高分子材料對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響研究

張兆謙

摘? ?要：當(dāng)前，在科學(xué)技術(shù)水平快速發(fā)展的推動(dòng)下，高聚物材料不斷融入市場(chǎng)。其與傳統(tǒng)材料相比有著明顯的優(yōu)勢(shì)，即比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等。這些特性使其在環(huán)保材料與設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，比如，在水處理中，可以借助高聚物絮凝劑。然而任何事物均存在對(duì)立面，高聚物材料在促進(jìn)環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，在一定程度上也對(duì)環(huán)境造成破壞。本文對(duì)高分子材料進(jìn)行簡(jiǎn)單概述，并對(duì)其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，同時(shí)對(duì)高分子材料造成的環(huán)境污染問題進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，并提出相應(yīng)解決策略就高分子材料對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響進(jìn)行簡(jiǎn)單研究。

關(guān)鍵詞：高分子材料? 環(huán)境保護(hù)? 影響研究? 治理措施

中圖分類號(hào)：X50? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（a）-0127-03

對(duì)于高分子材料，其具有性能優(yōu)良、小型化等特點(diǎn)，自20世紀(jì)產(chǎn)誕生以來一直被各個(gè)行業(yè)所青睞。在環(huán)保中由于其具有價(jià)格低、易加工、耐腐蝕、重量輕以及比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在一些加工設(shè)備中有著廣泛應(yīng)用。然而，隨著高分子材料的不斷應(yīng)用，造成的環(huán)保問題也日益嚴(yán)重。也就是說，高分子材料在改善人們生活條件的同時(shí)，對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，這種矛盾在我國(guó)現(xiàn)階段發(fā)展中十分突出。需要了解高分子材料與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，根據(jù)彼此情況，合理制定發(fā)展措施以促進(jìn)社會(huì)與自然和諧發(fā)展。。

1? 高分子材料概述

高分子材料主要是由分子質(zhì)量較高的化合物，經(jīng)加工制成的材料，在人們?nèi)粘Ｉ钪兴佑|到的一些天然材料，基本上由高分子材料構(gòu)成。比如人體器官、棉花以及天然橡膠等。高分子材料性能主要由其結(jié)構(gòu)決定，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性以及控制，即可獲得特性不同的材料[1]。由于其易加工以及易改性等特點(diǎn)，使其性能更加優(yōu)異，進(jìn)而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)以及國(guó)防建設(shè)等方面均獲得良好發(fā)展，并為人們的衣食住行等方面提供保障。

高分子主要是指分子質(zhì)量較大能夠達(dá)到上百萬的有機(jī)化合物，其在結(jié)構(gòu)方面是由相同、簡(jiǎn)單的單體結(jié)構(gòu)單元，借助化學(xué)鍵不斷重復(fù)連接而成，另外，其又被稱為聚合物或是高聚物。一般，有機(jī)化物材料相對(duì)分子質(zhì)量在1000以下，而高分子材料相對(duì)分子質(zhì)量能夠達(dá)到105萬左右，因此，其與低分子材料在力學(xué)性能、化學(xué)性能以及物理性能等方面存在較大差異。

2? 環(huán)境保護(hù)中高分子材料的應(yīng)用

2.1 水處理設(shè)施應(yīng)用

斜板沉淀池。一般沉淀池主要有豎流式、輻流式以及平流式三種形式，而新型沉淀池的沉淀性能更加突出，其在沉淀池中進(jìn)行斜板設(shè)置，使沉淀面積增加，進(jìn)而使水處理性能力得以提升[2]。在斜板池中，其斜板既是由塑料制作而成，此種斜板具有耐腐蝕以及質(zhì)輕等特點(diǎn)，在斜板制作中是十分理想的材料，對(duì)于不同水質(zhì)均有著良好的應(yīng)用性能。

生物膜處理填料。在應(yīng)用生物膜進(jìn)行有機(jī)污水處理時(shí)，需要應(yīng)用大量填料在，保證微生物擁有附著場(chǎng)地。特別是新型填料，比如高分子列管式、蜂窩狀填料，通過與砂石材料比較其在重量以及通風(fēng)性能等方面更加突出，有效提升生物濾池高度，同時(shí)能夠有效避免濾池出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，促使生物膜處理更加穩(wěn)定、高效。

