lǐng)域主要的應(yīng)用
膜是具有選擇性分離功能的材料。膜分離技術(shù)是指利用膜的選擇性分離實(shí)現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離,并且這過程是一種物理過程,不需發(fā)生相的變化和添加助劑?;谀し蛛x技術(shù)的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),可實(shí)現(xiàn)廢水資源化處理,將廢水中的污染物提取出來資源化,取得可觀的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。
如圖1所示,膜分離技術(shù)在廢水資源化處理領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及電鍍廢水資源化處理、印染廢水資源化處理、垃圾滲透液資源化處理、造紙廢水資源化處理以及生活污水中水回用等方面,對(duì)傳統(tǒng)重污染行業(yè)的綠色化、環(huán)?;⒘闩欧呸D(zhuǎn)型提供了技術(shù)保障。
2 電鍍廢水資源化處理技術(shù)
電鍍工業(yè)是金屬表面涂裝行業(yè)的重要分支,是工業(yè)體系中不可或缺的重要組成部分,對(duì)各行業(yè)的影響重大。電鍍產(chǎn)品涉及機(jī)械制造、輕工產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、生活用品、航空航天領(lǐng)域、國防領(lǐng)域、塑料產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域,對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的支撐作用舉足輕重。電鍍廢水是在電鍍生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的特種廢水,其主要成份為電鍍工藝中鍍層金屬離子、電鍍助劑、金屬表面清洗劑、表面活性劑、金屬表面保護(hù)油脂等,鉻、鋅、鉛、銅、銀、金等貴重金屬以及氰化物、氟化物、絡(luò)合物等劇毒成分均會(huì)在電鍍廢水中出現(xiàn),針對(duì)不同的電鍍工藝和電鍍產(chǎn)品其中的成份會(huì)出現(xiàn)顯著的差異。電鍍廢水資源化處理技術(shù)是針對(duì)不同的電鍍工藝的具體需求提供解決方案,目的是將電鍍廢水中的重金屬成分回收,濃縮處理后作為電鍍液從新應(yīng)用到電鍍工藝中去;同時(shí)如氰化物等劇毒電鍍助劑也可以轉(zhuǎn)化成為氰化鈉等有效成份回收最終從新投入電鍍工藝使用;成分份額最大的水經(jīng)過凈化后也直接回用于電鍍生產(chǎn)工藝。這樣以來電鍍廢水被分解為重金屬、電鍍助劑、水三個(gè)資源成份而相繼回用于電鍍工藝中,從而實(shí)現(xiàn)電鍍廢水真正的對(duì)于環(huán)境的零排放資源化回用。
此技術(shù)與傳統(tǒng)電鍍廢水處理技術(shù)區(qū)別在于傳統(tǒng)電鍍廢水處理技術(shù)是通過化學(xué)、物理、生物的方法將電鍍廢水中的各種成份分步驟去除,最終達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)排放到環(huán)境中,純粹為了環(huán)保而進(jìn)行處理,純粹投入而沒有任何經(jīng)濟(jì)效益。電鍍廢水資源化處理技術(shù)是通過膜分離、膜反應(yīng)、物理化學(xué)、電化學(xué)的方法將電鍍廢水中的成份轉(zhuǎn)化為三種資源回收利用,包括重金屬電鍍液、電鍍助劑、水,不向環(huán)境中排放任何污染成份,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。膜分離技術(shù)的出現(xiàn)為電鍍廢水資源化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)成為可能,對(duì)環(huán)境友好型綠色電鍍行業(yè)的興起起到巨大推進(jìn)作用。
3 印染廢水資源化處理技術(shù)
