廢棄人造板再利用研究進(jìn)展

李健 侯賢鋒 杜玥明

摘要：? 我國(guó)每年產(chǎn)生大量的廢棄人造板，造成廢物處理、環(huán)境危害等方面的問題。對(duì)廢棄人造板進(jìn)行再利用，既可以有效減少環(huán)境污染，又可以節(jié)約木材資源、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究資料發(fā)現(xiàn)，目前廢棄人造板再利用可分為兩大類——物質(zhì)方面再利用和能源方面再利用。其中，物質(zhì)方面再利用包括制備再生刨花板、木質(zhì)復(fù)合材料、活性炭、液化產(chǎn)品等，能源方面再利用包括制備顆粒燃料和熱裂解煉制。

關(guān)鍵詞：? 廢棄人造板;? 再利用;? 材料;? 能源

中圖分類號(hào)：? ?TS 653. 5? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001 - 9499（2019）03 - 0055 - 04

目前，人造板主要應(yīng)用于家具（約70%）、建筑業(yè)門窗及裝飾（15%～20%）、車船制造業(yè)（2%～3%）及其他（7%～13%）。資料顯示，我國(guó)每年有約10%的人造板及其制品被淘汰，按2017年我國(guó)人造板消費(fèi)量2.91億m3計(jì)算，數(shù)年后將產(chǎn)生2 910萬m3的廢棄人造板。人造板及其制品中會(huì)含有部分化工材料，在自然條件下不能完全降解，處理不當(dāng)會(huì)對(duì)空氣、土壤、水體造成嚴(yán)重危害;此外，處理廢棄物需要花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)和土地資源（垃圾填埋）[ 1 ]。合理有效地利用廢棄人造板，可以有效緩解廢棄人造板帶來的環(huán)境壓力、廢物處理問題，所得的產(chǎn)品又可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益?；诖?，通過大量文獻(xiàn)資料整理分析，本文歸納出關(guān)于廢棄人造板再利用的研究主要在物質(zhì)再利用與能源再利用兩大方面。

1 物質(zhì)方面再利用

廢棄人造板物質(zhì)方面的再利用，主要是指以廢棄人造板中的木質(zhì)材料為基礎(chǔ)，通過物理、化學(xué)等處理方式，結(jié)合相關(guān)的材料和技術(shù)，制成新的材料，例如再生刨花板、木質(zhì)復(fù)合材料、活性炭以及液化產(chǎn)品等。

1. 1 再生刨花板

再生刨花板是利用廢棄刨花板，通過篩選、分離制成刨花，經(jīng)過清洗、干燥，也可加入一定量的新鮮刨花，以適當(dāng)?shù)墓に嚄l件進(jìn)行加工，制得符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的刨花板。此方法既節(jié)約木材資源，又減輕了環(huán)境壓力。

宋先亮等[ 2 ]利用不同方式處理廢棄刨花板的研究結(jié)果表明，在100 ℃蒸煮2 h，然后用0.1 mol/L NaOH溶液處理的刨花分離較好，吸水性強(qiáng)，羧基含量高;利用蒸汽爆破處理得到的再生刨花比刨花原料尺寸小、顏色深;以上兩種處理方法均能使廢棄刨花板中的膠黏劑遭到破壞，但不能完全除去。于文吉等[ 3 ]對(duì)廢棄刨花板中脲醛樹脂膠黏劑的分布及其活性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：脲醛樹脂主要分布在細(xì)刨花中，極少分布在粗刨花中;同時(shí)，已固化的脲醛樹脂中仍有活性基團(tuán)存在，有利于再生刨花的再膠合及其游離甲醛釋放量的降低。宮明[ 4 ]等以再生刨花為原料，利用正交試驗(yàn)法，研究再生刨花的使用比例、施膠量、熱壓時(shí)間對(duì)再生刨花板靜曲強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響，研究發(fā)現(xiàn)：施膠量在11%左右時(shí)，能夠兼顧板材的力學(xué)性能和生產(chǎn)成本;加入40%新鮮刨花制得的刨花板即可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);相對(duì)靜曲強(qiáng)度而言，熱壓時(shí)間對(duì)于內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響較大，適當(dāng)延長(zhǎng)熱壓時(shí)間有利于提高內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。研究還表明，以廢棄人造板制備再生刨花板，其各項(xiàng)理化性能均可達(dá)到國(guó)家同類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求[ 5 ]。但是，在廢棄人造板的機(jī)械破碎、沖磨、篩選等過程中產(chǎn)生很多粉塵，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境惡化、環(huán)境污染等問題。

