环境材料与导论论文

生物资源材料与未来化学纤维工业的发展当你从食品店买回糖果、糕点的时候，当你从服装店选购了称心服装的时候，当你从家用电器商场抬回称心电器的时候，甚至当你从菜摊上买回新鲜蔬菜的时候，带回来的包装，几乎无一例外都是塑料袋，当这些塑料袋完成了它的使命之后，如何处理就牵扯到了我们的环境保护意识和环境保护观念。

当然，作为学习高分子材料与工程的一名学生，经过专业课的学习，我知道高分子已经渗透到我们的衣食住行中，正因为这样高分子的发展会给环境和人类的生存带来巨大地影响。

随着中国经济的发展，难降解的持久性有机物污染开始显现。

国际上今年签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，其中确定的首批禁止使用的12种持久性有机污染物在中国的环境介质中多有检出，中国是公约的签字国。

这类有机污染物具有转移到下一代体内，并在多年后显现其危害的特点，也被称为"环境激素"或"环境荷尔蒙"，危害严重。

目前这类有机污染物广泛存在于工农业和城市建设等使用的化学品之中，那么天然高分子材料的经济性循环就应运而生，成为时代的宠儿，企业通过经济性循环可以追求更高的效益，最重要的是在一定程度上减轻环境的污染。

一．天然高分子材料的经济性循环高分子材料自上世纪问世以来，因具有质量轻、加工方便、产品美观实用等特点，颇受人们青睐，广泛应用于各行各业。

随着聚合物合成方法的改进，结构修饰与分子设计水平提高和共混改性技术的完善，实现了在分子水平上研究高分子的光电、磁等行为，揭示分子结构和光电、磁等特性的关系导致更新的功能高分子材料的出现。

近年来功能性高分子材料，如智能高分子材料，高性能高分子材料和环境友好高分子材料等相继问市，为高分子材料应用于大型制件和工程提供了技术支持。

高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维。

在二战以前，由于天然高分子材料来源丰富，人工合成高分子工业发展缓慢。

但随着战争的爆发, 天然橡胶、棉花等天然高分子材料开始紧缺, 迫使人们去探索合成人造高分子的途径。

与此同时，高分子材料的大量使用及废弃后的不适当处置引发了诸如白色污染之类的问题制约了高分子工业的发展。

况且，高分子材料的原料是石油和天然气，都是不可再生的资源。

近年来，石油原料的有效开采储量迅速下降，能源价格不断上升，更加速了废旧高分子材料的资源化进程。

由于高分子材料具有许多优良性能，适合现代化生产，经济效益显著，且不受地域、气候的限制，因而高分子材料工业取得了突飞猛进的发展，成为对人类最为重要的材料；但是，高分子材料的化学稳定性使其消费产物对环境造成了巨大的压力。

循环利用废旧高分子材料资源化是处理废旧高分子材料、保护环境的有效途径。

无论是从环境科学的原理着眼,还是从环保和节约资源的角度看,废塑料资源化不仅可以消除环境污染,而且可以获得宝贵的资源和能源,产生明显的环境效益。

以下就是高分子经济性循环的几种方法，做简要介绍。

第一，物理循环利用物理回收循环利用技术主要是指简单再生利用和复合再生利用。

简单再生系指回收的废旧塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒后直接进行成型加工，如聚氯乙烯废旧硬质板材、管材等硬制品经过上述处理后可直接挤出板材,用于建筑物中的电线护管。

这类再生利用的工艺路线比较简单,且表现为直接处理和成型；但因未采取其他改性技术,再生制品的性能欠佳,一般只做档次较低的塑料制品。

第二，改性再生利用是指将再生料通过机械共混或化学接板进行改性，如增韧、增强并用,复合活性粒子填充的共混改性,或交联、接板、氯化等化学改性,使再生制品的力学性能得到改善或提高,可以做档次较高的再制品。