中水處理、水深度處理、給水處理中常用濾池。砂濾池在負(fù)荷性能方面較差，濾速只能保持在9m/h左右，而通過高分子纖維材料的應(yīng)用，促使過濾技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展[3]。比如，自助式纖維過濾設(shè)備，通過水力作用，能夠促使濾層自動(dòng)進(jìn)行過濾以及清洗，在清洗環(huán)節(jié)中只需借助較低的清洗水壓頭即可輕松完成清洗工作，并且在過濾以及清洗環(huán)節(jié)中不會(huì)對(duì)濾料造成損傷，使水中懸浮物得到徹底清除，同時(shí)能夠有效清除水中的病毒、細(xì)菌、有機(jī)物、錳、鐵以及膠體等物質(zhì)。部分纖維材料能夠在缺少絮凝劑的條件下，對(duì)低濁度、低溫纖維進(jìn)行有效解決，其進(jìn)水濁度在10NTU以下，出水濁度在2NTU以下。其過濾速度在20～120m/h范圍內(nèi)，截污容量在20～120kg/m3范圍內(nèi)，過濾效率SS去除率能夠達(dá)到100%，并且程控便捷、不會(huì)造成損件，其進(jìn)水SS在0～1000mg/L之間，濾料壽命在10a以上，因此，各方面均有著良好的性能。

2.2 污泥處理與水處理中的絮凝劑

在污泥脫水、供水以及污水處理中，主要通過絮凝劑來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于無機(jī)絮凝劑，其優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格低廉，然而在鐵鹽出水中會(huì)帶有一定顏色，對(duì)給水設(shè)備造成一定腐蝕影響。而有機(jī)高聚物絮凝劑其在各個(gè)方面均有著優(yōu)良的性能。（1）產(chǎn)品穩(wěn)定性能良好，有著較強(qiáng)的架橋吸附能力。（2）功能團(tuán)種類多，絮凝效果突出，應(yīng)用范圍廣泛，不會(huì)產(chǎn)生大量污泥，用量為無機(jī)絮凝劑的10%即可。（3）其絮體質(zhì)量大、密度高，能夠與水體輕松實(shí)現(xiàn)分離。（4）污泥殘?jiān)梢酝ㄟ^焚燒盡心處理，防止出現(xiàn)二次污染問題[4]。

對(duì)于污水處理，在不同行業(yè)中，其污水水質(zhì)會(huì)存在一些差異，并且十分復(fù)雜，單一絮凝劑的絮凝效果無法達(dá)到預(yù)期效果，因此，促進(jìn)了復(fù)合高聚物絮凝劑發(fā)展，其由是不同材料的聚合物組合而成，能夠?qū)Ω鞣N性質(zhì)的膠體物質(zhì)進(jìn)行有效處理。比如，河南油田借助復(fù)合高聚物絮凝劑，處理高濁度稠油、乳化嚴(yán)重以及油水密度差等問題，能夠?qū)崿F(xiàn)回注水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 離子交換樹脂

在進(jìn)行水處理時(shí)，高分子離子交換樹脂在水軟化方面有著良好的效果。開展工業(yè)廢水處理工作時(shí)，在重金屬離子以及去除等方面有著良好的處理效果。其屬于一種與水不相容的多孔性物質(zhì)，其空隙以及孔表面附著相應(yīng)的離子交換基團(tuán)，其能夠吸附溶液中的陽(yáng)離子、陰離子，并對(duì)身自身含有的相同電荷離子進(jìn)行等量交換，在溶液中釋放出來。對(duì)于離子交換劑主要有叫交換樹脂、磺化煤、天然沸石以及人造沸石四種，后三種只能與陽(yáng)離子進(jìn)行交換，并且只能勇于水軟化處理中，而交換樹脂分為陽(yáng)離子與陰離子兩種類型，同時(shí)又分為強(qiáng)性樹脂、弱性樹脂。特別是弱性樹脂，其交換容量更大，再生太容易以及選擇性高，使其在處理廢水重金屬離子中得到廣泛應(yīng)用，比如，鉻型陰樹脂在含鉻廢水中有著良好的處理效果。雖然交換樹脂的價(jià)格比磺化煤與沸石高，然而其交換能力更加突出，出水效果更加穩(wěn)定，使其得到推廣與應(yīng)用[5]。

