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【關鍵詞】廢塑料,降解塑料,裂解油化,環境保護
1前言
廢塑料自然環境下很難直接被降解,造成嚴重的環境污染;塑料制品在生產過程中加入的大量助劑、填料、溶劑等添加劑,會析出進入環境,從而污染土壤及水體。廢塑料如粘有污染物,會吸引蚊蠅和繁殖細菌,危害人體健康。從能源角度,塑料原料主要來自不可再生的煤、石油、天然氣等化石資源,如果廢塑料不加以控制、回收利用,將加重能源危機。
隨著塑料應用領域的拓寬和使用量的急劇增加,廢塑料的污染問題已越來越為社會所關注。各國紛紛投入大量的人力、物力、財力解決其污染問題,在其替代品開發和回收再利用方面取得了較好的成效。
2廢塑料的環境危害
2.1對生物體的危害
通常組成塑料的高聚物是安全無毒的,但為改善塑料制品的加工和使用性能,一般需添加各種添加劑。例如,在有些聚氯乙烯制品中,加入量達35%~50%甚至更高的鄰苯二甲酸酯類增塑劑,在許多塑料中都加有含重金屬的穩定劑、著色劑,這些添加劑可遷移到外環境。研究發現,這些添加劑在大氣、生物質、水體、土壤以及河流底泥、城市污泥等介質中均有殘留,且分解緩慢,研究表明,鄰苯二甲酸酯類有類雌激素作用,能干擾內分泌,
甚至可能造成生殖功能異常。還有,在其單體聚合以及制品加工過程中會殘留有毒有害的單體和有毒有害的助劑,這些都是潛在的危害因素。
2.2對土壤、水資源的危害
農地膜對提高土地利用率,有效提高農作物的產量和質量發揮了巨大作用。但目前我國使用的地膜多為聚烯烴膜,難以自然降解,破壞了土壤性狀及肥料的均勻分布,影響其水分養分的吸收,阻礙了土壤與外界的空氣交換,使土壤中的微生物難以存活,影響植物根系生長,最終使土壤板結,嚴重的會造成土地鹽堿化,從而導致農作物減產,甚至難以生長。
粘有污物的生活和工業廢塑料無法回收利用,衛生填埋因其體積大而效率低,因其密度小造成填埋場地基松,使垃圾中的有害物質滲入地下,危害地下水及周圍環境。
2.3石化資源的浪費
合成塑料的原料主要是煤、石油和天然氣等化石資源。全世界每年數億噸的塑料消費量,將產生上億噸的塑料廢棄物,如果沒有采取積極的治理措施,將對日益緊缺的化石資源產生巨大的浪費。
3 廢塑料的技術防治措施
作為廢塑料的技術防治措施目前主要是使用降解塑料和循環利用。
3.1開發使用降解塑料
塑料是合成高分子材料,一般在自然環境中的光降解和生物降解速度都比較慢。可降解塑料是一類其制品的各項性能在保存期內可滿足使用要求,性能不變,而使用后在自然環境條件下,能降解成對環境無害的物質的塑料,從而避免破壞環境。 塑料降解主要指大分子鏈的斷裂,主要方式有光降解、化學降解、生物降解,實際應用中往往相互增效、協同使用。
3.1.1光降解塑料
光降解塑料是利用光化學反應使大分子鏈的化學鍵斷裂,塑料失去其物理強度并脆化,在自然力作用下變為粉末,進入土壤,在微生物作用下重新進入生物循環。光降解產品開發早技術成熟,但完全降解不容易,且完全降解的時間長。
3.1.2光-生物雙降解塑料
光-生物雙降解塑料是利用光降解和生物降解相結合制得的一類可降解塑料。和部分生物降解塑料一樣是在母體中加入一些促進其降解的淀粉、纖維素、微生物聚酯、光敏劑、生物降解劑等,產品使用后,在自然條件下,其化學結構完整性受到破壞,降解為水、二氧化碳和其他物質。 此類產品在自然環境中只能降解為細小顆粒,不能完全降解,對環境可能造成更嚴重的二次污染。
3.1.3生物降解塑料
完全生物降解塑料是指可以在自然條件下,能夠100%生物降解的塑料。按其原料來源方式可分為來源于化石資源的化石基生物降解塑料、來源于可再生資源的可再生材料基生物降解塑料以及以上兩類材料共混加工得到的塑料。
化石基生物分解塑料是指主要以石化產品為原料單體,通過化學合成的方法得到的聚合物。如脂肪族聚酯類、聚丁二酸丁二醇酯( PBS)、聚己內酯(PCL)、二氧化碳基共聚物(APC)等。
脂肪族聚酯。主要有PBS和PBSA (聚丁二酸/ 己二酸丁二醇共聚物)。PBS具有與PE、PP相近的優異力學性能,熱變形溫度接近100℃,耐熱性能良好,有能用現有通用設備加工成型的優良加工性能,且已生產規?;伤_發出來的產品有發泡材料、薄膜、注塑制品等。另外為提高材料性能,通過改性得到脂肪族芳香族共聚酯,如PBAT(單體為己二酸、對苯二甲酸、1,4-丁二醇),其有與LDPE非常相似的加工性能,可擠出吹膜,不僅能與其他生物分解塑料如聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、PLA等共混吹膜,還可添加淀粉等天然材料吹膜成型。
