摘要：当前，在科学技术水平快速发展的推动下，高聚物材料不断融入市场。其与传统材料相比有着明显的优势，即比强度高、耐腐蚀性强等。这些特性使其在环保材料与设备中得到广泛应用，比如，在水处理中，可以借助高聚物絮凝剂。然而任何事物均存在对立面，高聚物材料在促进环境保护的同时，在一定程度上也对环境造成破坏。本文对高分子材料进行简单概述，并对其在环境保护中的应用进行阐述，同时对高分子材料造成的环境污染问题进行简单分析，并提出相应解决策略就高分子材料对环境保护的影响进行简单研究。
关键词：高分子材料,环境保护,影响研究,治理措施
对于高分子材料,其具有性能优良、小型化等特点,自20世纪产诞生以来一直被各个行业所青睐。在环保中由于其具有价格低、易加工、耐腐蚀、重量轻以及比强度高等特点,在一些加工设备中有着广泛应用。然而,随着高分子材料的不断应用,造成的环保问题也日益严重。也就是说,高分子材料在改善人们生活条件的同时,对自然环境造成严重破坏,这种矛盾在我国现阶段发展中十分突出。需要了解高分子材料与环境保护的关系,根据彼此情况,合理制定发展措施以促进社会与自然和谐发展。。
1 高分子材料概述
高分子材料主要是由分子质量较高的化合物,经加工制成的材料,在人们日常生活中所接触到的一些天然材料,基本上由高分子材料构成。比如人体器官、棉花以及天然橡胶等。高分子材料性能主要由其结构决定,对结构进行改性以及控制,即可获得特性不同的材料[1]。由于其易加工以及易改性等特点,使其性能更加优异,进而在国民经济、科学技术以及国防建设等方面均获得良好发展,并为人们的衣食住行等方面提供保障。
高分子主要是指分子质量较大能够达到上百万的有机化合物,其在结构方面是由相同、简单的单体结构单元,借助化学键不断重复连接而成,另外,其又被称为聚合物或是高聚物。一般,有机化物材料相对分子质量在1000以下,而高分子材料相对分子质量能够达到105万左右,因此,其与低分子材料在力学性能、化学性能以及物理性能等方面存在较大差异。
2 环境保护中高分子材料的应用
2.1 水处理设施应用
斜板沉淀池。一般沉淀池主要有竖流式、辐流式以及平流式三种形式,而新型沉淀池的沉淀性能更加突出,其在沉淀池中进行斜板设置,使沉淀面积增加,进而使水处理性能力得以提升[2]。在斜板池中,其斜板既是由塑料制作而成,此种斜板具有耐腐蚀以及质轻等特点,在斜板制作中是十分理想的材料,对于不同水质均有着良好的应用性能。
生物膜处理填料。在应用生物膜进行有机污水处理时,需要应用大量填料在,保证微生物拥有附着场地。特别是新型填料,比如高分子列管式、蜂窝状填料,通过与砂石材料比较其在重量以及通风性能等方面更加突出,有效提升生物滤池高度,同时能够有效避免滤池出现堵塞现象,促使生物膜处理更加稳定、高效。
中水处理、水深度处理、给水处理中常用滤池。砂滤池在负荷性能方面较差,滤速只能保持在9m/h左右,而通过高分子纤维材料的应用,促使过滤技术得到进一步发展[3]。比如,自助式纤维过滤设备,通过水力作用,能够促使滤层自动进行过滤以及清洗,在清洗环节中只需借助较低的清洗水压头即可轻松完成清洗工作,并且在过滤以及清洗环节中不会对滤料造成损伤,使水中悬浮物得到彻底清除,同时能够有效清除水中的病毒、细菌、有机物、锰、铁以及胶体等物质。部分纤维材料能够在缺少絮凝剂的条件下,对低浊度、低温纤维进行有效解决,其进水浊度在10NTU以下,出水浊度在2NTU以下。其过滤速度在20～120m/h范围内,截污容量在20～120kg/m3范围内,过滤效率SS去除率能够达到100%,并且程控便捷、不会造成损件,其进水SS在0～1000mg/L之间,滤料寿命在10a以上,因此,各方面均有着良好的性能。
