新功能材料在环境保护中的重要性——以生物降解高分子材料为例

18随着经济社会的不断发展，科学技术的不断进步，

新功能材料的不断研发以及其在环境保护中的作用引起了人们的广泛关注。应用新功能材料已经成为当前统筹经济与环境的友好发展的创新途径之一。该类材料的广泛应用对于促进当前经济结构的调整与完善有着重要的作用。

1 生物降解高分子材料及其原理

1）什么是高分子？高分子就是分子量在几万与百万之间的分子。例如，人体本身就是个庞大的“高分子”集合体，大到人体的毛发、皮肤、骨骼以及各个器官，小到酶、多肽以及核酸等都是高分子，日常生活中的被子、拖鞋、书包以及杯子等都有着“高分子”的身影。由此不难看出，“高分子”一直围绕在人们的身边，与人们的生活息息相关。

2）高分子材料。生物降解高分子材料是指通过细菌、霉菌、藻类等微生物自身以及酶等分解作用继而降解，从而实现对环境无污染的一类高分子材料[1]。微生物有水存在的情况下对环境中的高分子材料的结构进行分解并致使其断裂，并不断地分解成单个分子量较小的分子，从而最终变成水和二氧化碳，实现清洁降解的目的。

3）高分子材料生物降解原理。高分子材料的可降解性主要基于以下3种途径：第一，机械破坏作用，通过微生物的繁殖促使聚合物分解继而电离，破坏聚合物，使其变成分子量较小的低聚物；第二，生物化学分解，通过微生物分解作用将低聚物进一步分解成水和二氧化碳等物质；第三，酶的分解作用，微生物在生长过程中会产生大量的酶，这些酶能够快速地将高分子材料迅速水解。

此外，天然降解的高分子材料来源于生物体内的物质，诸如纤维素以及淀粉等，这些高分子材料的降解周期相对来说较短，通常会在微生物的分解作用下产生多糖、氨基酸以及多肽等物质，而且这些物质容易被机体吸收，有利于微生物的生长和繁殖。但是这种材料在力学上表现较差，如不易抗压等。因此需要加以改良后才可以应用于日常的生产中。而人工合成的生物降解材料具备材料组成、结构以及降解过程等易于控制的优点。比如调节人工合成的生物材料的降解速度和组织的强度大小。因此，比较容易构造一个空隙较大的三维支架结构。但是，这种人工合成的材料亲和力比较弱，常常需要加入一些活跃性的基团、生长因素以及其他黏附性的因素来提高其自身的亲和力[2]。

2 生物降解高分子材料对于环境保护的重要性

随着经济社会的发展，人们消费水平的提高，生活中的污染越来越多，也逐渐影响了人们的日常生活。大量的食品包装盒、塑料袋以及薄膜等给环境带来了巨大的危害，一方面，这些白色污染难以分解，严重地破坏了环境卫生。另一方面，大量的焚烧这些垃圾造成了空气污染，有毒的颗粒会对人体的健康构成危害。而生物可降解分子材料的应用可以有效地解决当前白色污染对环境所带来的威胁。这些在生活中方方面面的应用，对于环境的保护有至关重要的作用，其主要表现在如下几个方面。

1）在餐饮业的应用，减少了塑料饭盒等的污染。在餐饮业中，各种高分子材料随处可见，例如可降解的杯子、饭盒等。而如果我们一直在使用这些不可降解产品的话，诸如一些塑料饭盒、杯子以及餐饮业中常见的塑料袋打包袋等。一方面这些产品中的化学物质受热易分解，对人体有害，例如塑料袋中的聚乙烯受热分解会产生大量的致癌物质。另一方面，这些包装材料的不易分解必定会给大自然、社会、政府带来极大的灾难，而生物降解材料在餐饮业中的应用，有效地避免了上述问题的发生，减少了环境污染的压力。

2）在农用生产中的应用，替代了传统的塑料薄。我国是农业大国，每年对于塑料薄膜的需求是十分巨大的，而且成本低廉也使普通的农户使用得更多，普通农用薄膜难回收，在自然环境中十分容易破坏现有的生态环境，其难降解性也是令人诟病的一方面，它还会对土壤产生有害物质，使土壤肥力下降，阻碍植物对于营养物质的吸收与利用，导致产量减少，其实这样是不划算的，为了贪图小便宜，既损坏了利益，又破坏了环境。然而大多数人不知道的是，如果利用可降解的高分子生物材料替换农户们为了便宜而选择的塑料薄膜，可大大地增加土壤的肥力，因为这些可降解的生物材料可以在

