Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	полимеры.jpg 
Просмотров:	2953 
Размер:	24.5 Кб 
ID:	212Полимерные отходы – актуальная экологическая и экономическая проблема
Искусственные полимерные материалы – химические продукты, состоящие из синтетических высокомолекулярных полимеров. Они используются во всех сферах человеческой деятельности, и доля их среди прочих веществ и материалов постепенно возрастает. Области применения полимерных материалов таковы: изготовление упаковки, строительный сектор, домашнее хозяйство, автомобилестроение, тяжёлая промышленность, сельское хозяйство и многие другие. Мировое производство полимеров в 2010 г. составило 250 млн. т. и возрастает в среднем на 5-6 % ежегодно. Их удельное потребление в развитых странах достигло 85-90 кг/чел. в год и продолжает увеличиваться. Все произведённые полимерные материалы после периода эксплуатации становятся полимерными отходами и нуждаются в утилизации.

Утилизацией, или рециклом, называется любое повторное использование отходов. Хотя Россия по сравнению с развитыми странами мира имеет невысокий уровень производства и потребления полимерных материалов, образование отходов полимеров в России сегодня оценивают цифрой 1 млн. т в год. В состав бытовых полимерных отходов входят полиэтилен, полиэтилен-терефталат, ламинированная бумага, поливинилхлорид, полистирол, полипропилен. Среди них велика доля полимерных отходов тары и упаковки: в 2000 году масса их равнялась 0,3 млн. т, в том числе полиэтилентерефталата (бутылочного полимера) – 0,15 млн. т. В эти оценки не включено значительное количество промышленных полимерных отходов, самый распространённый из которых – полиуретан.

Образование и накопление твёрдых отходов человеческой деятельности является общемировой проблемой из-за своих экономических и экологических последствий. Важной составной частью её является проблема утилизации разнообразных по строению и свойствам полимерных отходов, имеющих свои особенности. Хотя содержание отработанных полимерных изделий в бытовых отходах относительно невелико (около 7-8 % по массе), низкая плотность делает эти отходы хорошо заметными (около 18-20 % по объёму). По причине высокой стойкости к воздействию окружающей среды даные материалы сохраняются в естественных условиях в течение длительного времени.

Учитывая такие свойства полимерных материалов, как высокая устойчивость к физической, химической, биологической деструкции и в то же время постепенное выделение токсичных соединений, проблема их утилизации имеет экологическое значение. Однако в настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов становится актуальной не только с позиций охраны окружающей среды. При дефиците органического сырья полимерные отходы становятся богатым материальным и энергетическим ресурсом, то есть важным экономическим фактором. Их повторное использование позволяет сократить использование естественных ресурсов, снизить выбросы в окружающую среду и уменьшить потребление энергии.

Существующие направления и методы утилизации полимерных отходов
Полимерные отходы принято делить по источнику образования на отходы производства и потребления; вид отходов определяет варианты их утилизации. Полимерные отходы производства перерабатывают преимущественно по 2 направлениям:
1) для производства того же продукта, при изготовлении которого образовался данный вид отходов, или аналогичного продукта;
2) для изготовления менее ценных изделий.


Гораздо большую проблему составляет утилизация полимерных отходов потребления из-за масштабов их образования, неоднородности состава и высокой степени загрязнения. Здесь можно выделить 3 направления утилизации в рамках материального или энергетического рецикла:
1) механическая переработка с получением новых материалов того же химического состава;
2) химическая или термическая переработка (деполимеризация или иные химические превращения) с получением сырья для промышленности;
3) производство энергии, т.е. сжигание в качестве твердого топлива.
Применяемые сегодня методы решения проблемы полимерных отходов представлены на следующей схеме.


Основные методы утилизации полимерных отходов
Имеющиеся данные по уровню утилизации полимерных отходов в развитых странах свидетельствуют, что эти вторичные материальные или энергетические ресурсы в настоящее время освоены в незначительной степени. Соотношения утилизации и уничтожения полимерных материалов в составе твёрдых бытовых отходов в странах Европы в 1990-е годы показывают приоритеты в решении поставленной проблемы.

В большинстве стран главным путём решения проблемы полимерных отходов остаётся захоронение – самый экологически неблагоприятный вариант, означающий безвозвратную потерю ценных материалов и энергии. Хотя полимеры и являются достаточно инертными компонентами мусора, они также постепенно разрушаются, выделяя опасные для живых организмов вещества, в том числе сверхтоксичные соединения (диоксины и фураны). Менее распространено сжигание отходов с утилизацией получаемой тепловой энергии. Но оно связано с необходимостью эффективной очистки дымовых газов от токсичных продуктов горения. И лишь малый вклад вносит материальная (механическая, химическая или термическая) переработка полимерных отходов, хотя методы этой группы оказывают наименьшее отрицательное воздействие на окружающую среду.