这种改性再生利用的工艺路线较复杂,有的需要特定的机械设备。

塑木技术使用木粉式植物纤维高份额填充聚乙烯和聚丙烯树脂,同时添加部分增黏及改性剂经挤出、压制或挤压成型为板材,可替代相应的天然木制品,除具有木材制品的特性外,还具有强度高、防腐、防虫、防湿、使用寿命长、可重复使用、阻燃等优点。

近年来，国内外塑木板材制品的技术开发和应用发展迅速。

木粉填充改性塑料国外早已开始研究，但高份额的木粉填充则是近几年才有较大发展。

在日本，有名的“爱因木”就是该类产品；加拿大的协德公司也已开发出类似的塑料制品；奥地利辛辛那提公司及PPT模具公司开发出各种塑木板材制品；我国唐山塑料研究所、国防科技大学、广东工业大学等早些时候，在低份额木粉改性填充树脂体系中，进行塑木产品专用设备的开发。

目前，塑木板材主要使用在如下场合：公园、建筑材料、隔音材料、包装材料、围墙，以及各种垫板广告地板等。

土工材料化土工材料只要求某些物理性能和化学性能的技术指标,因此利用废塑料生产土工制品的经济效益和社会效益较好。

例如，利用废PP或HEPE加工成降低地表水位的盲沟或防止滑坡塌方的土工格栅等。

美国得克萨斯州大学采用黄砂、石子、液态宠物和固化剂为原料制成混凝土;日本一家公司利用废塑料制成园艺用新型培养土；用废橡胶可以制成人工鱼礁、水土保持材料、缓冲材料和铁路路基。

在许多国家,废车胎用来做山区或沙岸、堤坝的水土保持材料。

第三，化学循环利用化学循环利用是近年来对废旧高分子资源化研究的最为活跃的发展趋势。

它的二次污染也比较小或可以避免。

化学循环一般都是裂解过程产生气体、液体和固体残留物。

它们都可加以适当的利用。

总的来说,化学循环既可节省和利用资源,又可消除或减轻高分子材料对环境的不利影响。

第四，油化技术废塑料油化技术有热解法、热解-催化改质法、催化热解法3种基本方法。

废塑料催化裂解制燃料油技术在世界范围内已有成功的先例,德国、美国、日本等国均建有大规模的工厂。

在我国的北京、西安、广州等城市也建立了一些小规模的废塑料油化工厂。

油化技术的优势:废塑料催化裂解制取汽油、柴油技术,原料来源广泛,生产安全、污染少、技术可靠,具有较高的社会效益和经济效益,市场前景广阔。

高分子材料资源化虽然是解决高分子材料的成效方法之一,但是实际上也存在许多问题,例如再生料的性能不如原始材料;再生过程如化学循环的代价很高,缺乏市场竞争力;有的废旧高分子材料杂质多,不易除去,或各种混合材料不易分离等。

然而,充分利用资源和减少环境污染是高分子材料资源化的最终目的,具有广阔的前景。

今后,高分子资源化的工作主要集中在下列几个方面:①材料循环的研究,即分离技术开发、加工技术开发、应用产品开发等;②化学循环的研究,包括解聚和裂解两方面工作的深入;③开发新型可循环高分子材料或高分子材料的新型循环技术;④研究合适的方法和设备来降低现有的回收技术成本;⑤研究价廉质优的高效裂解催化剂和简化裂解设备,降低回收成本。

当然,废旧高分子材料资源化工作是一项系统工程,需要各个方面的协作,如国家政策、公众意识等。

二．生物质与生物转化技术的运用在高分子材料大显身手的今天，为了让它更好地为整个世界的快速、健康、可持续发展服务，我们应该一方面探寻最高效、最经济的循环利用的途径和工艺，一方面要在绿色高分子的研究和开发上不断做到更好，另一方面，要实现天然高分子的循环性利用；生物质与生物转化技术的运用便要发挥其巨大的作用。

