高分子废弃物资源化利用与研究进展.docx
《高分子废弃物资源化利用与研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高分子废弃物资源化利用与研究进展.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
高分子废弃物资源化利用与研究进展
摘要
高分子材料自问世以来给人类生活带来便利的同时也带来了极大的负效应,其形成“白色污染”,影响生态环境和危害人体健康。
高分子废弃物的传统处理方法是焚烧和填埋，其对环境的危害较大。
随着自然资源与能源资源的匮乏废弃高分子材料循环利用越来越受到人们的重视，且成为全球环保界关注的热点。
本文通过介绍高分子废弃物的来源、特点及影响，阐明了对高分子废弃物回收处理的意义，并系统介绍了国内外高分子废弃物回收处理现状以及国内外高分子废弃物回收再生技术的最新进展，并且对高分子废弃物循环利用技术进行了展望。
关键词：
高分子废弃物；回收；再生；资源化
Abstract
Thepolymermaterialhaslivedsincebeingpublishedforthehumanitybringstheconvenienceatthesametimealsotobringtheenormousnegativeeffect,itsformation“thewhitepollution”,affectstheecologicalenvironmentandtheharmhumanbodyhealth.Thepolymerreject'straditionprocessingmethodisburningdownandfillsinburies,ittheharmisbigtotheenvironment.Abandonthepolymermaterialcirculationusealongwiththenaturalresourceandtheenergyresourcestobevaluedpeople'smoreandmoredeficiently,andbecomestheglobalenvironmentalprotectionattentionthehotspot.
Thisarticlethroughtheintroductionpolymerreject'sorigin,thecharacteristicandtheinfluence,hadexpoundedtothepolymerwastedisposalprocessingsignificance,andthesystembriefedthedomesticandforeignpolymerwastedisposalprocessingpresentsituationaswellasthedomesticandforeignhighpolymerwastedisposalregenerationtechnologynewestprogress,andhascarriedontheforecasttothepolymerrejectcirculationusingthetechnology.
Keyword:
polymerreject;recycling;regeneration;convertingintoresources
目录
第1章概述1
1.1引言1
1.2高分子废弃物的来源、特点及影响2
1.3高分子废弃物回收处理的意义6
第2章高分子废弃物循环利用现状8
2.1国外高分子废弃物循环利用现状8
2.2国内高分子废弃物循环利用现状10
2.3高分子废弃物资源化利用存在的问题11
2.4本论文研究内容12
第3章高分子废弃物循环处理技术进展13
3.1高分子废弃物的前期处理13
3.2物理循环回收技术17
3.3化学回收技术21
3.4热能再生26