印染工業(yè)是紡織工業(yè)的重要組成部分,與人民群眾的生活起居密不可分。人們的生活用品中一大部分屬于紡織產(chǎn)品,而這些紡織產(chǎn)品的在不同的印染工藝作用下呈現(xiàn)出不同的顏色和圖案,構(gòu)成人類社會(huì)五彩斑斕的生活圖景。印染工藝主要是借助高溫定型、化學(xué)反應(yīng)染色、化學(xué)定型等方法將指定的顏色和圖案在白色的胚布上染色、定型,保證印色和染制的牢固性和耐久性不褪色。印染廢水是印染工藝中水洗、印色、定型、缸染、軋染所產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水,其主要成份包括染料、分散劑、定型劑、柔化劑、光亮劑、水等,由于印染工藝的產(chǎn)量和特點(diǎn)所決定,印染廢水的產(chǎn)生量非常大,中等規(guī)模的印染企業(yè)每日的用水量在1萬噸左右,印染廢水的處理是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的傳統(tǒng)難題,太湖水域的污染和富營(yíng)養(yǎng)化是印染廢水污染的典型例證。印染廢水資源化處理技術(shù)是基于膜分離技術(shù)基礎(chǔ),結(jié)合物、化學(xué)、電化學(xué)的方法,將印染廢水中的染料、印染助劑、水進(jìn)行分步回收,從新投入印染工藝中進(jìn)行使用,從而大大節(jié)約的印染行業(yè)的用水需求,為印染行業(yè)的綠色生態(tài)行業(yè)轉(zhuǎn)變鋪平了道路。
4 垃圾滲濾液零排放回用
垃圾滲濾液是垃圾在填埋和堆放過程中由于垃圾中有機(jī)物質(zhì)分解產(chǎn)生的水和垃圾中的游離水、降水以及入滲的地下水,通過淋溶作用而形成的廢水。
垃圾滲濾液產(chǎn)生量約為垃圾產(chǎn)量的10%,污染物成份復(fù)雜、濃度高、水質(zhì)波動(dòng)大、氨氮和硫化物含量高、不利于生化降解,如果深入地下水系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的污染效應(yīng),嚴(yán)重威脅水環(huán)境安全。
迄今為止,垃圾滲濾液處理仍是污染控制領(lǐng)域公認(rèn)的難題,垃圾滲濾液的處理已經(jīng)成為我國當(dāng)前及今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)環(huán)境污染控制的一項(xiàng)重大課題。
垃圾滲濾液資源化處理技術(shù)是針對(duì)不同的垃圾填埋場(chǎng)和垃圾堆場(chǎng)的滲濾液具體水質(zhì)和水量情況,將滲濾液中的重金屬、氨氮、水進(jìn)行分步提取回收,作為有效利用的資源循環(huán)利用,實(shí)現(xiàn)變毒為寶、轉(zhuǎn)廢物為資源的功效。
垃圾滲濾液資源化處理技術(shù)與傳統(tǒng)滲濾液處理技術(shù)的區(qū)別在于傳統(tǒng)技術(shù)是將垃圾滲濾液中的重金屬、氨氮、有機(jī)物等成分利用物理、化學(xué)、生物的方法進(jìn)行去除,達(dá)到最終出水達(dá)標(biāo)排放的目的;而垃圾滲濾液資源化處理技術(shù)則是基于膜分離技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)合物理、化學(xué)的方法將垃圾滲濾液中的重金屬、氨氮、水等有效成份進(jìn)行回收利用,將純投入的環(huán)保項(xiàng)目轉(zhuǎn)化成為資源回收再利用的清潔生產(chǎn)項(xiàng)目,成為固體廢物資源化領(lǐng)域的延伸和拓展。
5 造紙廢水資源化處理技術(shù)
造紙行業(yè)是一種傳統(tǒng)工業(yè),歷史十分悠久工藝也非常成熟,由于電子行業(yè)和電子產(chǎn)品日新月異取代了部分紙制品的市場(chǎng)份額,加之新材料的誕生也對(duì)造紙行業(yè)產(chǎn)生了不小的沖擊,并且造紙工藝本身產(chǎn)生造紙廢水對(duì)于環(huán)境的污染也是這個(gè)行業(yè)的重要積弊,基于這些原因造紙行業(yè)被人們稱為夕陽行業(yè)之一。