第十一章高分子材料与的环境课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,*,1,浙江大学化工系,申屠 宝卿,Shentuzju.edu,20,14.4.16,第十一章 高分子材料与环境,1第十一章 高分子材料与环境,1,2,经济发展、科技进步、生活水平提高离不开高分子材料,环境问题:,高分子材料在,生产,、,加工,、,贮运,、,使用,、,废弃物,处理,中可产生,有害物,，危害环境和人体健康,资源问题,:,过程工业资源利用效率低 仅十几% 资源不可再生性,催化剂 降低资源能源消耗,未来高分子材料工业 工艺过程 环境协调型工艺,产品 环境协调型产品,提倡,“,少即多,”,化学品用量少、效率高,;,原料能源消耗少,;,生产效率高;,前言,2 经济发展、科技进步、生活水平提高离不开高分子材料,2,3,地球环境问题,气圈：,CO,2,使地球温暖化,氟利昂使臭氧层破坏,SO,2,等酸性雨,有机溶剂、汽油等挥发产生的有机蒸汽(,VOC),地圈：废弃高分子材料等废弃物,水圈：工业、农业、家庭排水等引起的水质污染,3地球环境问题,3,4,图 各种各样的环境污染,4图 各种各样的环境污染,4,5,高分子材料与环境,高分子材料,制备,过程中的环境问题,高分子材料,使用,过程中的污染,废弃高分子材料的,处理,白色污染,环境荷尔蒙：高分子材料中含有的超微量能引起,内分泌混乱的物质,5高分子材料与环境,5,6,环境问题的对策,高分子膜用于,CO,2,的回收,离子交换树脂用于水处理,废弃高分子材料的回收综合利用,生物降解高分子,用绿色化学方法制备高分子材料,6环境问题的对策,6,7,地球温暖化和高分子,地球温暖化,对世界能源政策、环境政策产生重要影响。,控制,CO,2,、CH,4,、N,2,O,等的排放,寻找代替氟利昂的新材料,n,e,-,O,2,H,+,H,2,Anode,Electrolyte,Cathode,V,H,+,H,+,e,-,e,-,H,2,O,Fuel Cell,7地球温暖化和高分子ne-O2H+H2AnodeElectr,7,8,控制温室气体排放的措施,节能,大量使用绿色能源,对温室气体的固定、分离回收,创新的环境技术开发,下一代新能源的开发,8,8,9,高分子材料的再生循环利用,目前高分子材料的,再资源化率低,，废纸、铝罐达50%。,废弃高分子材料的,现状,城市生活垃圾 1.2亿吨/年以上 ,其中废弃高分子材料占2-4，即240480万吨。,废弃高分子材料引起的,环境和社会问题,经济损失：高达 2000亿元/年，,其中，生态破坏：1000亿元，,因污染粮食减产：1280万吨，,受农药严重污染的粮食：3000万吨。,据世界银行公布，2019年中国因污染造成80万人过早死亡，740万人患支气管炎，国家花费的医疗费用达340亿元，估计到2020年将花费1040亿元 。,9高分子材料的再生循环利用,9,10,废弃高分子材料对农业和生物的危害,以农用和包装材料为主,以废弃农膜为主，包括地膜、棚膜、果蔬保鲜膜及农灌防渗膜等。使用寿命通常是12年，在土壤中约300,400年才能完全降解。,废弃高分子材料对动物的危害,塑料废弃物对,海洋生物,造成的危害是石油溢漏危害性的4倍，,高分子材料划伤食道，造成胃部溃疡等疾患。,废弃高分子材料对人体的危害,造成火灾事故，塑料废弃物的焚烧产生有害的气体，,有毒气体能使兽类和鸟类出现畸形和死亡。,10,10,11,高分子材料的再生循环利用,高分子材料工业应贯彻,3R,原则,减量化原则,(Reduce),要求用,较少的原料和能源,投入,达到既定的生产目的或消费,以便从经济生活的源头就注意节约资源和减少污染。,再使用原则,(Reuse),要求产品和包装以初始形式使用和反复使用,减少一次性用品,延长产品使用寿命,再循环原则,(Recycle),生产出来的制品在完成其使用功能后能重新变成可以利用的资源,而不是不可恢复的垃圾,.,生产一件制品只是完成了一半工作,关键是应设计好在制品达到使用寿命后如何处理,.,生产者必须承担起解决废弃物的责任,.,11高分子材料的再生循环利用,11,12,废弃高分子材料的循环利用方法,材料的循环利用：收集单一的塑料，重新造粒；,物性相似的塑料熔融成型加工的复合再生法,Samal,循环利用：废弃高分子材料等燃烧，以热能形式回收,化学循环利用：废塑料等高温化学分解回收单体、溶剂、油等原料,重复使用：废塑料洗净再使用的方法，从能源及成本考虑,都是最优的循环利用方法,12,12,13,废塑料的分离方法,13废塑料的分离方法,13,14,废塑料的再生利用方法,聚,14废塑料的再生利用方法聚,14,15,废塑料的高温裂解工艺流程,15废塑料的高温裂解工艺流程,15,16,废塑料的催化裂解工艺流程,16废塑料的催化裂解工艺流程,16,17,表 塑料粉末、煤粉和重油燃烧实验结果,17表 塑料粉末、煤粉和重油燃烧实验结果,17,18,表 高分子材料循环利用和回收方法,废弃高分子材料的种类 物理方法 化学方法 热能再生,单一高分子 + + +,高分子混合物 + + +,含有纸类的高分子混合物 - - +,垃圾中的高分子 - - +,-：,不推荐，+：适合，+：推荐方法,18表 高分子材料循环利用和回收方法-：不推荐，+：适合，+,18,19,生物降解高分子,资源循环利用推进的同时，希望发展环境低负荷型材料。