第4章高分子废弃物循环利用技术展望28
4.1研究高效无污染的废旧塑料热能转换焚烧装置28
4.2研究能将废旧塑料改性成高附加值产品的方法和设备28
4.3建立健全有关废弃物回收的法律法规，提高全民环保意识29
结论30
参考文献31
致谢33
第1章概述
1.1引言
高分子材料自上世纪问世以来，因具有质量轻,加工方便，产品美观实用等特点，颇受人们青睐，广泛应用于各行各业。
随着塑料制品消费量的不断增长，塑料废弃物也迅速增加，对环境的影响日趋突出。
废塑料弃物的处理也成为全球性的问题。
况且，高分子材料的原料是石油和天然气，都是不可再生的资源。
近年来，石油原料的有效开采储量迅速下降，能源价格不断上升，更加速了废旧高分子材料的资源化进程。
70年代初，美国就开始研究塑料对环境的污染问题，制止乱丢废弃物，积极处置废弃物。
他们采取的措施主要是减少来源、回收利用、焚烧作为能源利用、填埋等。
西欧国家对固体废弃物的管理采取一致行动，目标一体化，但也考虑各自的地理环境、人口、工业生产能力、国民的生活习惯等因素。
德国焚烧技术较为完善；英国仍以填埋为主,约占其城市固体废弃物的8%[1]；但是，现在欧洲最重要的发展趋势是塑料原料的回收和再利用。
意大利塑料废弃物的回收利用工作十分活跃，除了回收利用本国的废弃聚乙烯制品外，还从其他国家如德国、法国进口大量的塑料废弃物进行回收。
日本是亚洲塑料废弃物回收利用工作做得较好的国家之一，日本塑料废弃物的收集、分类、处理、利用都已系列化、工业化。
我国有关部门已将废旧塑料资源化列入议事日程：
国家科委已将废旧塑料资源化列入科技攻关项目；环保局将废弃塑料列为21世纪在环保领域要控制的三大重点之一，指出必须强化管理，依靠科技进步搞好回收利用；国家经委等部门也将塑料弃物的综合利用列入重点课题。
1.2高分子废弃物的来源、特点及影响
塑料，特别是热塑性塑料，从生产加工到消费使用的每一个环节都会产生废料，我们称之为废弃塑料（WastePlastics）。
生产加工时产生的废弃塑料叫消费前废弃塑料或工业生产废弃塑料（PreconsumerorIndustrialWastePlastics），其总量少、回收成本低且回收价值大，通常由生产加工部门直接回收。
消费使用后产生的废弃塑料叫消费后废弃塑料（PostconsumerWastePlastics），其总量很大、分散地很不集中，这类废弃塑料回收成本高，容易造成环境污染。
本论文提及的废弃塑料是指后者。
常见的高分子材料有：
塑料、橡胶、合成纤维和复合材料等。
图1显示了2000年中国这些材料的消耗量[2]，据此可见，它们的循环回收利用已迫在眉睫。
图1-12000年中国各种高分子材料的消耗量
1.2.1高分子废弃物的来源
塑料具有质轻、耐腐蚀、机械加工性能好、比强度高等特点，广泛应用于国民经济的各个领域。
全球塑料年产量十分巨大，表1显示了一些国家塑料的年产量。
表1-1各国塑料的年产量
1990年
2000年
2004年
2008年
美国
1000万吨
1700万吨
1900万吨
2000万吨
日本
400万吨
1000万吨
1100万吨
1300万吨
意大利
--
--
--
--
中国
250万吨
--
872万吨
--
塑料制品广泛地应用工业、农业等诸多产业上，并和人们的生活密切相关，同时也产生了大量塑料废弃物，废旧塑料的来源有如下几个方面：
1.2.1.1工业生产废弃塑料
在这个环节里，产生的废旧塑料少，也容易回收。
（1）来自于树脂生产。
主要是合成树脂生产中产生的等外品，副产品以及过筛时残渣等。
这些废旧塑料，一般厂方采用循环使用的方法来处理，而实际上没有形成废料。
（2）来自于塑料制品的生产。
塑料制品中不可避免有余边、浇口、次品，这些都属于废料之列。
塑料二次加工所产生的边角料、次品等也是废旧塑料的来源，但大多数加工厂可自行消化解决。
1.2.1.2消费后废弃塑料