2.4 其他方面的應(yīng)用

水處理膜分離法，其主要借助合成高聚物獲取半透膜以及離子膜等特點(diǎn)透過功能，實(shí)現(xiàn)在水中分離分子、離子或是其他微粒的目的，其涵蓋滲析、超濾、反滲透以及電滲析等。比如，在電滲析法中，其通過直流電場(chǎng)，能夠促使高聚物交換膜選擇透過性得到提升，促使陽(yáng)離子與陰離子實(shí)現(xiàn)定向遷移，進(jìn)而在水中實(shí)現(xiàn)離子分離目標(biāo)。其在廢水處理、海水淡化以及水的除鹽等方面均有著廣泛應(yīng)用，其在廢水處理方面有著廣闊的發(fā)展空間。

廢氣處理。將泡沫塑料作為基礎(chǔ)材料的過濾器，其能夠促進(jìn)廢氣處理效果。比如，以HEPA、PP等材料制作而成的過濾網(wǎng)。噪音控制。高聚物材料，其表面積十分龐大，能夠有效地吸收聲音，因此，在噪音防控中有著良好的應(yīng)用潛能。

3? 高分子材料造成的環(huán)境污染問題

3.1 生產(chǎn)中的環(huán)境污染問題

對(duì)于高分子材料，從原材料到成品的過程中，需要經(jīng)過多道生產(chǎn)工藝，比如，聚氯乙烯異型材以及管材，是當(dāng)前化學(xué)建材行業(yè)主要發(fā)展目標(biāo)。2015年，在擴(kuò)建、改建以及新建工程中，管道市場(chǎng)中的塑料管道占有率以及達(dá)到50%，門窗市場(chǎng)中使得塑料門窗已經(jīng)達(dá)到20%。然而在合成、加工聚氯乙烯中，污染問題較為嚴(yán)重，比如，原料乙烯會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一些損傷，出現(xiàn)急性中毒或是慢性中毒癥狀，另外聚氯乙烯屬于熱敏性材料，整個(gè)加工過程需要添加大量添加劑，而穩(wěn)定劑中的鉛系、鉻系化合物的毒性較大，其他增塑劑雖然無毒或是毒性較輕，但是降解困難，極易造成生物富集問題，并且通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，其能夠使人產(chǎn)生癌癥，因此，高聚物材料在合成、加工過程中造成的環(huán)境污染問題，對(duì)其可持續(xù)發(fā)展造成一定影響。

3.2 使用中造成的環(huán)境污染問題

由于高分子材料具有良好的使用性能，因此，越來越受人們所青睞，然而在實(shí)際使用中仍然存在一些問題，對(duì)人們的體驗(yàn)造成影響。比如，當(dāng)前人們所青睞的硬質(zhì)纖維板與復(fù)合地板中，含有一定游離甲醛，嚴(yán)重影響居民身體健康。并且一些裝修材料中，其有毒物質(zhì)可能引發(fā)幼兒產(chǎn)生小兒白血病，另外，當(dāng)前小兒白血病的患者日益增。通過對(duì)患者居住環(huán)境的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其室內(nèi)剛剛完成裝修。同時(shí)，醫(yī)學(xué)界認(rèn)為，環(huán)境污染與白血病有著緊密聯(lián)系，另外，部分高聚物材料中的添加物以及殘留物等，比如密封材料與摩擦材料的石棉，對(duì)人體造成的傷害較為嚴(yán)重。使用中的這些問題對(duì)高聚物材料造成一定影響[6]。

3.3 廢棄物造成環(huán)境污染問題

對(duì)于廢棄高聚物材料，主要有兩種來源：（1）產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄料。（2）產(chǎn)品在終結(jié)使用中，造成的廢棄物。在生產(chǎn)中形成的廢棄物一般都是邊角料或是半成品，此類廢棄高聚物材料能夠輕松實(shí)現(xiàn)回收、再利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。而產(chǎn)品終結(jié)廢棄物是環(huán)境污染的主要原因，其產(chǎn)品通常為一次性農(nóng)用膜以及包裝物等，而其原料一般PE薄膜，此種材質(zhì)具有耐用、透明、質(zhì)輕的特點(diǎn)。當(dāng)前，對(duì)于廢棄PE薄膜的主要處理方式就是通過地下掩埋或是燃燒來實(shí)現(xiàn)，然而，此種材料埋于地下的200年時(shí)間內(nèi)不會(huì)得到充分降解，而燃燒處理造成的污染更加嚴(yán)重，在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的CO2與CO。CO會(huì)造成嚴(yán)重缺氧，而CO2會(huì)使溫室效應(yīng)問題更加嚴(yán)重。因此，隨著PE薄膜使用量增加，環(huán)境污染問題業(yè)更加嚴(yán)峻，白色污染問題是當(dāng)前亟待解決的問題。