2.2 污泥处理与水处理中的絮凝剂
在污泥脱水、供水以及污水处理中,主要通过絮凝剂来实现。对于无机絮凝剂,其优点在于价格低廉,然而在铁盐出水中会带有一定颜色,对给水设备造成一定腐蚀影响。而有机高聚物絮凝剂其在各个方面均有着优良的性能。(1)产品稳定性能良好,有着较强的架桥吸附能力。(2)功能团种类多,絮凝效果突出,应用范围广泛,不会产生大量污泥,用量为无机絮凝剂的10%即可。(3)其絮体质量大、密度高,能够与水体轻松实现分离。(4)污泥残渣可以通过焚烧尽心处理,防止出现二次污染问题[4]。
对于污水处理,在不同行业中,其污水水质会存在一些差异,并且十分复杂,单一絮凝剂的絮凝效果无法达到预期效果,因此,促进了复合高聚物絮凝剂发展,其由是不同材料的聚合物组合而成,能够对各种性质的胶体物质进行有效处理。比如,河南油田借助复合高聚物絮凝剂,处理高浊度稠油、乳化严重以及油水密度差等问题,能够实现回注水质的标准。
2.3 离子交换树脂
在进行水处理时,高分子离子交换树脂在水软化方面有着良好的效果。开展工业废水处理工作时,在重金属离子以及去除等方面有着良好的处理效果。其属于一种与水不相容的多孔性物质,其空隙以及孔表面附着相应的离子交换基团,其能够吸附溶液中的阳离子、阴离子,并对身自身含有的相同电荷离子进行等量交换,在溶液中释放出来。对于离子交换剂主要有叫交换树脂、磺化煤、天然沸石以及人造沸石四种,后三种只能与阳离子进行交换,并且只能勇于水软化处理中,而交换树脂分为阳离子与阴离子两种类型,同时又分为强性树脂、弱性树脂。特别是弱性树脂,其交换容量更大,再生太容易以及选择性高,使其在处理废水重金属离子中得到广泛应用,比如,铬型阴树脂在含铬废水中有着良好的处理效果。虽然交换树脂的价格比磺化煤与沸石高,然而其交换能力更加突出,出水效果更加稳定,使其得到推广与应用[5]。
2.4 其他方面的应用
水处理膜分离法,其主要借助合成高聚物获取半透膜以及离子膜等特点透过功能,实现在水中分离分子、离子或是其他微粒的目的,其涵盖渗析、超滤、反渗透以及电渗析等。比如,在电渗析法中,其通过直流电场,能够促使高聚物交换膜选择透过性得到提升,促使阳离子与阴离子实现定向迁移,进而在水中实现离子分离目标。其在废水处理、海水淡化以及水的除盐等方面均有着广泛应用,其在废水处理方面有着广阔的发展空间。
废气处理。将泡沫塑料作为基础材料的过滤器,其能够促进废气处理效果。比如,以HEPA、PP等材料制作而成的过滤网。噪音控制。高聚物材料,其表面积十分庞大,能够有效地吸收声音,因此,在噪音防控中有着良好的应用潜能。
3 高分子材料造成的环境污染问题
3.1 生产中的环境污染问题
对于高分子材料,从原材料到成品的过程中,需要经过多道生产工艺,比如,聚氯乙烯异型材以及管材,是当前化学建材行业主要发展目标。2015年,在扩建、改建以及新建工程中,管道市场中的塑料管道占有率以及达到50%,门窗市场中使得塑料门窗已经达到20%。然而在合成、加工聚氯乙烯中,污染问题较为严重,比如,原料乙烯会对人体产生一些损伤,出现急性中毒或是慢性中毒症状,另外聚氯乙烯属于热敏性材料,整个加工过程需要添加大量添加剂,而稳定剂中的铅系、铬系化合物的毒性较大,其他增塑剂虽然无毒或是毒性较轻,但是降解困难,极易造成生物富集问题,并且通过动物实验证明,其能够使人产生癌症,因此,高聚物材料在合成、加工过程中造成的环境污染问题,对其可持续发展造成一定影响。
