高分子材料對環境保護的影響研究

張兆謙

摘? ?要：當前，在科學技術水平快速發展的推動下，高聚物材料不斷融入市場。其與傳統材料相比有著明顯的優勢，即比強度高、耐腐蝕性強等。這些特性使其在環保材料與設備中得到廣泛應用，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立面，高聚物材料在促進環境保護的同時，在一定程度上也對環境造成破壞。本文對高分子材料進行簡單概述，并對其在環境保護中的應用進行闡述，同時對高分子材料造成的環境污染問題進行簡單分析，并提出相應解決策略就高分子材料對環境保護的影響進行簡單研究。

關鍵詞：高分子材料? 環境保護? 影響研究? 治理措施

中圖分類號：X50? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0127-03

對于高分子材料，其具有性能優良、小型化等特點，自20世紀產誕生以來一直被各個行業所青睞。在環保中由于其具有價格低、易加工、耐腐蝕、重量輕以及比強度高等特點，在一些加工設備中有著廣泛應用。然而，隨著高分子材料的不斷應用，造成的環保問題也日益嚴重。也就是說，高分子材料在改善人們生活條件的同時，對自然環境造成嚴重破壞，這種矛盾在我國現階段發展中十分突出。需要了解高分子材料與環境保護的關系，根據彼此情況，合理制定發展措施以促進社會與自然和諧發展。。

1? 高分子材料概述

高分子材料主要是由分子質量較高的化合物，經加工制成的材料，在人們日常生活中所接觸到的一些天然材料，基本上由高分子材料構成。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構決定，對結構進行改性以及控制，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，使其性能更加優異，進而在國民經濟、科學技術以及國防建設等方面均獲得良好發展，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量較大能夠達到上百萬的有機化合物，其在結構方面是由相同、簡單的單體結構單元，借助化學鍵不斷重復連接而成，另外，其又被稱為聚合物或是高聚物。一般，有機化物材料相對分子質量在1000以下，而高分子材料相對分子質量能夠達到105萬左右，因此，其與低分子材料在力學性能、化學性能以及物理性能等方面存在較大差異。

2? 環境保護中高分子材料的應用

2.1 水處理設施應用

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，其在沉淀池中進行斜板設置，使沉淀面積增加，進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輕等特點，在斜板制作中是十分理想的材料，對于不同水質均有著良好的應用性能。

生物膜處理填料。在應用生物膜進行有機污水處理時，需要應用大量填料在，保證微生物擁有附著場地。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性能等方面更加突出，有效提升生物濾池高度，同時能夠有效避免濾池出現堵塞現象，促使生物膜處理更加穩定、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用，促使過濾技術得到進一步發展[3]。比如，自助式纖維過濾設備，通過水力作用，能夠促使濾層自動進行過濾以及清洗，在清洗環節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節中不會對濾料造成損傷，使水中懸浮物得到徹底清除，同時能夠有效清除水中的病毒、細菌、有機物、錳、鐵以及膠體等物質。部分纖維材料能夠在缺少絮凝劑的條件下，對低濁度、低溫纖維進行有效解決，其進水濁度在10NTU以下，出水濁度在2NTU以下。其過濾速度在20～120m/h范圍內，截污容量在20～120kg/m3范圍內，過濾效率SS去除率能夠達到100%，并且程控便捷、不會造成損件，其進水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現。對于無機絮凝劑，其優點在于價格低廉，然而在鐵鹽出水中會帶有一定顏色，對給水設備造成一定腐蝕影響。而有機高聚物絮凝劑其在各個方面均有著優良的性能。（1）產品穩定性能良好，有著較強的架橋吸附能力。（2）功能團種類多，絮凝效果突出，應用范圍廣泛，不會產生大量污泥，用量為無機絮凝劑的10%即可。（3）其絮體質量大、密度高，能夠與水體輕松實現分離。（4）污泥殘渣可以通過焚燒盡心處理，防止出現二次污染問題[4]。

對于污水處理，在不同行業中，其污水水質會存在一些差異，并且十分復雜，單一絮凝劑的絮凝效果無法達到預期效果，因此，促進了復合高聚物絮凝劑發展，其由是不同材料的聚合物組合而成，能夠對各種性質的膠體物質進行有效處理。比如，河南油田借助復合高聚物絮凝劑，處理高濁度稠油、乳化嚴重以及油水密度差等問題，能夠實現回注水質的標準。