4? 廢棄材料治理措施

4.1 合成工藝綠色化

在綠色高聚物合成中，應(yīng)該具備以下內(nèi)容：（1）沒有副產(chǎn)物。（2）對(duì)副產(chǎn)物進(jìn)行無害化處理。（3）將反應(yīng)條件設(shè)置為無害條件。（4）采用無害催化劑。

以原子經(jīng)濟(jì)性角度分析，原料分子中原子應(yīng)該全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，在反應(yīng)過程中不會(huì)產(chǎn)生廢物或是副產(chǎn)品，達(dá)到廢物零排放，這樣才屬于理想型經(jīng)濟(jì)反應(yīng)。比如，在加工聚氨酯泡沫塑泡沫塑料時(shí)，環(huán)氧丙烷是其重要生產(chǎn)原料，在傳統(tǒng)加工中，主要使用氯醇法，整個(gè)反應(yīng)過程需要使用大量的氯氣，并且生產(chǎn)廢水中會(huì)含有大量氯化鈣，對(duì)環(huán)境造成一定影響[7]?？梢酝ㄟ^開發(fā)鈦硅分子篩中的催化氧化制作環(huán)氧丙烷，是合成工藝更加綠色化。

以原材料角度分析，應(yīng)該盡量采用來源豐富、無毒無害的環(huán)保、可再生資源?？梢栽诠虘B(tài)熔融條件下，借助碳酸二甲酯與雙酚A加工聚碳酸酯材料，其能夠完全將常規(guī)光氣臺(tái)成替代，保證在加工中使用的均是無毒無害原料與溶劑。又比如，由美國(guó)開發(fā)的PVA與玉米淀粉共混物，可以借助普通加工工藝開展加工作業(yè)，其強(qiáng)度與普通強(qiáng)度并無明顯差異，并且其能夠?qū)崿F(xiàn)100%分解。淀粉能夠輕易地實(shí)現(xiàn)葡萄糖轉(zhuǎn)化，借助葡萄糖可以進(jìn)行苯二酚、鄰苯二酚以及己二酸等化工原料制作，達(dá)到高聚物原料單體無害化的目的。

以工藝角度分析，應(yīng)該在溫和條件下開展加工作業(yè)，保證催化劑綠色化，并減少對(duì)能源以及溶劑等方面的需求。在高聚物合成中，所需的能源、催化劑溶劑以及副產(chǎn)物均會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，其殘留的有毒物質(zhì)，將直接影響使用者的健康。對(duì)于生產(chǎn)所需能量，應(yīng)該盡量使用輻射、微波以及光能等代替?zhèn)鹘y(tǒng)加熱方式，為聚合反應(yīng)提供保障。在化學(xué)領(lǐng)域中，仿酶催化是一項(xiàng)熱點(diǎn)研究項(xiàng)目，在高聚物綠色化中應(yīng)該對(duì)其加以重視，其具有條件溫和、專一性以及高效性等特點(diǎn)，然而，天然酶還無法有效地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，開發(fā)與酶功能相近或是性能更加突出的人工酶，是當(dāng)前仿生科學(xué)與化學(xué)領(lǐng)域中較為重要的課題。模擬酶，即在天然酶中選取一些能夠起到主導(dǎo)作用的因素，設(shè)計(jì)出具有酶特性，然而更加穩(wěn)定、簡(jiǎn)單的分子集合體或是非蛋白質(zhì)分子，其能夠促使高分子合成更加綠色化。