Однако надо отметить, что доля рецикла полимерных отходов как вторичных материальных и энергетических ресурсов ежегодно возрастает. С одной стороны, в развитии направлений утилизации полимерных отходов по-прежнему преобладает их энергетический рецикл – сжигание с выработкой энергии. С другой стороны, существуют объективные предпосылки увеличения материального рецикла. Мощными стимулами развития системы рецикла полимерных отходов становятся законы, политические и экономические механизмы, принятые в развитых странах. Кроме того, себестоимость рецикла полимеров постепенно снижается.

В России средний уровень сбора и переработки полимерных отходов не превышает 13 %. Наибольший уровень сбора и переработки достигнут для отходов полиэтилена – 20 %, полипропилена – 17 %, полиэтилентерефталата – 12 %, полистирола – 12 %, поливинилхлорида – 10 %. В то же время полимерные отходы производства практически не перерабатываются.

Анализ данной информации приводит к следующим заключениям. Малая доля материального рецикла полимерных отходов в развитых странах по-прежнему указывает на остроту и актуальность рассмотренной проблемы. Даже при несомненном прогрессе качества и количества утилизации отходов можно говорить об огромном потенциале и перспективах альтернативных методов их утилизации. Один из таких эффективных методов будет описан мной далее.

Пиролитическая переработка полимерных отходов
Альтернативных методов утилизации полимерных отходов существует множество, но я остановлюсь на одном, связанном с моей научной работой. Перспективным направлением переработки отходов полимеров является их пиролиз – процесс термического разложения органических материалов, проводимый в отсутствии кислорода и приводящий к образованию газообразных, жидких и твердых продуктов – углеродных материалов. Продукты пиролиза могут служить: 1) газообразным или жидким сырьем для промышленности органического синтеза; 2) газообразным или жидким топливом; 3) углеродными адсорбентами различного назначения.

Таким образом, пиролитическое превращение – основной процесс переработки полимерных и полимерсодержащих отходов в углеродные адсорбенты (по-другому - активные угли). Активные угли – это высокопористые углеродные материалы, получаемые путём термической обработки углеродсодержащего сырья, включая органические твёрдые отходы. Они предназначаются для разделения и очистки газов, улавливания летучих органических растворителей, извлечения ценных компонентов из растворов, очистки сточных, оборотных вод и питьевой воды и во многих других областях. Надо отметить, что на основе полимерных отходов, по сравнению с другими видами твёрдых отходов, возможно производить наиболее качественные активные угли c пористой структурой, подходящей для очистки сточных вод.

Углеродные адсорбенты на основе полимерных отходов
Альтернативные пути утилизации обеспечивают возможность получения из некоторых полимерных отходов ценной продукции (т.е. продуктов с высокой добавленной стоимостью), в частности, углеродных адсорбентов. Этот метод утилизации предусматривает двойную эколого-экономическую выгоду: во-первых, использование неутилизируемых пока отходов полимеров и, во-вторых, получение адсорбентов для решения как технологических, так и экологических вышеперечисленных задач.

Об актуальности данного направления свидетельствует большое число публикаций в иностранной литературе. В нашей стране подобные примеры крайне малочисленны, и интерес к данному направлению только развивается. Перспективным полимерным отходом, который можно перерабатывать в углеродные адсорбенты, служит использованный полиуретан – химическая основа некоторых материалов для промышленности и строительства, волокон, клеев, лаков, герметиков.

Университет им. Д.И. Менделеева, где я работаю, – одна из немногих отечественных организаций, занимающихся разработкой и исследованиями углеродных адсорбентов на основе полимерных отходов. В состав сырьевых композиций для приготовления активных углей по созданной нами технологии входят полиуретансодержащие отходы, серная кислота и торф или иной наполнитель. Названные полимерные отходы сходного химического состава могут быть представлены разными функциональными материалами: полиуретанполиамидная трикотажная ткань; литые полиуретановые прокладки; вспененный полиуретан (поролон); монтажная пена на основе полиуретана.

Сравнительные испытания доказали, что образцы активных углей из такого вторичного сырья по качеству не уступают промышленным аналогам из первичного сырья, а по механической прочности даже их превосходят. Следовательно, эти углеродные адсорбенты в целом следует признать конкурентоспособными среди подобных разработок.

Рассмотренный пример доказывает, что переработка неутилизируемых полиуретансодержащих отходов в углеродные адсорбенты для очистки жидких сред является экологически и экономически выгодным методом их утилизации. Согласно имеющимся исследованиям, этот метод может быть применён ко многим полимерным и полимерсодержащим отходам, с учётом их специфики в каждом конкретном случае. Дальнейшая разработка и промышленная реализация данного альтернативного метода утилизации полимерных отходов может внести существенный вклад в решение связанных с ними эколого-экономических проблем.

Нистратов А.В
ekscio.narod.ru