聚己內酯(PCL) 是一種由ε-己內酯合成的聚合物材料,具有較好的生物降解性能和生理相容性,是植入人體的首選材料,可用作手術縫合線等體內材料。由于PCL 的熔點低(60℃),加之價格較高,所以很少單獨使用。PCL 常與其他降解塑料共混使用,用作改性材料,以降低成本和改善性能。
二氧化碳基共聚物(APC)屬于脂肪族聚碳酸酯類,是目前生物降解材料的熱門研究課題,因為用二氧化碳氣體為原料合成降解塑料,可利用大量的二氧化碳溫室氣體,既節約了資源,又保護了環境,可謂兩全其美。APC 為二氧化碳(含量50% 左右)與環氧化合物的共聚物。如共聚單體為環氧乙烷,則共聚產物為PEC(二氧化碳/ 環氧乙烷共聚物);如共聚單體為環氧丙烷,則共聚產物為PPC(二氧化碳/ 環氧丙烷共聚物);如共聚單體為環氧丁烷,則共聚產物為PBC(二氧化碳/ 環氧丁烷共聚物)。目前產業化的有二氧化碳與環氧乙烷或環氧丙烷的共聚物。制約APC 發展的是環氧乙烷或環氧丙烷的價格高,合成催化劑價格高且供應緊張,造成成本居高不下。中山大學孟躍中教授改進的優化合成工藝預計可降低60% 的成本,價格接近通用塑料。APC 合成技術我國處于世界領先地位,目前只有我國的企業有規?;a,APC 類塑料突出的優點是其氣體阻隔性比PET 和PA6高,接近EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物)。
可再生材料基生物降解塑料又分為天然材料基生物降解塑料和生物基生物降解塑料。直接以天然聚合物如淀粉、纖維素、甲殼素、大豆蛋白等以及其衍生物或混合物為原料成型制成的生物分解塑料為天然材料基生物降解塑料,其中工業化的有熱塑性淀粉和植物纖維模塑,但其性能穩定性及價格影響其應用普及。生物基生物降解塑料是利用可再生天然生物質資源,通過微生物發酵或發酵產生的乳酸等單體合成的聚合物。如聚羥基烷酸酯類(PHA)、聚乳酸( PLA) 等
PHA為聚羥基烷酸酯類降解塑料,目前產業化品種有:第一代產品PHB(聚3-羥基丁酸酯),第二代產品PHBV(3-羥基丁酸與3-羥基戊酸共聚物),第三代產品PBHH(3-羥基丁酸與3-羥基己酸共聚物),第四代產品P34HB(3-羥基丁酸與4-羥基丁酸共聚物)。PHA類屬于典型的生物降解塑料,具有綜合性能好、綠色環保等優點,缺點為原料價格較高。
聚乳酸(PLA)是目前產量最大、應用最廣的合成降解塑料,也是目前降解塑料中價格最低的品種,屬于典型的生物降解塑料。PLA 的主要缺點是脆性大、耐熱溫度低及氣體阻隔性差。目前針對PLA 脆性及耐熱溫度低的改性已取得重大成果,已廣泛用于流延薄膜、片材、板材、注塑和紡絲等產品中。
共混生物分解塑料是指利用上述幾種生物分解材料共混加工得到的產品。如PBS與淀粉、木質素、秸稈、殼聚糖以及各種棉麻纖維等的共混改性,既使共混后的復合材料可降解,又有效降低成本,還能充分利用天然材料,做到綠色低碳環保。
3.2廢塑料循環利用
廢塑料的處理方式目前主要有填埋、焚燒、熔融再生、和裂解轉化等方法。塑料填埋方法簡單、處理能力大,但不能有效利用資源,且塑料在土壤中長期不能分解,使土壤處于不穩定狀態,并產生二次污染;塑料焚燒可以回收熱能,但燃燒不完全,產生大量有害氣體,特別是二f英等有毒有害物質,對生態環境和人類健康產生嚴重影響;由于廢塑料的多樣性和混雜性,熔融再生法得到的復合再生塑料性質不穩定,易變脆,存在質量問題和二次污染問題。廢塑料裂解轉化制液體燃料(汽油、柴油等)或化工原料,不但能有效解決廢塑料污染問題,還可在一定程度上緩解能源緊缺狀況,可成為最有效的塑料回收利用途徑。
廢塑料裂解油化技術是指通過加熱或同時加入一定的催化劑,使塑料分解制取燃料油和燃料氣的資源化利用方法。按裂解原理可分為熱裂解法、催化裂解法、熱裂解-催化改質法和催化裂解-催化改質法。熱裂解法是通過提供熱能,使廢塑料大分子裂解,生成單體或低分子化合物,是最簡單的廢塑料裂解法;催化裂解法是熱裂解與催化裂解同時進行;熱裂解-催化改質法是先進行熱裂解,然后對熱裂解產物進行催化改質;催化裂解-催化改質法是先進行催化裂解,然后對催化裂解產物進行催化改質。
通過催化作用,可有效降低裂解溫度,并根據目的產物不同對產物選擇性進行有效調控。催化劑性能直接決定芳烴、低碳烯烴等化工原料或液體燃料的產率與質量,在適當的催化劑和催化條件下,PE、PP、PS等可完全轉化,且PS為裂解原料時,可以生成較高含量的苯乙烯單體。催化劑是廢塑料催化轉化技術的關鍵,也是限制其發展的重要因素。