在这个环节里，产生的废旧塑料多。
占的比例也比较大，使用寿命也比较短促，回收也比较困难。
（1）工、农业领域中的废旧塑料。
我国是一个制造工业大国，也是农业大国，工、农用塑料占塑料制品中的比重大，这个比例还在逐年上升。
工业领域中的废旧塑料制品来源有包装材料、管件、管道等;农业领域中的废旧塑料制品来源有下列几个方面：
农用地膜和棚膜；编织袋，如化肥、种子、粮食的包装编织袋；农用水利管件，包括硬质、软质、排水、输水管道：
塑料绳索和网具等。
（2）商业部门废弃的塑料制品。
经销环节：
杂货店和私人经营店、批发店，这些部分可回收塑料制品为一次性包装材料，它们本身基本上无污染，该类塑料制品可通过一次回收、分类，即可再生处理；消费环节：
旅店、饭店、旅游区、餐厅、火车、汽车等出售的食品盒、饮料瓶、包装袋等塑料杂品，这一类塑料制品均用过，有污染，除了分类之外，还要进行清洗处理。
（3）家庭中日用废旧塑料用品。
日常生活中所用的塑料用品在整个塑料用品中比重大，且呈现上升趋势。
一次性塑料用品：
主要是包装材料，如包装绳、包装袋、包装盒、家用电器的聚苯乙烯泡沫塑料的减震材料；非一次性用品:
各种塑料器皿、灯具、文具、饮具、厕具、化妆用具等塑料物品。
这几种日常用品被随时随地丢弃，这类废弃塑料数量很大，大部分存在于城市生活垃圾之中，约占城市生活垃圾的2%一10%，回收利用时分选、清洗等前期处理成本高，无论是直接回收利用，还是改性综合利用都很困难[3]。
目前己经对环境造成严重污染，通常所说白色垃圾，主要是指这部分废弃塑料。
它们基本是聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
1.2.2高分子废弃物的特点
由于具有良好的理化性质，高分子材料被广泛应用于电子电器、汽车等产品中。
随着这些产品的报废，大量的热固性塑料被废弃。
废弃热固塑料主要具备以下特性：
（1）高增长性
目前我国电视机的社会保有量达3.5亿台、冰箱社会保有量达1.3亿台、洗衣机社会保有量达1.7亿台。
这些电器多是20世纪80年代中后期进入家庭的，按10年至15年的使用寿命计算，从2003年起，我国每年至少有500万台电视机、400万台冰箱、600万台洗衣机要报废。
电视机外壳、冰箱内胆、冷冻盒、冷藏盒、洗衣机桶、面板等都是高分子废弃物的主要贡献因子。
另外，每年拆解的报废汽车约为100万辆，废弃高分子材料约2万吨。
据汽车行业专家预测，随着我国汽车行业的迅猛发展，随后的20年我国将进入汽车报废的高峰期，高分子废弃物的产生量也会大大增长。
（2）难处理性
高分子材料具有独特的三维网状交联结构，具有不溶不熔的性质。
这种性质充分体现了热固性塑料作为基础材料的优越性，但是，高分子材料遭到废弃后，其不溶不熔的性质便成为再生利用的最大技术障碍。
（3）价值再生性
高分子材料又是不可多得的再生资源。
废弃高分子材料通过资源化技术再生，可用作生产活性炭、物流托盘等产品的原材料。
1.2.3高分子废弃物的影响
塑料的大量生产，也导致大量废弃塑料的产生，美国1989年塑料废弃物的排放量为1050多万吨，到2000年已经增加到1600多万吨，日本1990年塑料生产量为1260万吨，塑料废弃物量550多万吨，塑料废弃物量接近生产量的一半。
如果这些废弃塑料全部进入环境，在自然环境中逐渐积累起来，形成了白色污染，生态环境就会不堪重负[4]，由此带来的损害主要表现在以下几点：
（1）废弃塑料的逐渐积累造成垃圾堆放点增多，填埋所用耕地面积加大，费用增加，同时耕地的减少，又会引发粮食问题[5]。
.
（2）焚烧废弃塑料[6]虽然可以获得能量，由此而产生的二氧化碳、氯化氢、二噁英等有害物质对环境造成二次污染。
（3）大块泡沫塑料、农用地膜等进入土壤，残留时间长，特别是聚苯乙烯泡沫塑料，在土壤中可数百年不分解，影响了土地的渗透性，使土质变坏，长期影响农作物生长。
