高分子废弃物降解技术探究进展.doc

高分子废弃物降解技术探究进展作者简介：徐永新,女,(1989.9-)郑州大学 材料科学与工程学院 ；高分子模具专业,2009级,材科一班 摘要：本文从降解技术着手，论述了固相剪切粉碎技术、超临界水降解技术、微生物降解技术和能场降解技术的特点及在高分子材料降解中的应用。 关键词：高分子废弃物；固相剪切粉碎；超临界水降解；微生物降解；能场降解 合成高分子材料问世以后，凭借着其强度高、价格低、耐腐蚀等众多优点被广泛应用在工业、农业、交通等人们的日常生活中。但与此同时，很多高分子废弃物又因具有非自然降解性，给环境带来了很大影响，特别是塑料饭盒、塑料袋等一次性产品的大量使用，已造成了严重的“白色污染”，所以研究出有效的降解技术成为当务之急。目前国内外研究比较多的有固相剪切粉碎技术、超临界水降解技术、微生物降解技术及能场降解技术等。 1.固相剪切粉碎技术［1-3］ 作为一种连续化聚合物粉碎加工技术，固相剪切粉碎技术是一个固相状态下的动力学过程，利用压力场和剪切力场的共同作用使聚合物材料在其熔点或玻璃化温度以下发生弹性变形粉碎。粉碎过程中产生的力化学效应可使不相容聚合物混合物增容、高分子树脂自增塑，可促使组分粘度相差3个数量级的聚合物混合物有效的混合。固态剪切粉碎设备，结构主要包括排列于挤出机主轴上的一系列捏合及剪切单元，并配置有加热与冷却部件；四川大学高分子研究所设计的磨盘型化学反应器是这样一种新型的加工设备，该设备可用于聚合物微粉的制备和高分子力化学反应，还可用于共碾磨不同聚合物如PA6/PP,制备复合微粉，以及制备聚合物/金属、聚合物/非金属纳米复合材料。 现在，固相剪切粉碎技术常用于废PE、PP、PS、PVC及废橡胶等的再生。 2.超临界水降解技术［4］ 超临界流体是指温度和压力分别高于其固有的临界温度和临界压力时所处的特殊流体状态。超临界水的密度随温度和压力的变化而改变，且氢键数量明显下降，介电常数值类似于非极性有机物的，因而能溶解非极性有机物；其密度迅速下降时黏度与空气接近，从而使超临界水中溶质分子的扩散变得极为容易。 目前研究比较多的是超临界水在降解聚乙烯、聚丙烯、丁橡胶等材料中的应用。以聚丙烯为例，发现此降解过程中聚丙烯进行的是自由基反应，由OH完成链引发，降解产物是以甲烷为主的可燃性气体和以芳香烃为主的油状产物；此反应的影响因素有温度、压力、时间及水/PP的比值，在温度和压力超过水的临界值，水与PP比例适当的情况下，反应温度越高、反应时间越长降解越容易进行。 3 微生物降解技术［5］ 微生物降解技术是指从自然界筛选出的菌属或通过基因组合诱变技术得到的菌属来去除某种或某类有害物质的方法，具有处理费用低、对环境影响小、应用范围广、处理效率高、二次污染少等优点。自问世以来，其技术已获得了极大发展。 环烷酸是炼油厂污水和油砂处理污水中的有毒成分之一，会对很多种水生生物产生较大毒害，研究表明油砂尾矿石中的微生物群落可对环烷酸产生很好的降解效果，有的甚至能被彻底降解为CO2。氯酚作为一种杀虫剂成分，由于本身的特殊结构而具有很强的毒性和抗生物降解能力，科学家经过多年研究，现已分离出以假单胞菌为主的可有效降解氯酚类化合物的多种微生物菌株，其降解过程就是脱氯过程。聚丙烯酰胺可作为驱油用聚合物，但大量使用导致含聚污水越来越多，研究发现，腐生菌、假单胞菌、芽孢杆菌等微生物均可有效降解聚丙烯酰胺，且降解可以在井下的极端环境下进行，因此可采用微生物降解法来解决聚丙烯酰胺引起的环境污染问题。 4.能场降解技术 能场是指传递能量的一种特殊物质，在运动中不断释放出“能粒子”和连续不断的“场波”从而能够分解和氧化有机物［6］。目前超声场、光场以及电场等能场降解污染物技术已得到了广泛研究。 4.1 超声场 超声场降解有机物是利用高能超声波在水溶液形成的空化泡发生超声空化效应时，气泡周围的极小空间内产生的温度和压强达到5000K和5×107Pa以上，并伴随强烈的冲击波和时速高达400Km的微射流，这些极端条件可以直接或间接的降解水中污染物［7］。其影响因素有超声功率强度、超声波频率、反应体系的温度和pH值、作用时间等。超声波降解能将水中有毒污染物转化为CO2、H20、无机离子或毒性减小的有机物。 4.2 光场 光催化氧化技术是以太阳能为潜在的辐射源，激发半导体催化剂（如TiO2、ZnO等），产生空穴和电子对，具有很强的氧化还原作用。当用于降解水中有机物时，光生空穴将产生羟基自由基（OH）等强氧化性自由基，成功的分解水中包括难降解有机物在内的大多数污染物［8］。纳米TiO2光催化剂，因其化学稳定性高、耐腐蚀，且具有较高的表面吸附位，催化活性好，加之对人体无