1. 2 木質(zhì)復(fù)合板材

將廢棄人造板進(jìn)行處理后，與一種或多種其他材料復(fù)合，可制備具有新性能的木質(zhì)復(fù)合材料。美國(guó)學(xué)者Larry Singer等[ 6 ]將廢棄纖維板（刨花板）粉末與熱塑性樹脂混合制得復(fù)合板材。韓淑偉[ 7 ]對(duì)利用廢棄纖維板制得的水泥復(fù)合板材和石膏復(fù)合板材進(jìn)行研究，結(jié)果表明，經(jīng)預(yù)處理的廢棄纖維板，在密度1.2 g/cm3、纖灰比0.2、水灰比0.4、氯化鈣3%（水泥用量為基準(zhǔn)）條件下制得水泥復(fù)合板材，其性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);密度1.3 g/cm3、纖膏比0.20、水膏比0.35、檸檬酸用量0.01%（石膏用量為基準(zhǔn)）、單位面積壓力3.0 MPa時(shí)，制得的石膏復(fù)合板材符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前，對(duì)利用廢棄人造板制造復(fù)合材料的研究相對(duì)較少，仍需進(jìn)一步探索。

1. 3 活性炭

以廢棄人造板為原料，通過一系列處理（熱解炭化、溶液活化等）可制得活性炭?；钚蕴烤哂邪l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和優(yōu)良的吸附性能，已廣泛應(yīng)用于分離、精制、催化劑、試劑回收及其他領(lǐng)域。利用廢棄人造板生產(chǎn)活性炭，可使其所含木質(zhì)材料得到充分地利用，提高其附加價(jià)值，同時(shí)也減少了木材資源的消耗。

廢棄人造板所含的氮元素還有利于提高活性炭的品質(zhì)?；钚蕴恐械氐暮坑绊懫湮椒宇?、重金屬等的性能，富氮活性炭具有更強(qiáng)的吸附性能。Wan等[ 8 ]也證實(shí)活性炭經(jīng)過滲氮處理后，還原一氧化氮（NO）的活性增強(qiáng)。廢棄的人造板中含有脲醛樹脂或三聚氰胺甲醛樹脂等膠黏劑，氮元素含量高[ 9 ]，利用廢棄纖維板制得的活性炭的氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.18%～0.25%，遠(yuǎn)高于普通商品活性炭（氮元素含量在0.1%以下）。周建斌等[ 10 ]研究了利用廢棄中密度纖維板制備活性炭，通過正交試驗(yàn)得出，磷酸質(zhì)量濃度813.43 g/L，浸漬比4.5∶1，活化溫度500 ℃， 浸漬時(shí)間12 h ， 活化時(shí)間2 h，為制得活性炭的最佳工藝。P. Girods等[ 11 ]的研究表明，刨花板經(jīng)過水蒸氣800 ℃活化后，制備活性炭的氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%左右;利用高溫對(duì)廢棄的中密度纖維板進(jìn)行炭化，將炭化后的纖維板粉碎，再經(jīng)活化劑處理制備富氮活性炭。張銘洋等[ 12 ]將中密度纖維板經(jīng)炭化，利用碳酸鉀（K2CO3）活化制得富氮活性炭電極，通過結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能測(cè)試可知，富氮活性炭既含有中孔，又含有微孔，當(dāng)活化溫度達(dá)到850℃時(shí)，其比表面積和總孔容積最大，分別達(dá)到1 037 m2/g和0.528 cm3/g，具有良好的吸附性能。吳昱等[ 13 ]利用廉價(jià)的氫氧化鈉（NaOH）作為活化劑，制備有一定數(shù)量微孔和中孔的富氮活性炭，應(yīng)用于對(duì)含銅離子廢水的吸附。綜上所述，利用廢棄人造板生產(chǎn)活性炭，提高了廢棄人造板的利用價(jià)值;然而，目前仍存在一些問題：生產(chǎn)效率低、能耗較大，活性炭中含化學(xué)殘留，應(yīng)用受限，生產(chǎn)過程存在一定污染。

1. 4 液化產(chǎn)品

將廢棄人造板通過一定方法處理可使其液化，用于其他材料的制備。廢棄木質(zhì)人造板中含有大量的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中含有大量的活性基團(tuán)（如羥基），是一種潛在的化工原料[ 14 ]。在一定條件下，將木質(zhì)材料與苯酚或多元醇等化學(xué)藥劑反應(yīng)，可使木質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為具有一定反應(yīng)活性的粘稠狀液態(tài)物質(zhì)，可用于膠黏劑、發(fā)泡材料、模塑材料和碳纖維的制造[ 15 - 23 ]。朱本城[ 24 ]采用苯酚為液化劑，選用濃硫酸作為催化劑，利用廢棄刨花液化物制備酚醛樹脂;明確了液化溫度、液化時(shí)間、料液比、催化劑用量4個(gè)因素對(duì)液化效率的影響，為廢棄木質(zhì)人造板的液化再利用提供了新思路。廢棄人造板的液化技術(shù)工藝復(fù)雜、產(chǎn)品應(yīng)用價(jià)值較低，所用化學(xué)試劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的危害;同時(shí)現(xiàn)有方法還不成熟，液化過程材料變化歷程不清楚，故尚需進(jìn)一步研究。