（4）江河、湖泊及海洋漂浮物中多半以上是废弃塑料，水生物误食或缠结后，大量死亡。
1984年，意大利居民在亚德利亚海打捞上一头死鲸鱼，经解剖发现，它吞下了50多个塑料袋，有几个塑料袋卡在喉咙窒息而死。
图1-2显示了被白色垃圾严重污染的楠溪江景区。
图1-2被白色垃圾严重污染的楠溪江景区
（5）废弃塑料中常混有各种污染物和有害物，生活垃圾主要来源于家庭及商业服务业，这类塑料夹杂着大量污染物并携带各种细菌和病原体，污染环境。
医疗塑料中含有更多的细菌，象结核杆菌、肺炎球菌等。
它们在收集、运输和储存的条件下，会发生细菌病原体的蔓延与繁殖，以及有机物腐败会产生恶臭气味和黑臭垃圾水，这些污染物进入环境，会造成直接或潜在的严重危害[7]。
（6）造成资源的巨大浪费，热固性塑料的高分子材料基本成分（单体）主要来自石油。
一样，从长远看石油等资源不会“取之不尽，用之不竭”，因此与其它自然资源，可以通过技术手段实现再利用的废弃热固塑料也是一种再生资源。
如果废弃热固塑料直接废弃，将造成巨大的资源浪费。
（7）废弃热固塑料对环境的影响，废弃热固塑料填埋处理对环境的影响一直以来，填埋是处理废弃热固塑料的主要方法。
众所周知，一是填埋侵占有限耕地，严重浪费国土资源:
二是热固性塑料性质稳定，填埋后经久不腐，贻害未来。
它们滞留在土壤里就破坏了土壤的透气性能，降低了土壤的蓄水能力，影响了农作物对水分、养分的吸收，阻碍了禾苗根系的生长，从而造成农作物的大幅度减产，使耕地劣化。
此外，塑料添加剂中的重金属离子及有毒物质会在土壤中通过扩散、渗透，直接影响地下水质和植物生长。
耐腐蚀抗细菌本是塑料制品的一大优点，但它们成为垃圾后却成为科学家们头痛的难题，在无空气无光照的情况下，微生物难以分解有机物，塑料垃圾在填埋中需200年后方能分解殆尽。
三是填埋后塑料垃圾经雨水长期冲刷，使大量有害物质带入人类的生活坏境，造成对子孙后代的危害。
由上述所见，采用填埋法处理废弃热固塑料对环境的污染是一种长期累积效应，百害而无一利。
废弃热固塑料焚烧处理对环境的影响焚烧是废弃热固塑料处置的另一种方法。
塑料在热分解过程中，聚合物发生裂解，释放出大量的有害气体，如聚氨酯燃烧产生氰化物，焚烧含氯塑料，不仅产生对环境破坏极大的氯气、氯化氢及二噁英气体，而且还产生CO、NOx、甲醛、氯乙烯、苯乙烯等有害气体，对生态环境产生极大的影响。
在塑料焚烧过程中，作为塑料填充、染色等无机金属也被挥发于大气之中，如Pb、As等有害物质，造成大气污染。
这些有害物质对人体的伤害极为严重，主要表现为肝功能紊乱和神经受损，并使癌症的病发率上升等。
总之，严重危害生态环境的塑料废弃物己成了全球公害，治理废弃塑料污染已是迫在眉睫的问题。
1.3高分子废弃物回收处理的意义
废旧塑料的回收利用，从经济和社会角度来说，有着巨大的潜在力和现实意义[8]。
废旧塑料是城市固体废物中含有能量最高的一种，抛弃废旧塑料就等于抛弃了有价值的能源。
将废旧塑料回收利用，制造各种再生制品如一般的塑料包装材料，节约了用于制造树酯的石油原料和树酯制造能耗，故回收利用废旧塑料是值得的。
当然，焚烧废旧塑料也可以回收能量，但利用率不及再生制品。
加之，我国一方面塑料的原料不足，且需求量又大，所以应该回收再利用废旧塑料作为二次材料源。
塑料原料的价格，随油价的上升而上升。
新原料塑料制品的价格比回收利用再生制品的价格高得多，只要满足使用的要求条件，再生制品的潜在价格优势相当可观。
利用废旧塑料可以制成具有一定质量级别再生制品，虽然性能较新的制品差一些，色泽外观要降级，但是其价格比新原料塑料制品低得多，何况再生制品在某些部门，如农业、建筑和工业的某些领域并不构成安全隐患问题。
PVC聚氯乙烯直接利用废旧PVC潜力很大，废旧PVC制品量年均26万吨之多。
再生管材如普通的再生制品建筑业中的电线外管，其要求在受热可弯曲不塌陷。
然而在具体做法上，应注意PVC制品的类别，钙型PVC制品（己有大量的填料），再生料的溶融流动性及力学性能低，这时应该与其它添料适当配合使用。