生物产业的发展,将促进生物能源、大宗化学品与生物材料等生物质产品工程的发展。

如果能够充分利用生物产业的发展机遇,将工业生物技术与现代工业技术组合,特别是和以化石原料为基础的化工技术组合,优势互补,将带动产业进步。

生物质资源具有储量大、发展潜力大的特点。

如果能对生物质进行有效分离并衍生化，则有望实现众多功能性材料的生物合成，从而为高分子材料产业发展提供新的原料支撑。

目前，国外已经建立了比较成熟的生物质能源平台 然而我国生物技术依然面临生物材料化学品原料利用率不高、缺乏适合国情的重大核心生物技术的挑战。

专家分析，要想快速发展生物产业，必须具有可利用的生物资源。

石油、煤炭与天然气不仅是现代社会的能源支柱，也是国民经济基础产业——石油和化学工业的基本原料。

如今，随着这些化石资源的日益短缺，人类文明所赖以维系的物质基础将何以为继？面对这一严峻挑战，科学家们将目光瞄向了来源广泛、规模庞大的生物质资源，尤其是长期被忽视的农林剩余物及皮革废料、废弃油脂等。

这一前沿领域或将为人类社会的可持续发展奠定新的基石。

生物质能源是唯一可再生、可替代化石能源转化成液态和气态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源。

随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能替代化石能源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点。

各种生物质能源在利用时均需转化,由于不同生物质资源在物理化学方面的差异,转化途径各不相同,除人畜粪便的厌氧处理以及油料与含糖作物的直接提取外,多数生物质能要经过转化过程。

生物质能源转换技术的研究开发工作主要包括物理、化学和生物等三大类转换技术,将可再生的生物质能源转化为洁净的高品位气体或者液体燃料,作为化石燃料的替代能源用于电力、交通运输、城市煤气等方面。

生物质能源转换的方式,涉及到固化、直接燃烧、气化、液化和热解等技术。

其中,直接燃烧是生物质能源最早获得应用的方式。

生物质的热解气化是热化学转化中最主要的一种方式。

生物质能源转换技术和产品如图2所示。

我国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,随着经济的发展,生活水平的提高,环境保护意识的加强,化石能源逐渐减少,对包括生物质能源在内的可再生资源的合理、高效地开发利用,必然愈来愈受到人们的重视。

生物质能源利用技术和化石燃料的利用方式具有很大的兼容性,以生物质作为原料经过能量转换制造高品位的气体燃料和液体燃料,不但可以弥补化石燃料的不足,缓解过分依赖大量进口石油的被动局面,实现我国能源安全战略,而且达到保护生态环境的目的。

因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

生物质与生物转化技术的运用主要由以下几个方面。

1.固体产品：成型物的形式主要有棒状、颗粒两大类。

生物质的固体产品主要是通过压缩成型后,成型产物作为工业锅炉、民用炉灶和工厂、家庭取暖炉以及农业暖房的燃料,也可进一步加工成木炭。

2.液体燃料油（1）生物油：生物油主要是指通过化学转换方式将生物质转换成液体产品,如可替代化石燃料的汽油、煤油和柴油及含氧燃料添加物甲醇和二甲醚等液体产品。

（2）燃料乙醇：利用玉米等粮食发酵生产酒精,是酿酒工业的基础,我国已有数千年的历史。

我国目前生产燃料乙醇的原料,主要是玉米、木薯和糖(如甘蔗和甜高粱汁)。

“十·五”期间经过国家发改委批准,已经完成建设10万t的4个燃料乙醇生产企业:吉林燃料乙醇公司、河南天寇企业集团、安徽丰原生化有限公司和黑龙江华润金玉酒精公司。

这些企业2006年已经生产了100万t燃料乙醇和900万t普通汽油掺兑后成为1000万t生物汽油,占全国消费量的1/5以上。