,生物降解高分子：能被自然界中微生物分解的高分子,高分子材料,材料降解,分解后生成物,微生物代谢,分解菌种,H,2,O、,CO,2,、CH,4,19生物降解高分子高分子材料材料降解分解后生成物微生物代谢分,19,20,生物分解性高分子的种类,微生物制造的高分子：如聚丁酸酯（,PHB）,来自动植物的高分子：纤维素、虾和螃蟹等的壳,化学合成的高分子：聚醚等,20生物分解性高分子的种类,20,21,微生物制造的高分子,代表性的聚酯共聚物,21微生物制造的高分子代表性的聚酯共聚物,21,22,P(3HB-4HB),与通用高分子材料的性能比较,材质 抗张强度,kg/cm,2,伸长率% 熔点,P(3HB-4HB),100-300 50-500 140-170,PE,125 850 120,PP,340 750 160,随4,HB,含量增加，,P(3HB-4HB),的柔软性增加,根据填埋情况,P(3HB-4HB),可在一个月至数个月内分解,22 P(3HB-4HB) 与通用高分子材料的性能比较材质,22,23,代表性的多糖类物质结构,纤维素,23 代表性的多糖类物质结构纤维素,23,24,从动植物中来的高分子,纤维素：地球上存在最多的高分子，分子间存在氢键，,结晶度高，加工困难。,吓、螃蟹壳：天然多糖，不溶、不熔,可溶性生物分解高分子,24从动植物中来的高分子可溶性生物分解高分子,24,25,化学合成生物降解高分子,合成的生物降解高分子加工性优,种类,脂肪族聚酯：聚乳酸,脂肪族聚醚,聚乙烯醇,成本：是普通高分子的数倍到数十倍,实际条件下的分解程度及对环境的影响程度,25化学合成生物降解高分子,25,26,开环聚合法,直接合成法,脂肪族聚酯,的合成,26开环聚合法直接合成法脂肪族聚酯的合成,26,27,用绿色化学方法制备高分子材料,绿色化学,：用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。,2019年美国设立了总统绿色化学挑战奖。,日本制定了新阳光计划,27用绿色化学方法制备高分子材料绿色化学：用化学的技术和方法,27,28,28,28,29,Oxidative Polymerization,Synthesis of Aromatic Polymers,Green Polymerization,原子经济的化学反应,29Oxidative PolymerizationSynt,29,30,A. S. Hay,J. Am. Chem. Soc.,1959, 81, 6335.,1,、溶剂回收复杂，污染环境,2,、防爆反应器，成本高,存在的问题,:,有机溶剂中氧化聚合制备,PPO,30A. S. Hay, J. Am. Chem. Soc.,30,31,K. Saito, T. Tago, T. Masuyama, H. Nishide,Green Chemistry.,2019, 5, 535.,水介质中氧化聚合制备,PPO,单体,(,DMP,), NaOH,氧化剂或催化剂,表面活性剂，氧气,polymerization,31K. Saito, T. Tago, T. Masuya,31,32,未解决的问题,催化效率低（,单体,/,催化剂,=10,）,开发新型,催化剂,水溶性树形分子,32 未解决的问题催化效率低（单体/催化剂=10）开,32,33,水和高分子,21世纪地球环境的重要课题,水.,地球表面70%水，但淡水仅占3%.,水资源不足的对策,：海水淡化,高分子逆浸透膜,：海水的60%变成淡水,海外数十万,m,3,/,日规模,水质污染,含卤素的有机物、农药、施肥后剩余的农药、含氮化合物,33水和高分子,33,34,使用高分子材料的水处理方法：,膜分离法,逆浸透膜和纳米过滤膜可分离农药类、含氮化合物等,优点：节省能源,缺点：膜表面和孔内堆积处理对象物质，使处理量下降,离子交换树脂法,电镀废液的回收和精制、锅炉给水的软化、超纯水的制造,问题：树脂的再生和再利用,生物处理法,34使用高分子材料的水处理方法：,34,35,沙漠化和高分子材料,过度耕作和放牧导致世界的沙漠化日益严重,沙漠化 粮食供应不足 人类生存危机,防止沙漠化,沙漠化土地的再生,沙漠绿化的方法,利用人工湖灌溉,利用高分子材料的绿化：吸水性高分子材料,35沙漠化和高分子材料,35,36,THE END,Thank you for your attention!,36THE ENDThank you for your at,36,