废旧塑料的综合利用主要包括下面两个方面：
一燃料化
因废旧塑料是热量值很高的材料，用其制造料也是很有价值的。
对于那些难以清洗、分选处理、无法回收利用的混杂废旧塑料，可以在焚烧炉中焚烧，回收其散发的热能，木材的燃烧热约为15GJ/Kg，聚乙烯的烧热为43GJ/Kg，聚氯乙烯的燃烧热为18GJ/Kg，废旧塑料的燃烧热一般皆高于木材，其热能回收颇具有潜力，是一种理想的燃烧，它可以制成固体燃料，也可先液化油类，再制成液体燃料，但用于燃烧，其中氯的量应控制在0.4%以下。
二原料化
1多树脂胶：
用废旧塑料生产多功能的树脂胶、木板胶、印刷胶。
利用聚苯乙烯塑料可于苯的同系物和卤代烷系列等有机溶剂的特性，可制成多种涂料和胶粘剂。
2防渗剂：
它主要以废旧塑料中的聚苯乙烯泡沫塑料为原料，加入少量增塑剂，采用热熔工生产而成，此法生产的防渗剂具有良好的密封性，附着力强，耐酸碱、抗老化、本低、效益好，其防水、防腐蚀性大大超过沥青油膏，使用寿命可达20年以上。
3防锈剂：
用废旧塑料生产的防锈漆，成本低廉，可直接涂于钢铁表面，有防渗透、防锈、防腐作用，还可以适用于民用家具的表面油漆。
第2章高分子废弃物循环利用现状
2.1国外高分子废弃物循环利用现状
二十世纪九十年代以来，废旧塑料的回收利用受到了世界各国的更大关注。
各国政府相继制订了相关的政策法规，采取了有效的对策和措施，废旧塑料的简单回收利用、化学回收利用及能源回收利用技术有了较大进步，回收利用率达到60%以上。
美国、日本、意大利、德国是目前世界上回收利用废旧塑料工作做得较好的国家。
下面以这四国为例，简略分析废旧塑料的回收利用状况。
（1）美国
美国一直是世界上塑料生产的第一大国，它每年的塑料废物也居世界首位。
据美国塑料生产者协会匆算，到2000年美国的废旧塑料将超过1600万吨。
美国回收利用废旧塑料品种的比例约为包装制品占50%、建筑材料占18%，消费品占11%，汽车配件占5%，电子电气制品占3%。
其塑料品种所占比例分别为聚烯烃类占61%，聚氯乙烯占13%，聚苯乙烯占10%，聚醋类占11%、其他占5%.近年来，美国各级政翁色畜告了七些涉及塑料废弃物的法规，除联邦议会关于处理塑料废弃物的措施及开发研究议案外.各州制定了近800项有关城市垃圾管理的法规。
尤其是对塑料废弃物，各州的立法不尽相向。
除了用立法的强硬措施解决塑料废弃物问题外，民间组职也来取了有效措施和切实可行的办法。
如新泽西州的塑料再生中心（CPRR）建造了‘不处理热塑性塑料的浪置，具有年产3500吨再生粒料的能力，为了消除废塑料对生态环境的长期危害，美国在80年代中期曾推行可降解塑料，由于技术问题，现在转而又以回收利用为主要措施来解决废塑料制品对环境的危害。
（2）日本
日本是世界仅次于美国的第二大塑料生产国，塑料的年产量超过1400万吨，
消费量近1000万吨，90年代初废塑料年排出量约为560万吨，现己增至约900万吨，废塑料占生活垃圾体积的30~50%。
日本国土狭小、人口稠密，日益增多的废塑料已经不能再采用焚烧（造成大气污染）和掩埋（造成土壤与地下水污染）。
废塑料的危害对日本人的生存环境形成了严重的威胁。
为了促进废塑料的回收利用工作的开展，日本早在1971年就设立了“塑料处理促进协会”，但那时日本社会对废塑料回收利用工作并未给子足够的重视。
直到80年代末约有15%的废塑料通过垃圾焚化发电回收能量，作为材料回收的仅限于发泡聚苯乙烯家电包装缓冲材料和盘碟餐具、PVC农膜、少量聚酯瓶。
1991年4月日本政府制定了“再生资源利用促进法”，其中规定了饮料等包装瓶在生产时应加上材料种类标志，以便于废弃后回收重用。
1993年通产省发表了“21世纪废塑料处理规划计划”，2000年废塑料回收重用率达到65%（其中热能回收50%，材料回收15%），21世纪初回收重用率达到90%（热能回收70%，材料回收20%）。