3.2 使用中造成的环境污染问题
由于高分子材料具有良好的使用性能,因此,越来越受人们所青睐,然而在实际使用中仍然存在一些问题,对人们的体验造成影响。比如,当前人们所青睐的硬质纤维板与复合地板中,含有一定游离甲醛,严重影响居民身体健康。并且一些装修材料中,其有毒物质可能引发幼儿产生小儿白血病,另外,当前小儿白血病的患者日益增。通过对患者居住环境的调查,发现其室内刚刚完成装修。同时,医学界认为,环境污染与白血病有着紧密联系,另外,部分高聚物材料中的添加物以及残留物等,比如密封材料与摩擦材料的石棉,对人体造成的伤害较为严重。使用中的这些问题对高聚物材料造成一定影响[6]。
3.3 废弃物造成环境污染问题
对于废弃高聚物材料,主要有两种来源:(1)产品生产过程中产生的废弃料。(2)产品在终结使用中,造成的废弃物。在生产中形成的废弃物一般都是边角料或是半成品,此类废弃高聚物材料能够轻松实现回收、再利用,不会对环境造成严重破坏。而产品终结废弃物是环境污染的主要原因,其产品通常为一次性农用膜以及包装物等,而其原料一般PE薄膜,此种材质具有耐用、透明、质轻的特点。当前,对于废弃PE薄膜的主要处理方式就是通过地下掩埋或是燃烧来实现,然而,此种材料埋于地下的200年时间内不会得到充分降解,而燃烧处理造成的污染更加严重,在燃烧过程中会产生大量的CO2与CO。CO会造成严重缺氧,而CO2会使温室效应问题更加严重。因此,随着PE薄膜使用量增加,环境污染问题业更加严峻,白色污染问题是当前亟待解决的问题。
4 废弃材料治理措施
4.1 合成工艺绿色化
在绿色高聚物合成中,应该具备以下内容:(1)没有副产物。(2)对副产物进行无害化处理。(3)将反应条件设置为无害条件。(4)采用无害催化剂。
以原子经济性角度分析,原料分子中原子应该全部转化为产品,在反应过程中不会产生废物或是副产品,达到废物零排放,这样才属于理想型经济反应。比如,在加工聚氨酯泡沫塑泡沫塑料时,环氧丙烷是其重要生产原料,在传统加工中,主要使用氯醇法,整个反应过程需要使用大量的氯气,并且生产废水中会含有大量氯化钙,对环境造成一定影响[7]。可以通过开发钛硅分子筛中的催化氧化制作环氧丙烷,是合成工艺更加绿色化。
以原材料角度分析,应该尽量采用来源丰富、无毒无害的环保、可再生资源。可以在固态熔融条件下,借助碳酸二甲酯与双酚A加工聚碳酸酯材料,其能够完全将常规光气台成替代,保证在加工中使用的均是无毒无害原料与溶剂。又比如,由美国开发的PVA与玉米淀粉共混物,可以借助普通加工工艺开展加工作业,其强度与普通强度并无明显差异,并且其能够实现100%分解。淀粉能够轻易地实现葡萄糖转化,借助葡萄糖可以进行苯二酚、邻苯二酚以及己二酸等化工原料制作,达到高聚物原料单体无害化的目的。
以工艺角度分析,应该在温和条件下开展加工作业,保证催化剂绿色化,并减少对能源以及溶剂等方面的需求。在高聚物合成中,所需的能源、催化剂溶剂以及副产物均会对环境产生较大影响,其残留的有毒物质,将直接影响使用者的健康。对于生产所需能量,应该尽量使用辐射、微波以及光能等代替传统加热方式,为聚合反应提供保障。在化学领域中,仿酶催化是一项热点研究项目,在高聚物绿色化中应该对其加以重视,其具有条件温和、专一性以及高效性等特点,然而,天然酶还无法有效地应用于实际生产中,开发与酶功能相近或是性能更加突出的人工酶,是当前仿生科学与化学领域中较为重要的课题。模拟酶,即在天然酶中选取一些能够起到主导作用的因素,设计出具有酶特性,然而更加稳定、简单的分子集合体或是非蛋白质分子,其能够促使高分子合成更加绿色化。