目前,裂解油化新技術在市場上飽受追捧。美國、英國、加拿大、日本等發達國家,許多公司都已實現熱裂解油化技術的產業化。上海同濟大學與北京裂源環保技術設備有限公司、上海纖和環??萍加邢薰镜嚷摵瞎リP,已取得重大進展。研制的裂解爐,可連續穩定生產。產氣率約15%~20%(wt%),產油率達到65%以上(按塑料量計),可以處理廢塑料含量在30%以上的生活垃圾100噸/天,整個系統廢塑料裂解的油、氣、碳產品轉化率不低于廢塑料自身質量的99%,具有明顯的社會效益和經濟效益。
4 結束語
現階段,由于可降解塑料的消費量只占塑料年消費量的1%左右,大量使用的是不可降解的石化原料生產的塑料,因此,降解塑料新技術的推廣應用及廢塑料裂解油化技術相結合才能有效減少廢塑料對環境的污染。
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記者:通常說到解決污染問題,人們想到最多的是工業污染,禁止工業污水傾倒等等,您提出來的解決污染問題卻是從生活污染角度出發的。您能給我們談談您提出這一方案的背景和出發點嗎?
李壯:曾經有文獻做過這樣的調查報道,“從1852年英國誕生第一座沖水公廁開始,水沖廁所逐漸在世界范圍內普及。水沖式廁所對改善人類的生活環境,防止糞源性疾病的流行起到了重要作用。但水沖式廁所也是污染環境的一個主要根源。據統計,每人每天大約上廁所6~8次,一年大約2500次。成年人每人每年平均產生糞尿約550l,其中糞便約50l尿約500l,COD約30kg糞尿中所含的養份以氮、磷、鉀為主。含氮4.5kg磷0.8kg鉀1.8kg這些養份80%以上存在于尿中水沖式廁所每次需用6-13自來水沖洗,即用99%的清潔水沖洗1%的糞便,產生100%的生活污水。據測算,沖廁用水約占生活用水量的20%全國城鎮人口每年沖廁用水不低于50億噸相當于25座中型城市的年供水量。生活污水中人體糞便是地表水富營養化的主要原因。據中國科學院地理與湖泊研究所的調查和研究認為:太湖流域各種途徑對太湖水體磷的貢獻率依次為:人體(糞便)排磷43 57%,洗衣排磷16.1%,畜禽排磷12.51%,農業(化肥流失)排磷11.89%,工業(污染)排磷7.41%,水產養殖排磷5.30%,其它排磷3.22%。在江河湖海中有70%的氮也來源于生活污水?!?/p>
根據2008年度的環境統計年報報道的數據,當年全國的廢水排放總量為571.7億噸,其中工業廢水排放量占廢水排放總量的42.3%,生活污水排放量占廢水排放總量的比例高達57.7%。全國廢水中化學需氧量排放量為1320.7萬噸,其中生活污水化學需氧量排放量占化學需氧量占排放總量的65.4%;全國廢水中氨氮排放量127.0萬噸,生活污水氨氮占到氨氮排放總量的76.6%。
據統計,當年全國共有1692座城市污水處理廠,全年共處理廢水237.3億噸。其中,生活污水202.9億噸,占到總處理水量的85.5%,其中僅城鎮生活污水處理率就達到57.4%。我國的遼河、海河、淮河、長江、黃河、松花江和珠江七大流域的污水治理設施的年運行費用在351.6億元,城市生活污水處理率為57.0%。
在國家的“十二五”環境保護規劃中,主要著力削減化學需氧量和氨氮排放量,規劃將化學需氧量排放總量由2010年的2551.7(萬噸)降低到2015年的2347.6(萬噸);氨氮排放總量由2010年的264.4(萬噸)降低到2015年的238(萬噸)。為了實現這一目標,國家還啟動了建國以來投資最大的水污染治理科技項目,總經費概算三百多億元的水體污染控制與治理科技重大專項(水專項)。
從以上數據我們可以得知,一方面,人類糞便處理造成了大量寶貴的水資源的浪費,污染了環境,人們不得不投入大量的資金建設污水收集與處理系統;另一方面,巨量化肥的使用不僅降低了土壤質量,而且進一步污染了地下水及河流。我們很早就意識到:如果能將糞便單獨收集、集中處理就可以變廢為寶,從源頭上解決糞便污染,大大降低生活污水中的化學需氧量和氨氮排放量。而且,從現有技術發展來講,具有實施的可能性。進一步延伸,還有可能同時解決餐廚垃圾對環境的污染。
但是,由于沖水馬桶在世界各個城市及富裕地區的普及,城市居民打開水龍頭就能得到自來水,如廁之后一按按鈕馬桶就會出水,將排泄物沖走;很少有人關心這些自來水是從哪里來的,以及那些排泄物進入下水道之后去了哪里。要改變人們的“方便”系統,非常困難。然而,來自互聯網的一則消息為解決“將糞便單獨收集、集中處理、變廢為寶,從源頭上解決糞便污染”,這一難題找到了突破口。
記者:您所講的突破口是什么?