4.2 降低高聚物材料廢物量

當(dāng)前，廢棄高聚物材料主要為固體廢物，龐大的廢物量使環(huán)境治理的壓力越來越大，因此，在高聚物材料污染治理工作中，應(yīng)該盡量降低其廢物量。在這一過程中需要多方共同努力。（1）限制使用，我國(guó)經(jīng)貿(mào)委曾經(jīng)提出，關(guān)于即刻停止加工一次性發(fā)泡塑料餐具，同時(shí)在鐵路部門中，已經(jīng)開始禁止在火車上使用一次性餐具，一些城市也開始做出相關(guān)規(guī)定，使固體廢物量得到有效降低。（2）經(jīng)濟(jì)手段，比如征收相應(yīng)的消費(fèi)稅，提升一次性產(chǎn)品價(jià)格，使其消費(fèi)市場(chǎng)不斷縮減。（3）教育引導(dǎo)，以當(dāng)前各地實(shí)際情況分析，一些地區(qū)還沒有全面廢止一次性餐具，因此，在白色污染治理中除了使用行政手段，還要積極運(yùn)用教育手段，可以借助畫展、攝影展等方式，使人們能夠加深對(duì)白色污染認(rèn)知，對(duì)其心靈造成沖擊，使其在生活中自覺減少一次性制品的使用，在購(gòu)物買菜過程中，多使用竹籃或是布袋等工具。（4）使用環(huán)保型餐具，比如借助可降解塑料、淀粉、植物纖維以及環(huán)保紙等材料，生產(chǎn)一次性餐具。對(duì)于降解材料是指塑料與具有降解作用的制劑融合而成的產(chǎn)品，其在微生物、氧、熱光等條件下裂解，使一次性制品在自然環(huán)境中逐漸降解，進(jìn)而降低對(duì)環(huán)境的影響。然而，降解塑料的成本更高，對(duì)其發(fā)展造成一定影響，因此，需要各方共同努力，提高可降解塑料的應(yīng)用效率，促進(jìn)環(huán)境和諧發(fā)展。

4.3 廢棄高聚物材料回收利用與循環(huán)利用

此種方法是處理廢棄高聚物材料最科學(xué)、有效的手段，其能夠有效地對(duì)材料污染進(jìn)行控制，同時(shí)減少資源浪費(fèi)，政府與企業(yè)應(yīng)該大力提倡。西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家在此方面有著良好的建設(shè)成果，比如德國(guó)，其在1991年即頒布了《包裝條例》。污染制造人員必須承擔(dān)治理以及消除污染過程中一切的費(fèi)用。對(duì)包裝材料生產(chǎn)者與經(jīng)營(yíng)者對(duì)材料回收的責(zé)任進(jìn)行了明確要求，因此，其塑料垃圾回收率已經(jīng)達(dá)到40%以上，一些國(guó)家的塑工協(xié)會(huì)還專門構(gòu)建固體廢物處理協(xié)會(huì)，其專門負(fù)責(zé)包裝材料的收集以及回收處理等。而我國(guó)，上海在白色污染治理方面取得良好成效，其借助對(duì)所有一次性餐具征收3分錢的回收費(fèi)用，作為回收處置環(huán)節(jié)中的補(bǔ)貼，回收率在250%以上?；厥湛蚣苤饕譃閮蓚€(gè)構(gòu)架：（1）各個(gè)分區(qū)的環(huán)保局管理回收體系、（2）環(huán)保公司中轉(zhuǎn)站。對(duì)于回收的餐具，通過分揀、清洗以及熔融造粒等流程，獲得再生粒子，并運(yùn)用再生粒子制作相應(yīng)的制品，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展。

一般高聚物材料的回收方法主要有法學(xué)循環(huán)與直接回收利用兩種方法。對(duì)于化學(xué)循環(huán)，是指對(duì)回收高聚物分子進(jìn)行解聚處理，使其成為單體，之后通過聚合反應(yīng)成為樹脂，以達(dá)到循環(huán)利用的目的。一些通過裂解變成低分子油類，進(jìn)而成為優(yōu)質(zhì)燃料或是化工原料。當(dāng)前，我國(guó)在此方面的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，比如，聚苯乙烯、0聚酯以及有機(jī)玻璃等。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高聚物材料在水處理設(shè)施、污水處理、噪音處理以及廢氣處理等方面均有著良好的應(yīng)用效果，具有廣闊的發(fā)展空間。然而，在高聚物材料生產(chǎn)、使用過程中也會(huì)造成一定的環(huán)境污染，同時(shí)若是在掩埋與焚燒處理中不徹底，同樣會(huì)污染環(huán)境。因此，在使用過程中也要加大材料控制力度，通過合成工藝綠色化、降低高聚物材料廢物量、廢棄高聚物材料回收利用與循環(huán)利用等，為環(huán)境保護(hù)工作，提供基礎(chǔ)保障。

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