2.3 離子交換樹脂

在進行水處理時，高分子離子交換樹脂在水軟化方面有著良好的效果。開展工業廢水處理工作時，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，其空隙以及孔表面附著相應的離子交換基團，其能夠吸附溶液中的陽離子、陰離子，并對身自身含有的相同電荷離子進行等量交換，在溶液中釋放出來。對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，后三種只能與陽離子進行交換，并且只能勇于水軟化處理中，而交換樹脂分為陽離子與陰離子兩種類型，同時又分為強性樹脂、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，出水效果更加穩定，使其得到推廣與應用[5]。

2.4 其他方面的應用

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透過功能，實現在水中分離分子、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，能夠促使高聚物交換膜選擇透過性得到提升，促使陽離子與陰離子實現定向遷移，進而在水中實現離子分離目標。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用，其在廢水處理方面有著廣闊的發展空間。

廢氣處理。將泡沫塑料作為基礎材料的過濾器，其能夠促進廢氣處理效果。比如，以HEPA、PP等材料制作而成的過濾網。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用潛能。

3? 高分子材料造成的環境污染問題

3.1 生產中的環境污染問題

對于高分子材料，從原材料到成品的過程中，需要經過多道生產工藝，比如，聚氯乙烯異型材以及管材，是當前化學建材行業主要發展目標。2015年，在擴建、改建以及新建工程中，管道市場中的塑料管道占有率以及達到50%，門窗市場中使得塑料門窗已經達到20%。然而在合成、加工聚氯乙烯中，污染問題較為嚴重，比如，原料乙烯會對人體產生一些損傷，出現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，整個加工過程需要添加大量添加劑，而穩定劑中的鉛系、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，并且通過動物實驗證明，其能夠使人產生癌癥，因此，高聚物材料在合成、加工過程中造成的環境污染問題，對其可持續發展造成一定影響。

3.2 使用中造成的環境污染問題

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，然而在實際使用中仍然存在一些問題，對人們的體驗造成影響。比如，當前人們所青睞的硬質纖維板與復合地板中，含有一定游離甲醛，嚴重影響居民身體健康。并且一些裝修材料中，其有毒物質可能引發幼兒產生小兒白血病，另外，當前小兒白血病的患者日益增。通過對患者居住環境的調查，發現其室內剛剛完成裝修。同時，醫學界認為，環境污染與白血病有著緊密聯系，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，對人體造成的傷害較為嚴重。使用中的這些問題對高聚物材料造成一定影響[6]。

3.3 廢棄物造成環境污染問題

對于廢棄高聚物材料，主要有兩種來源：（1）產品生產過程中產生的廢棄料。（2）產品在終結使用中，造成的廢棄物。在生產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現回收、再利用，不會對環境造成嚴重破壞。而產品終結廢棄物是環境污染的主要原因，其產品通常為一次性農用膜以及包裝物等，而其原料一般PE薄膜，此種材質具有耐用、透明、質輕的特點。當前，對于廢棄PE薄膜的主要處理方式就是通過地下掩埋或是燃燒來實現，然而，此種材料埋于地下的200年時間內不會得到充分降解，而燃燒處理造成的污染更加嚴重，在燃燒過程中會產生大量的CO2與CO。CO會造成嚴重缺氧，而CO2會使溫室效應問題更加嚴重。因此，隨著PE薄膜使用量增加，環境污染問題業更加嚴峻，白色污染問題是當前亟待解決的問題。

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，應該具備以下內容：（1）沒有副產物。（2）對副產物進行無害化處理。（3）將反應條件設置為無害條件。（4）采用無害催化劑。

以原子經濟性角度分析，原料分子中原子應該全部轉化為產品，在反應過程中不會產生廢物或是副產品，達到廢物零排放，這樣才屬于理想型經濟反應。比如，在加工聚氨酯泡沫塑泡沫塑料時，環氧丙烷是其重要生產原料，在傳統加工中，主要使用氯醇法，整個反應過程需要使用大量的氯氣，并且生產廢水中會含有大量氯化鈣，對環境造成一定影響[7]?？梢酝ㄟ^開發鈦硅分子篩中的催化氧化制作環氧丙烷，是合成工藝更加綠色化。

以原材料角度分析，應該盡量采用來源豐富、無毒無害的環保、可再生資源?？梢栽诠虘B熔融條件下，借助碳酸二甲酯與雙酚A加工聚碳酸酯材料，其能夠完全將常規光氣臺成替代，保證在加工中使用的均是無毒無害原料與溶劑。又比如，由美國開發的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，其強度與普通強度并無明顯差異，并且其能夠實現100%分解。淀粉能夠輕易地實現葡萄糖轉化，借助葡萄糖可以進行苯二酚、鄰苯二酚以及己二酸等化工原料制作，達到高聚物原料單體無害化的目的。