李壯:2011年11月15日,云南省盈江縣委副書記在微博上發帖稱盈江地震災區盞西鎮中心寄宿制小學是一所山區小學,共有師生1000多人,全校卻只有男女各七個蹲位的小廁所。每到早操結束或課間休息時,廁所都非常擁擠,要排長長的“方便隊”。該小學一老師說,“……大部分學生都去這個廁所方便,課間休息15分鐘,一直都很擠,學生們需要排隊如廁。確實有個別學生靠每天少喝水來減少去排隊?!薄袄蠋焸儾扇×苏{劑措施,學生上課后,老師講完課程或者抽空去上廁所……”該縣委副書記呼吁:“孩子們希望能有一個大廁所,希望有能力的人們能幫助解決這個難題!”
因為我的童年時代是在陜北度過的,曾經在農村城鎮的學校就讀,所以對微博上的這條消息感同身受。目前我國許多農村城鎮學校仍然以使用旱廁為主,衛生條件差,夏天蚊蛆四串,蒼蠅亂飛,臭氣熏天,即便如此,相當多的農村城鎮學校仍然由于蹲位少,存在如廁困難的問題。
我們本著因地制宜、就地取材的原則,提出了簡潔而有效地“零污染、零感染、零廢棄物排放,變廢為寶”解決方案。
盡管目前的方案比較實用,還可以解決沒有衛生間的家庭在室內大小便的問題。但還比較簡陋。然而,對于沒有水沖廁所,甚至旱廁也不夠的農村城鎮來說具有必要性和可行性。并可以在使用過程中進一步發現問題、解決問題,為全面推廣提供經驗教訓。成為“由農村包圍城市”,向全人類推廣“零污染、零感染、零廢棄物排放,變廢為寶”如廁方式的突破口。
記者:您是研究應用化學和電分析化學專業的,不僅是電分析國家重點實驗室的研究員.博士生導師,而且還曾在德國著名的Jena分子生物技術研究所分子細胞和電子顯微學實驗室擔任客座科學家。是什么力量促使您關注到“如廁”這一看似不起眼的問題的?
李壯:這些年來,我主要從事DNA與蛋白質相互作用、掃描探針顯微學及納米化學領域的研究工作,曾經提出了利用原子力顯微鏡制作基礎因組DNA高分辨物理圖的概念,改進和發展了DNA、單鏈DNA及DNA/限制性內切酶EcoRI在DNA質粒pBR 322上酶切點和星號活力高分辨物理圖,成功獲得了人類基因組130kb-190kb BAC DNA克隆分子展開形貌圖,為發展快速、精
確、簡便的用于解決大規模DNA測序中排序與組裝困難的高分辨物理圖提供了可能。近年又負責973項目“納米材料與納米技術在水污染物檢測與治理中的應用基礎研究“課題“基于納米材料與納米技術發展高效、快速、智能檢測表征系統的新原理、新方法”作為一名科學家,研究工作不能局限在書齋和實驗室,應該放眼到外界更廣闊的天地里。
我們從事科學研究目的是為人類提供更好的生活、生存環境,解決國家、人民切身相關的實際問題。我童年時期在陜北的生活經歷給我留下了非常深刻的印象,所以我了解農村城鎮學校、家庭如廁難這一實際問題。有人曾經說過,人不吃飯可以堅持生存一個月,不喝水能夠維持生存一個星期。但是,人不大小便能夠堅持多長時間?如廁問題看上去簡單,實際上是人類最基本、最重要的生命活動內容之一。目前水沖廁所雖然方便,但后果是浪費了資源,污染了環境。人們不得不花大力氣治理。
記者:您能給我們具體介紹一下您所研究的解決污染源頭.改善如廁環境的方案以及這一方案的特點嗎?
