廢塑料的危害及其技術(shù)防治措施的研究

鞏玉紅

【摘要】廢塑料已經(jīng)對生態(tài)環(huán)境造成了巨大危害。主要對其替代品降解塑料的開發(fā)利用、廢塑料的循環(huán)回收技術(shù)等治理措施進行了分析討論，并提出了相應(yīng)建議。

【關(guān)鍵詞】廢塑料，降解塑料，裂解油化，環(huán)境保護

1前言

廢塑料自然環(huán)境下很難直接被降解，造成嚴重的環(huán)境污染；塑料制品在生產(chǎn)過程中加入的大量助劑、填料、溶劑等添加劑，會析出進入環(huán)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(yīng)用領(lǐng)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(guān)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(fā)和回收再利用方面取得了較好的成效。

2廢塑料的環(huán)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(wěn)定劑、著色劑，這些添加劑可遷移到外環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，這些添加劑在大氣、生物質(zhì)、水體、土壤以及河流底泥、城市污泥等介質(zhì)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(nèi)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(nóng)地膜對提高土地利用率，有效提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量發(fā)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(yǎng)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(jié)，嚴重的會造成土地鹽堿化，從而導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至難以生長。

粘有污物的生活和工業(yè)廢塑料無法回收利用，衛(wèi)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(zhì)滲入地下，危害地下水及周圍環(huán)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(shù)億噸的塑料消費量，將產(chǎn)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(chǎn)生巨大的浪費。

3 廢塑料的技術(shù)防治措施

作為廢塑料的技術(shù)防治措施目前主要是使用降解塑料和循環(huán)利用。

3.1開發(fā)使用降解塑料

塑料是合成高分子材料，一般在自然環(huán)境中的光降解和生物降解速度都比較慢?？山到馑芰鲜且活惼渲破返母黜椥阅茉诒４嫫趦?nèi)可滿足使用要求，性能不變，而使用后在自然環(huán)境條件下，能降解成對環(huán)境無害的物質(zhì)的塑料，從而避免破壞環(huán)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(xué)降解、生物降解，實際應(yīng)用中往往相互增效、協(xié)同使用。

3.1.1光降解塑料

光降解塑料是利用光化學(xué)反應(yīng)使大分子鏈的化學(xué)鍵斷裂，塑料失去其物理強度并脆化，在自然力作用下變?yōu)榉勰?，進入土壤，在微生物作用下重新進入生物循環(huán)。光降解產(chǎn)品開發(fā)早技術(shù)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(jié)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(chǎn)品使用后，在自然條件下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)完整性受到破壞，降解為水、二氧化碳和其他物質(zhì)。 此類產(chǎn)品在自然環(huán)境中只能降解為細小顆粒，不能完全降解，對環(huán)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(chǎn)品為原料單體，通過化學(xué)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(nèi)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(yōu)異力學(xué)性能，熱變形溫度接近100℃，耐熱性能良好，有能用現(xiàn)有通用設(shè)備加工成型的優(yōu)良加工性能，且已生產(chǎn)規(guī)?；伤_發(fā)出來的產(chǎn)品有發(fā)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(nèi)酯（PCL） 是一種由ε-己內(nèi)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(shù)縫合線等體內(nèi)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(jié)約了資源，又保護了環(huán)境，可謂兩全其美。APC 為二氧化碳（含量50% 左右）與環(huán)氧化合物的共聚物。如共聚單體為環(huán)氧乙烷，則共聚產(chǎn)物為PEC（二氧化碳/ 環(huán)氧乙烷共聚物）；如共聚單體為環(huán)氧丙烷，則共聚產(chǎn)物為PPC（二氧化碳/ 環(huán)氧丙烷共聚物）；如共聚單體為環(huán)氧丁烷，則共聚產(chǎn)物為PBC（二氧化碳/ 環(huán)氧丁烷共聚物）。目前產(chǎn)業(yè)化的有二氧化碳與環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的共聚物。制約APC 發(fā)展的是環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的價格高，合成催化劑價格高且供應(yīng)緊張，造成成本居高不下。中山大學(xué)孟躍中教授改進的優(yōu)化合成工藝預(yù)計可降低60% 的成本，價格接近通用塑料。APC 合成技術(shù)我國處于世界領(lǐng)先地位，目前只有我國的企業(yè)有規(guī)?；a(chǎn)，APC 類塑料突出的優(yōu)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(yè)化的有熱塑性淀粉和植物纖維模塑，但其性能穩(wěn)定性及價格影響其應(yīng)用普及。生物基生物降解塑料是利用可再生天然生物質(zhì)資源，通過微生物發(fā)酵或發(fā)酵產(chǎn)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(chǎn)業(yè)化品種有：第一代產(chǎn)品PHB（聚3-羥基丁酸酯），第二代產(chǎn)品PHBV（3-羥基丁酸與3-羥基戊酸共聚物），第三代產(chǎn)品PBHH（3-羥基丁酸與3-羥基己酸共聚物），第四代產(chǎn)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(huán)保等優(yōu)點，缺點為原料價格較高。

聚乳酸（PLA）是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)品。如PBS與淀粉、木質(zhì)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(fù)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(huán)保。

3.2廢塑料循環(huán)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(zhuǎn)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(wěn)定狀態(tài)，并產(chǎn)生二次污染；塑料焚燒可以回收熱能，但燃燒不完全，產(chǎn)生大量有害氣體，特別是二噁英等有毒有害物質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)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(fù)合再生塑料性質(zhì)不穩(wěn)定，易變脆，存在質(zhì)量問題和二次污染問題。廢塑料裂解轉(zhuǎn)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(shù)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(zhì)法和催化裂解-催化改質(zhì)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(zhì)法是先進行熱裂解，然后對熱裂解產(chǎn)物進行催化改質(zhì)；催化裂解-催化改質(zhì)法是先進行催化裂解，然后對催化裂解產(chǎn)物進行催化改質(zhì)。

通過催化作用，可有效降低裂解溫度，并根據(jù)目的產(chǎn)物不同對產(chǎn)物選擇性進行有效調(diào)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(chǎn)率與質(zhì)量，在適當?shù)拇呋瘎┖痛呋瘲l件下，PE、PP、PS等可完全轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化技術(shù)的關(guān)鍵，也是限制其發(fā)展的重要因素。

目前，裂解油化新技術(shù)在市場上飽受追捧。美國、英國、加拿大、日本等發(fā)達國家，許多公司都已實現(xiàn)熱裂解油化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。上海同濟大學(xué)與北京裂源環(huán)保技術(shù)設(shè)備有限公司、上海纖和環(huán)?？萍加邢薰镜嚷?lián)合攻關(guān)，已取得重大進展。研制的裂解爐，可連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。產(chǎn)氣率約15%～20%（wt%），產(chǎn)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(tǒng)廢塑料裂解的油、氣、碳產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率不低于廢塑料自身質(zhì)量的99%，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

現(xiàn)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(chǎn)的塑料，因此，降解塑料新技術(shù)的推廣應(yīng)用及廢塑料裂解油化技術(shù)相結(jié)合才能有效減少廢塑料對環(huán)境的污染。

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