以工藝角度分析，應該在溫和條件下開展加工作業，保證催化劑綠色化，并減少對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物均會對環境產生較大影響，其殘留的有毒物質，將直接影響使用者的健康。對于生產所需能量，應該盡量使用輻射、微波以及光能等代替傳統加熱方式，為聚合反應提供保障。在化學領域中，仿酶催化是一項熱點研究項目，在高聚物綠色化中應該對其加以重視，其具有條件溫和、專一性以及高效性等特點，然而，天然酶還無法有效地應用于實際生產中，開發與酶功能相近或是性能更加突出的人工酶，是當前仿生科學與化學領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作用的因素，設計出具有酶特性，然而更加穩定、簡單的分子集合體或是非蛋白質分子，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

當前，廢棄高聚物材料主要為固體廢物，龐大的廢物量使環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，我國經貿委曾經提出，關于即刻停止加工一次性發泡塑料餐具，同時在鐵路部門中，已經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規定，使固體廢物量得到有效降低。（2）經濟手段，比如征收相應的消費稅，提升一次性產品價格，使其消費市場不斷縮減。（3）教育引導，以當前各地實際情況分析，一些地區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，使人們能夠加深對白色污染認知，對其心靈造成沖擊，使其在生活中自覺減少一次性制品的使用，在購物買菜過程中，多使用竹籃或是布袋等工具。（4）使用環保型餐具，比如借助可降解塑料、淀粉、植物纖維以及環保紙等材料，生產一次性餐具。對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境中逐漸降解，進而降低對環境的影響。然而，降解塑料的成本更高，對其發展造成一定影響，因此，需要各方共同努力，提高可降解塑料的應用效率，促進環境和諧發展。

4.3 廢棄高聚物材料回收利用與循環利用

此種方法是處理廢棄高聚物材料最科學、有效的手段，其能夠有效地對材料污染進行控制，同時減少資源浪費，政府與企業應該大力提倡。西方一些發達國家在此方面有著良好的建設成果，比如德國，其在1991年即頒布了《包裝條例》。污染制造人員必須承擔治理以及消除污染過程中一切的費用。對包裝材料生產者與經營者對材料回收的責任進行了明確要求，因此，其塑料垃圾回收率已經達到40%以上，一些國家的塑工協會還專門構建固體廢物處理協會，其專門負責包裝材料的收集以及回收處理等。而我國，上海在白色污染治理方面取得良好成效，其借助對所有一次性餐具征收3分錢的回收費用，作為回收處置環節中的補貼，回收率在250%以上?；厥湛蚣苤饕譃閮蓚€構架：（1）各個分區的環保局管理回收體系、（2）環保公司中轉站。對于回收的餐具，通過分揀、清洗以及熔融造粒等流程，獲得再生粒子，并運用再生粒子制作相應的制品，促進經濟效益發展。

一般高聚物材料的回收方法主要有法學循環與直接回收利用兩種方法。對于化學循環，是指對回收高聚物分子進行解聚處理，使其成為單體，之后通過聚合反應成為樹脂，以達到循環利用的目的。一些通過裂解變成低分子油類，進而成為優質燃料或是化工原料。當前，我國在此方面的應用已經十分廣泛，比如，聚苯乙烯、0聚酯以及有機玻璃等。

5? 結語

綜上所述，高聚物材料在水處理設施、污水處理、噪音處理以及廢氣處理等方面均有著良好的應用效果，具有廣闊的發展空間。然而，在高聚物材料生產、使用過程中也會造成一定的環境污染，同時若是在掩埋與焚燒處理中不徹底，同樣會污染環境。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利用等，為環境保護工作，提供基礎保障。

參考文獻

[1] 劉勇. 環保高分子材料及其規模工業化研究[J]. 山東化工， 2017， 46（14）：141.

[2] 黃亞江，葉林，廖霞，等.復雜條件下高分子材料老化規律、壽命預測與防治研究新進展[J].高分子通報， 2017（10）：52-63.

[3] 楊明山，戴玉華，師奇松，等.緊密貼合社會需求的高分子材料與工程專業特色凝練、內涵發展探索[J].化工高等教育，2016，33（1）：18-21.

[4] 張博寧.新功能材料在環境保護中的重要性——以生物降解高分子材料為例[J]. 科學家，2016（16）：33-34.

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[7] 生命、能源、未來……——先進高分子材料論壇側記[J].中國材料進展，2017（36）：781-782.