李壯:要在農村城鎮學校推廣必須考慮經濟性和實用性,我所提的方案特點是“零污染、零感染、零廢棄物排放變廢為寶”,而且簡便易行。
具體到方案本身,因為關系到如廁問題,其實本方案可以按照大便和小便的步驟來區別劃分。1.小便:步驟:A.將飲料瓶用剪刀剪成塑料杯作為支撐物。B.將一次性不透明可降解塑料袋放入塑料杯,可降解塑料袋袋口粘有封口膠帶或扎口絲。C.將小便便入可降解塑料袋后,用粘在袋口的封口膠帶或扎口絲將裝有尿液的塑料袋密封。D.將密封的裝有尿液的塑料袋從支撐的塑料杯中取出,放到指定的地方集中處理。E.將支撐的塑料杯歸還或放到指定位置以便重復使用。如果希望能夠進一步降低費用,用口徑較大的帶蓋的飲料瓶也可以。小便后,將瓶中尿液倒入指定的尿液收集桶,空瓶蓋蓋后可重復使用。(當然,為了避免交叉感染,最好每個人用自己的尿瓶)。而且經過適當的練習這一方法也可適用于女性。
2.大便:步驟:A.將塑料便盆(淘寶價格5元/個)作為支撐物。B.將一次性不透明可降解塑料袋放入塑料便盆,可降解塑料袋袋口粘有封口膠帶或扎口絲。C.將大便便入可降解塑料袋后,用粘在袋口的封口膠帶或扎口絲將裝有大便及手紙的塑料袋密封。D.將密封的裝有大便及手紙的塑料袋從支撐的塑料便盆中取出,放到指定的地方集中處理。E.將塑料便盆歸還或放到指定位置以便重復使用。
3.使用場所:本方案無需構建特殊建筑,只要能將男女分開,各自擁有隱秘空間即可。甚至下課后可以在教室或禮堂用布或不透明塑料布拉成隔離空間,分別供男女當廁所用,大小便后將密封在塑料袋中的大小便放到指定的地方,將布或不透明塑料布撤離之后,教室或禮堂即又可正常使用。此外還可采用更簡單的辦法:下課后將教室分為男教室和女教室,在規定的時間內分別用作男廁所和女廁所,規定的時間結束后恢復原教室。其實在任何地方拉個簾子形成隱秘空間,都可以方便,將簾子撤掉又可還原原來空間,但是如果有條件還是建議建造專門使用地方。
4.集中處理:A.在大小便的場所或指定其他地方放至少帶有兩個容器的車(或手推車)用于分別收集小便和大便,容器中放大的較結實的塑料袋,當快收集滿時,將袋口密封進一步保證沒有臭氣泄露。B.將密封的塑料袋中的大小便運到指定的地方堆肥還田,或制造有機化肥,制造沼氣或制備生物燃料。小便還可以賣給生物公司提取尿激酶等。
由于本方案采取將大小便密封在一次性不透明可降解塑料袋中,解決了臭味問題,也解決了蚊蛆蒼蠅寄生蟲及交叉感染問題。但要求教育使用者必須習慣將塑料袋口封閉,嚴格管理。
原則上本方案可用于解決任何多人同時如廁、可以解決沒有衛生間的家庭在室內大小便的問題。由此擴展,原則上本方案可以解決人類的如廁問題。當然,在技術和加工制造及管理方面需要根據實際情況相應地改進和發展。要全面推廣,必須進一步研究和發展完善更方便的全自動技術。
記者:您認為您的研究方案還有哪些需要改進和注意的地方?
【關鍵字】生物降解;高分子;材料
隨著經濟的不斷發展,人們生活水平的不斷提高,大量的高分子材料在各個領域發揮重要作用,而廢棄的高分子材料對環境的污染也日益嚴重。廢棄塑料的處理方法主要分為掩埋和焚燒,這兩種方法都會產生新的污染物污染環境。針對這一問題,許多國家實行了3R工程,3R指的是減少使用(Reduction)、重復使用(Reuse)、循環回收(Recycle)。但這只是減少了廢棄塑料的使用,沒有從根本上解決問題。如今,各種存在的處理廢棄塑料的方法都會造成污染,因此研究與開發環境可接受的降解性高分子材料是解決環境污染的重要方法。
1生物可降解高分子材料的用途
生物可降解高分子材料也被稱為“綠色生態高分子材料”,它在環境日益污染的今天發揮著重要的作用,主要分為以下幾個部分。
1.1解決環境污染問題
利用生物可降解高分子的生物可降解性有效解決環境污染問題。據統計,目前世界的高分子材料的產量已經超過1.2億噸,這些高分子材料在被使用后產生了大量廢棄物,這些廢棄物變成污染源,造成地下水與土壤的嚴重污染,進一步危害動植物的生長,對人類更是極其不利。20世紀90年代初期,在可以用來處理固體廢物垃圾填埋的場地用完以后,一些發達國家開始向落后國家出口垃圾,這一行為對發展中國家的影響是巨大的。一系列環境危機引發了人類的覺醒,發展可降解的環境友好型的材料成了科學家們的主要研究的方向,生物可降解高分子材料的出現為人類解決了這一難題,它能在一定條件下,利用微生物分泌酶的作用進行分解,大大減少了對環境的污染。