4.2 降低高聚物材料废物量
当前,废弃高聚物材料主要为固体废物,庞大的废物量使环境治理的压力越来越大,因此,在高聚物材料污染治理工作中,应该尽量降低其废物量。在这一过程中需要多方共同努力。(1)限制使用,我国经贸委曾经提出,关于即刻停止加工一次性发泡塑料餐具,同时在铁路部门中,已经开始禁止在火车上使用一次性餐具,一些城市也开始做出相关规定,使固体废物量得到有效降低。(2)经济手段,比如征收相应的消费税,提升一次性产品价格,使其消费市场不断缩减。(3)教育引导,以当前各地实际情况分析,一些地区还没有全面废止一次性餐具,因此,在白色污染治理中除了使用行政手段,还要积极运用教育手段,可以借助画展、摄影展等方式,使人们能够加深对白色污染认知,对其心灵造成冲击,使其在生活中自觉减少一次性制品的使用,在购物买菜过程中,多使用竹篮或是布袋等工具。(4)使用环保型餐具,比如借助可降解塑料、淀粉、植物纤维以及环保纸等材料,生产一次性餐具。对于降解材料是指塑料与具有降解作用的制剂融合而成的产品,其在微生物、氧、热光等条件下裂解,使一次性制品在自然环境中逐渐降解,进而降低对环境的影响。然而,降解塑料的成本更高,对其发展造成一定影响,因此,需要各方共同努力,提高可降解塑料的应用效率,促进环境和谐发展。
4.3 废弃高聚物材料回收利用与循环利用
此种方法是处理废弃高聚物材料最科学、有效的手段,其能够有效地对材料污染进行控制,同时减少资源浪费,政府与企业应该大力提倡。西方一些发达国家在此方面有着良好的建设成果,比如德国,其在1991年即颁布了《包装条例》。污染制造人员必须承担治理以及消除污染过程中一切的费用。对包装材料生产者与经营者对材料回收的责任进行了明确要求,因此,其塑料垃圾回收率已经达到40%以上,一些国家的塑工协会还专门构建固体废物处理协会,其专门负责包装材料的收集以及回收处理等。而我国,上海在白色污染治理方面取得良好成效,其借助对所有一次性餐具征收3分钱的回收费用,作为回收处置环节中的补贴,回收率在250%以上。回收框架主要分为两个构架:(1)各个分区的环保局管理回收体系、(2)环保公司中转站。对于回收的餐具,通过分拣、清洗以及熔融造粒等流程,获得再生粒子,并运用再生粒子制作相应的制品,促进经济效益发展。
一般高聚物材料的回收方法主要有法学循环与直接回收利用两种方法。对于化学循环,是指对回收高聚物分子进行解聚处理,使其成为单体,之后通过聚合反应成为树脂,以达到循环利用的目的。一些通过裂解变成低分子油类,进而成为优质燃料或是化工原料。当前,我国在此方面的应用已经十分广泛,比如,聚苯乙烯、0聚酯以及有机玻璃等。
结语
综上所述,高聚物材料在水处理设施、污水处理、噪音处理以及废气处理等方面均有着良好的应用效果,具有广阔的发展空间。然而,在高聚物材料生产、使用过程中也会造成一定的环境污染,同时若是在掩埋与焚烧处理中不彻底,同样会污染环境。因此,在使用过程中也要加大材料控制力度,通过合成工艺绿色化、降低高聚物材料废物量、废弃高聚物材料回收利用与循环利用等,为环境保护工作,提供基础保障。
参考文献
[1]刘勇.环保高分子材料及其规模工业化研究[J].山东化工, 2017, 46(14):141.
[2]黄亚江,叶林,廖霞,等.复杂条件下高分子材料老化规律、寿命预测与防治研究新进展[J].高分子通报,2017(10):52-63.
[3]杨明山,戴玉华,师奇松,等.紧密贴合社会需求的高分子材料与工程专业特色凝练、内涵发展探索[J].化工高等教育,2016,33(1):18-21.