1996年6月制定了“容器包装分别收集及再资源化法”，规定1997年4月开始强制实行PET瓶的回收，2000年4月开始强制实行PET以外的塑料容器包装的回收。
有关建筑行业的废塑回收法也在拟定中。
（3）意大利
在欧洲回收利用废旧塑料工作做得最好的是意大利。
意大利90年代塑料原材料年产量已超过300万吨，年均排出废塑料约140万吨，其中聚乙烯占42%，聚丙烯占10%，聚氯乙烯（含苯乙烯共聚物）12%其他类占18%意大利研制出从城市固体垃圾中分离废旧塑料的机械系统，可以有效地分离并处理聚乙烯膜。
再生粒料的大宗用途是与部分聚乙烯树脂混合后生产垃圾袋，袋类制品。
得到的聚乙烯还可生产管材及异型材、中空制品、注塑制品等再生产品。
意大利科学家最近发明了一种新技术。
可以从废塑料的混合物中生产出高强度高价值的聚合物。
这种技术是通过分解废塑料的分子，然后使这些分子重新化合成杂交分子，从而产生均匀熔化。
最新的方法是在混合物中添加固体二氧化碳，二氧化碳在一定压力下变成液体，从而产生像热球碰撞一样的轻微爆炸，部分二氧化碳在几秒钟内蒸发成气体，结果是各种分子碎片在分解链的端点和不成对的电子发生高速反应，迅速重新化合，形成坚固的新聚合物。
由此所得的复合材料具有同纯聚乙烯一样的强度，与PVC塑料一样坚硬和耐用。
（4）德国
德国（指原西德）的废弃物处理法是1972年制定的，比日本1970年出台的废弃物处理扩清扫法规晚了两年，但历经四次修改后提高到一个很高的水平。
1991年6月。
德国颁布了《包装条例》，它是世界上第一个针对所有包装废物进行回收的条例，塑料是该条例规定的包装材料之一。
为了与这个政令相结合，成立了德国双向回收系统公司，在德国全国范围内负责商品包装废物的回收利用。
1993年3月，德国联邦议会通过了新的废弃物处理法。
这个法律主张“用再资源化代替简单的废弃物处理”。
（5）其他国家
目前，世界各国投入大量人力和物力，积极推广和开发各种回收利用废旧塑料既高效又经济、易于推广的关键技术。
致力于开拓其适合的应用领域和开发高附加值产品。
英国、法国等一些西方发达国家也非常重视废旧塑料的回收利用，均通过立法、实施行政措施等方法促进这项事业的发展，并取得了较好的成效，回收利用率不断提高。
在发展中国家，塑料制品的人均消费比发达国家低得多，相应产生的废弃物较少，但是各国政府对废旧塑料的回收利用仍很重视。
废旧塑料的回收利用已被公认为解决塑料污染的有效途径。
2.2国内高分子废弃物循环利用现状
国内废塑料回收业作为一新兴产业，已经为我国废旧塑料资源再生、治理“白色污染”、保护生态环境作出了一定的成绩。
突出的有：
以浙江省东阳废塑城为首的七大废旧塑料集散地；大连、成都、重庆、沈阳、株洲、青岛、邯郸、张家口、北京、郑州等地分别从日本、德国引进了20余套熔融再生利用废旧塑料生产装置；山东省枣庄市山亭区桑村镇用废旧塑料制编织袋加工基地等。
另外，还有各地塑料加工企业或引进或开发的不同生产规模的各类废旧塑料回收加工装置等。
这些废旧塑料集散地、加工基地、回收加工装置等已经初步形成了我国的废旧塑料加工业，消耗掉相当数量的“白色垃圾”。
如山东省的桑村镇塑料编织袋加工基地，拥有塑料颗粒加厂201家，塑料编织厂23家，形成了废旧塑料的收购、运输、加工、印刷一条龙，每年吃掉“白色垃圾”12万吨，年产编织袋5亿条，年销售额3.5亿元。
但是，与国外废旧塑料回收利用加工业相比，无论从技术、规模、回收率以及经营管理等各个方面，我国在总体上还是相对比较落后的。
例如：
上世纪80年代末，美国的废旧塑料回收率为9%，20世纪末达到35%以上；而我国上世纪80年代末约在5%左右，20世纪末仍不足20%。
在一些重视能源回收利用的国家，其塑料回收率极高，如瑞典高达91%，其中78%用于能源回收；丹麦的回收率为85%，其中76%用于能源回收。
德国、奥地利、瑞
升级会员 