1.2生物可降解高分子在醫療器材中的使用
利用生物可降解高分子的特性可以制作生物醫用材料。使用可降解高分子制作成的藥物可以在人體內分解,參與人體的新陳代謝。在生物可降解分子研究的初期,研究內容主要集中于部分降解的可崩潰型高分子材料的研究,但現在這一研究已經逐漸被否定。目前許多國家仍然在不斷研究與發展生物可降解性的高分子材料,然而由于技術水平與成本的制約,生物可降解高分子的研究還沒有達到令人滿意的程度。
1.3生物可降解高分子材料在包裝行業中的應用
眾所周知,包裝行業中使用高分子材料的情況非常多,大量的廢棄包裝材料對環境的污染程度是可想而知的。目前市面上各種包裝材料主要以聚乳酸為首。聚乳酸具有良好的隔水性和透明性。作為基本材料的乳酸是人體可接受的固有物質之一,這使得聚乳酸對人體無毒無害,被廣大消費者接受。而傳統的包裝材料由合成樹脂構成,由于傳統樹脂的分解性不強,廢棄的包裝材料造成了40%的城市垃圾,成為最主要的環境污染源。
2生物可降解高分子的降解機理
生物降解指微生物的分解作用,在高分子領域指的是高分子材料在溶劑化,簡單水解和酶反應等條件下,轉化為相對簡單的中間產物或小分子的過程。高分子材料的生物降解主要由水合作用,強度損失,物質整體化喪失和質量損失4個階段組成。水合作用是指由范德華力氫鍵所維系的二次、三次結構的破裂而引發的水合作用。接下來在化學作用或酶的催化作用下,高分子主鏈可能破裂,造成高分子材料的強度降低。而高分子主鏈、交聯劑、外懸基團的開裂會進一步造成交聯高分子材料強度的降低,高分子鏈進一步斷裂。高分子鏈的不斷斷裂造成質量損失和相對分子質量的降低,相對分子質量低到一定程度后就會被酶分解代謝稱為水和二氧化碳等。由此可見,生物的降解過程并非是單一的化學反應,而是復雜的生物物理,生物化學的協同作用,是物理化學生物相互影響促進的過程。
3影響生物可降解高分子降解性的因素
3.1生物高分子的分子主鏈的影響
四大通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯都具有C―C鍵為主鍵的結構,使得它們對微生物的阻抗性很高,而根據研究表明,當聚合物的主鏈上含有C-O,C-N鍵時,聚合物對生物降解的敏感性大大提高。因此,根據共聚原理,想要制備出生物降解塑料就必須要在聚合物中引入易于生物降解的化學鍵。
3.2支化與分子量對生物高分子降解的影響
國外研究表明,對分子量范圍為170~620的線性與支鏈型碳氫聚合物的生物降解性進行分析比較,結果表明支鏈型聚合物的真菌生長速度與線性聚合物相比明顯小得多,也就是說線性的碳氫聚合物更易于降解。同時分子量的大小對高分子材料的影響也是巨大的,例如PS、PE、聚丁二烯和聚異丁烯只有在分子量小于特定值后才能夠被菌種所分解。
3.3降解環境對生物高分子降解的影響
雖然材料結構是決定生物大分子降解的主要因素,但是環境對生物大分子材料的降解也有一定的影響作用。降解環境主要指降解過程中的水,溫度,酸堿度和氧濃度等。水是微生物生長與代謝的基本條件,只有水的供應量足夠,微生物才可以進行分解材料。而溫度對微生物也有影響,每一種微生物都有適合其生長的最佳溫度與酸堿度,一般來說真菌生長在酸性條件下,而細菌在堿性條件下的生長更加迅速,想要提高降解效率,就必須要保證微生物的正常生長,為微生物提供合適的溫度,酸堿度等生長環境。
4生物可降解高分子的前景展望
由于我國生物高分子技術的研究并不成熟,國內的生物可降解高分子的開發與應用還存在一些問題。比如:產品價格過高,產品的性能和用途受到限制,產品生產技術不夠成熟等。盡管高分子市場存在許多不足,隨著人們環保意識的增強和我國環保法規的不斷完善,生物可降解高分子的市場仍在迅速增長。塑料薄膜、包裝材料、醫用材料等領域生物可降解高分子材料的研究將會得到更好的發展。目前針對如何解決市場出現的問題,研究者正在不斷努力,降低開發生產成本,對現有的可降解高分子進行性能改進,以獲取更高質量的高分子材料。研究開發低成本,高性能,具有降解時控性,高效性和徹底性的生物高分子材料成為高分子領域的主要研究方向。
【參考文獻】
[1]王身國.生物降解高分子――一類重要的生物材料 1.脂肪族聚酯的本體改性[J].高分子通報,2011,(10):1-14.