新功能材料在环境保护中的重要性

——以生物降解高分子材料为例

张博宁

吉林市第一中学，吉林吉林 132012

摘 要 随着经济的发展，人们生活水准的提高，环境污染成为人们不得不面对的问题。应用新功能材料成为环

境保护的重要途径之一。本文介绍了生物降解高分子材料及其原理。同时以生物降解高分子材料为例阐述了生物降

解高分子材料对于环境保护的重要性，旨在进一步地推动新功能材料在环境保护中的应用。

关键词 新功能材料；环境保护；原理；重要性

中图分类号 TB324 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）16-0018-01

作者简介：张博宁，吉林市第一中学。

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土壤里降解变成养分滋养植物。这样不但减轻了环境污染，还有益于植物的生长，达到循环利用的目的。其次还会对农户的经济产生有效的促进作用。

3）在医用材料上的应用，避免了传统的针管等对环境的污染.以前医用的很多水袋还有针管都是塑料的，医用品很多还是一次性的。大量的污染源又产生了，一些不法分子将这些塑料有毒的针管又重新加工成儿童玩具，对孩子们的身体发育造成了极大的危害。将生物降解高分子材料应用于常见的医学材料的生产上，促进医用材料质量的进一步提升。

4）在食品工业中的应用，取代传统的饮料塑料瓶等不易降解的材料。食品工业在发展的过程中，生产制造的大量食品包材等对环境造成了大量的污染，诸如饮料瓶等，这些饮料瓶一般难以分解，随意丢弃以及焚烧都给自然环境带来严重的污染。而采用高分子材料制成的饮料瓶能够有效地解决这类问题。目前生物可降解的矿泉水瓶已经问世，其原材料为植物纤维以及淀粉[3]。

3 结论

综上所述，新功能材料对于环境保护有着至关重

要的作用。在我国的2025规划当中，高分子材料技术已经被列入国家重点发展的项目之一，由此也不难看出我国政府以及整个社会对生物降解高分子材料的作用以及未来前景的重视与看好。因此，新功能材料必将起到非常重要的作用，同时也会带来广阔的应用场景以及市场前景，未来必将广泛地应用于农业、食品工业以及其它与我们生活息息相关的行业。

参考文献

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plastics[J]．Chemand Techof Biod．1994（7）：116．[2]李孝红，袁明龙，郝建原.生物降解聚物的研究和产业坏进

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[3]解敬阳.生物全降解矿泉水瓶问世[N].青年报，2016-10-12

（B07）.

便求解，可将一组网络方程转化为同步坐标下的两组方程，此时方程中只含实数，转化为区间数后容易计算。若使用复区间数进行计算时，计算较为复杂，且会出现保守性过大的问题。

3 算例分析

本文对于IEEE-39系统采用区间改进欧拉法进行暂态时域仿真，文中故障设置为0时刻线路4-14上节点4侧出口发生三相短路，0.2s （即10周波）切除故障，仿真步长为0.02s，在普通运算中（不设置为区间数），这一情况是暂态稳定的。下面针对机械功率设置了几种不同的情况，然后利用区间运算得出暂态仿真的相对功角变化图。1）将所有输入发电机的机械功率设置为区间数[0.98P m ，1.02P m ]，其他数据不作变动。2）将输入

30号发电机的机械功率设置为区间数[0.95P m ，1.05P m ]，其他数据不作变动。

图2 情况（1）时30号机的相对功角图

对上述情况分析可知：单台机的机械功率发生微小变化对其他发电机的影响很小。区间改进欧拉法相较于蒙特卡罗法可以大大节省时间，且有效的给出时域仿

真的功角变化范围。但区间会产生累计效应，故本方法只适用于短时间的暂态计算。在实际情况中，机械功率都只是与测量值有微小变化，所以文中设置的参数区间值是有效且符合实际的。

图3 情况（2）时30号机的相对功角图

4 结论

本文基于区间理论及暂态仿真理论，提出了一种利用区间改进欧拉算法来实现电力系统暂态时域仿真的方法。该方法能够对于不确定性问题仿真出包含系统所有解的区间，简单易行，效果好。但是，该方法只适应于短时间的暂态计算，长时间计算保守性较大。所以区间改进欧拉法适用于系统参数发生小幅变化的短时间暂态时域仿真。

参考文献

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[2]邱晓燕，刘天琪.电力系统分析的计算机算法[M].北京：中

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[4]刘天琪.现代电力系统分析理论与方法[M].北京：中国电力

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[5]王守相，郑志杰，王成山.计及不确定性的电力系统时域仿

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