2 能源方面再利用

能源方面再利用，是指將廢棄人造板通過加工制得各種類型的燃料，包括顆粒燃料、液體燃料以及氣體燃料，常見的加工方法有制備顆粒燃料和熱裂解煉制。

2. 1 制備顆粒燃料

化石燃料（煤、石油、天然氣等）存在資源短缺和環(huán)境污染等問題，使得生物質(zhì)材料能源轉(zhuǎn)化利用受到越來越多的關(guān)注和重視。廢棄人造板主要成分是木質(zhì)材料，能產(chǎn)生大量的燃燒熱能，是一種優(yōu)良的能源轉(zhuǎn)化原材料，但因其中含有化學(xué)制品，直接燃燒會(huì)產(chǎn)生有害污染物，因此需進(jìn)行處理。將廢棄人造板經(jīng)過粉碎、調(diào)制等處理，在高壓條件下可壓縮成質(zhì)地堅(jiān)實(shí)的固體顆粒，即顆粒燃料。顆粒燃料作為廢棄人造板再利用的一種途徑，提高了其使用價(jià)值;同時(shí)，顆粒燃料具有環(huán)保、燃燒性能優(yōu)良、熱效率高（是直接燃燒的5倍以上）、便于運(yùn)輸與儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)[ 25 - 27 ]，可應(yīng)用于熱力供應(yīng)、發(fā)電、生活燃料等;而且生產(chǎn)和使用過程中比較環(huán)保，能有效減少?gòu)U棄人造板對(duì)環(huán)境的污染，提高資源利用效率。王佩[ 28 ]等利用廢棄刨花板與纖維板為原材料，采用環(huán)模制粒機(jī)成型設(shè)備，把原料壓縮成顆粒成型燃料，并測(cè)試了生物質(zhì)的密度、跌碎性、吸水性、滲水性和吸濕性等性能;探索了不同人造板制成的燃料顆粒在密度、抗跌碎性和抗?jié)B水性方面的差異。然而，廢棄人造板的粉碎、調(diào)制等處理過程不能完全除去其中的化學(xué)物質(zhì)，顆粒燃料在使用時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染問題。

2. 2 熱裂解煉制

熱裂解煉制指通過熱裂解反應(yīng)，將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為液態(tài)生物油、固態(tài)熱解炭以及生物燃?xì)獾戎虚g產(chǎn)物并實(shí)現(xiàn)高值化利用。熱解主要是指在隔絕氧氣或有限供氧環(huán)境中，以中等反應(yīng)溫度（ 450～600 ℃） 、高升溫速率（ 1 000～10萬 ℃ /s） 和極短氣體停留時(shí)間（小于2 s） 為條件，采用熱化學(xué)方法將資源分散、能量密度較低的固態(tài)生物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為高能量密度且易于儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)闹虚g產(chǎn)物（如生物油、熱解炭、生物燃?xì)獾龋?，并通過進(jìn)一步煉制得到能源、材料或化工產(chǎn)品[ 29 ]。將廢棄人造板置于一定的熱力學(xué)條件下，以空氣或水蒸氣為介質(zhì)，使得其中的高分子化合物氧化降解為可燃燒的小分子，如：CO、H2、CH4等[ 30 ]。馮永順等[ 31 ]研究了楊木刨花板的熱裂解特性，發(fā)現(xiàn)其活化能為46.45 kJ/mol，最大熱解速率為14.1%/min，并通過實(shí)驗(yàn)得出“脲醛刨花板需要更高的熱解能量”的結(jié)論。張宇等[ 32 ]研究了硼酸-硼砂（阻燃劑）對(duì)刨花板熱解特性的影響，發(fā)現(xiàn)硼酸-硼砂對(duì)刨花板熱裂解具有抑制作用，使熱裂解溫度范圍縮小、殘?zhí)柯噬仙an等[ 33 ]采用熱分析對(duì)比了中密度纖維板和刨花板的熱裂解特性，結(jié)果表明兩者具有相似的起始分解溫度和反應(yīng)活化能。然而，廢棄人造板熱裂解煉過程中能耗較大，成本較高，仍需要進(jìn)一步的探究。

3 結(jié) 語

我國(guó)每年產(chǎn)生大量的廢棄人造板，對(duì)其合理再利用，可以減輕環(huán)境壓力，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前廢棄人造板再利用仍存在一些問題：（1）物質(zhì)方面再利用過程中存在產(chǎn)生粉塵、化學(xué)污染等問題，部分再利用方式不成熟、應(yīng)用范圍小;（2）能源方面再利用過程中需要較多的能耗，且仍存在少量的環(huán)境污染問題。因此，仍需科研人員進(jìn)一步的探索研究，開創(chuàng)高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的廢棄人造板再利用途徑。

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