關鍵詞:白色污染 塑料 防治
所謂的“白色污染”,是人們對塑料垃圾污染環境的一種形象稱謂。是一次性難降解的塑料包裝物,它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各類生活塑料制品使用后被棄置成為固體廢物。
城市塑料垃圾的消耗量、廢棄量十分驚人。在“白色垃圾”中,污染最明顯、最令人頭痛、群眾反映最強烈的,是那些遍布城市街頭的廢舊塑料包裝袋,一次性塑料快餐具。據有關部門統計,僅以一次性塑膠泡沫快餐盒為例,我國全年消耗量達4億至7億個。
一、“白色污染”的現狀及其危害
塑料包裝材料在世界市場中的增長率高于其它包裝材料,19901995年塑料包裝材料的年平均增長率為8.9%。
我國是世界上十大塑料制品生產和消費國之一。包裝用塑料的大部分以廢舊薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式,被丟棄在環境中。這些廢舊塑料包裝物散落在市區、風景旅游區、水體、道路兩側,不僅影響景觀,造成“視覺污染”,而且因其難以降解對生態環境造成潛在危害。
“白色污染”,的主要危害在于“視覺污染”,和“潛在危害”:
(1)“視覺污染”。在城市、旅游區、水體和道路旁散落的廢舊塑料包裝物給人們的視覺帶來不良刺激,影響城市、風景點的整體美感,破壞市容、景觀,由此造成“視覺污染”。
(2)“潛在危害”。廢舊塑料包裝物進入環境后,由于其很難降解,造成長期的、深層次的生態環境問題。首先,廢舊塑料包裝物混在土壤中,影響農作物吸收養分和水分,將導致農作物減產;第二,拋棄在陸地或水體中的廢舊塑料包裝物,被動物當作食物吞入,導致動物死亡(在動物園、牧區和海洋中,此類情況已屢見不鮮);第三,混入生活垃圾中的廢舊塑料包裝物很難處理:填埋處理將會長期占用土地,混有塑料的生活垃圾不適用于堆肥處理,分揀出來的廢塑料也因無法保證質量而很難回收利用。
目前,人們反映強烈的主要是“視覺污染”問題,而對于廢舊塑料包裝物長期的、深層次的“潛在危害”,大多數人還缺乏認識。
二、對于危害嚴重的白色污染,世界各國的態度如何
世界各國已經被難纏的“白色污染”困擾多年,對于抵制“白色污染”更是各出奇招。
歐洲的很多國家的超市都采取出售一次性購物袋的辦法控制購物袋的使用量,事實證明,運用經濟杠桿應對“白色污染”是個行之有效的辦法。
立法禁止使用塑料袋是應對“白色污染”的官方舉措。美國的舊金山市是美國第一個封殺塑料袋的城市。2007年3月27日,美國舊金山市議會通過一項法案,限令舊金山的超市、藥店等零售商分別在6個月和1年內停止使用化工塑料袋。該法案規定,超市和藥店零售商只允許向顧客提供紙袋、布袋或以玉米副產品為原料生產的可降解塑料袋,化工塑料袋被嚴格禁止。如果不想被罰款,商家就只能乖乖地放棄使用塑料袋。實施這項禁令后,每年將節省45萬加侖的石油,也省卻了1400噸垃圾填埋的麻煩。
韓國政府從1999年起要求全國商場超市不再免費提供塑料袋和紙質購物袋。為推行和宣傳這項措施,韓國政府當時在全國張貼了10萬張宣傳畫,分發了20萬份宣傳冊和6.5萬個環保購物袋。新加坡也從去年開始舉辦“自備購物袋日”活動,每逢星期三,新加坡全國206家超市就會以非強制性的方式鼓勵消費者少用塑料袋。
世界上其它國家也醞釀出臺相關的法律法規,遏制“白色污染”。法國將從2010年元旦起,在全國范圍內禁用不可生物降解塑料袋。澳大利亞環境、遺產和藝術部長彼得·加勒特宣布,澳大利亞的超級市場將分階段停止使用塑料購物袋,這項計劃將于2008年底前開始實施。
在我國,如何防治“白色污染”,保護好城市生態環境呢?有關專家提出以下防治措施:
(1)將“白色污染”防治工作納入法制化軌道。目前,國家對此末專門立法,廣大群眾希望有關法規盡快出臺。
(2)制定中長期治理規劃。非降解塑料制品從城市生活中“退位”已是必然趨勢。這就要求人們應當有個緊迫觀念,為其做兩種準備,一是找出路;二是制定時間表。有關部門要在根治污染、減經污染、預防污染三個層次上規定任務、明確責任,使“白色污染”的治理有步驟、有目標、有期限地穩妥展開。
(3)重視“白色污染”防治;的科學研究和技術攻關。大力支持可降解型“綠色”替代產品的研制、生產、銷售和使用。
(4)增強全民環境衛生意識,把“白色污染”防治作為“兩個文明”建設和綜合整治城市環境的重點內容來抓。
(5)狠抓污染源頭治理,實行減量化、無害:化和省資源化、再資源化原則。一方面要抑制:“白色污染”量,另一方面強調“白色垃圾”的回收利用。
抵制“白色污染”的沖鋒號已經在全球吹響,公眾、商家、政府一個都不能少。
三、結語
隨著白色污染問題的不斷惡化和人類對其環境的重視,消除白色污染愈來愈受到人們的重視。完全生物降解高分子材料由于其生產成本太高,用途難以進一步擴大,而淀粉基降解塑料在淀粉基降解后,殘余的碎片并不能完全降解,其分解產物是否會造成二次污染尚不明確。如何解決目前的環境問題,筆者認為首先應強調廢舊塑料的回收、分類、加工,使有限的資源循環利用;其次是強調全民行動起來,響應號召,拒絕使用一次性塑料袋,改用溫馨可愛結實耐用可長期使用的布袋。相信在不久的將來,白色污染物從我們身邊永遠消失不見……
參考文獻:
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在當前商品經濟的時代,商品包裝要想吸引消費者的目光,單靠漂亮、個性的外觀是不夠的,必須讓商品包裝更加綠色化、環?;绱瞬拍茏屜M者買得放心、用得放心,同時滿足消費者的環保心理。因此,企業為了使商品更加暢銷,就必須在商品的綠色包裝上下工夫,重視商品綠色包裝的材料選擇與再利用問題,以此實現綠色包裝設計取得更大的成效。
綠色包裝設計的材料選擇
綠色包裝設計中,材料選擇是非常關鍵的環節,材料選擇的科學性,對于綠色包裝設計的環保能力、再利用能力都有著明顯影響。以下是綠色包裝設計在材料選擇方面的幾個重點內容:
1.包裝材料的可降解性
目前,商品包裝普遍采用塑料包裝,在包裝丟棄到土壤中后,降解能力很差,很容易造成環境污染。為了實現綠色包裝的包裝設計理念,應當在商品包裝設計中選擇可降解的材料,至少是容易降解的材料。比如,紙包裝、木質包裝、可降解塑料包裝等。通過一系列的調查發現,隨著消費者環保意識的增加,消費者普遍對于綠色包裝的商品更加偏愛,因此,包裝材料具有可降解性,在一定程度上也會增加商品的銷量,讓商品贏得更多消費者的認可和喜愛,如此增加產品銷量。
2.盡量不在包裝內部涂化學材料
在商品包裝尤其是食品包裝的內部,經常有涂或鍍化學材料的情況,比如方便面、膨化食品等??茖W實驗表明,商品包裝內部涂或鍍的化學材料中含有汞、鉻等重金屬材料,對于人體健康非常不利,將其丟棄到自然界中后,對于自然環境也會產生比較嚴重的危害。因此,為了使商品包裝更加綠色、環保,應當盡量不在商品包裝上涂化學材料,尤其是食品包裝,這也是出于對食品使用者健康的考慮。相信隨著人們對于商品包裝材料認識的增加,人們會越來越反感在包裝內部涂化學材料的商家,屆時,在商品包裝內部涂化學材料的行為將會成為商品銷量增加的阻礙。
3.使用簡易包裝
從目前來看,商品包裝無論選用什么樣的材料,終究會對環境產生一定的危害,也會對人體的健康產生一定的危害。因此,為了使商品包裝材料的危害盡可能減少,應當在商品包裝過程中,盡可能使用簡易包裝,減少包裝材料的使用,從而在一定程度上降低商品包裝材料帶來的危害。此外,采用簡易的包裝,也可以節省商品包裝材料,對于商品生產廠家來說,也是一種成本的節約。
綠色包裝設計材料再利用
為了使商品包裝材料體現綠色理念,不僅要重視商品包裝材料的選擇,還應當重視商品包裝材料的再利用,從而降低包裝材料進入自然界對自然界造成的危害。商品綠色包裝材料的再利用,可以從以下幾個方面入手:
1.循環利用玻璃包裝材料
在商品包裝材料中,玻璃包裝材料的循環利用是相對方便的,也是目前再利用最廣泛的包裝材料。循環再利用玻璃包裝材料,一方面要重視對于玻璃包裝材料的回收,另一方面,應當積極引進先進的玻璃再造技術,使回收的玻璃材料可以通過科學的手段實現再利用。
2.循環利用紙包裝材料
循環利用紙包裝材料,可以極大地降低廢紙的浪費,增加紙的利用價值,降低包裝材料的生產費用,增加企業生產效益。通過大量回收廢紙包裝,可以將廢紙通過處理后制成紙漿模塑制品和新型復合材料,在實現紙材料再利用的同時,還增加了紙的利用價值,讓先進的紙處理技術使紙產品的功能得到了進一步的提升。
3.循環利用金屬包裝材料
在商品包裝材料中,金屬包裝相對應用較少,因為其造價相對比較昂貴。但是,對于金屬包裝材料的再利用,同樣應當重視,而且金屬材料再利用的能力和價值也比其他材料更高。對于金屬包裝材料的再利用,首先應當對金屬的種類進行科學區分,然后通過相應的技術,實現對于金屬材料的融化、重塑,使其重新產生應用價值。
總結
包裝材料的綠色,指的是三方面的內容,即環保性、可回收性和對人體無害性。因此,為了真正實現包裝材料的“綠色”,就必須從以上三個方面著手進行考慮,在重視包裝材料對人體健康的影響的同時,也應當重視包裝材料對環境的污染情況,并注重對包裝材料的再利用。相信隨著生產廠家和消費者對于包裝材料的“綠色”的認識越來越深入,包裝材料的環保性和可回收性必將得到進一步的提升。