高分子和環(huán)境保護

高分子與環(huán)保人類與環(huán)境的關(guān)系環(huán)境與人類生存休戚有關(guān)，唇齒相依自然環(huán)境：指圍繞人群空間，能夠直接或間接影響人類生活、生產(chǎn)的一切自然形成的物質(zhì)和能量的總體。重要有空氣、土壤、水、動植物、巖石、礦物、太陽能等，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。其空間范疇覆蓋距地表高度不到23km和海洋深度不到12km的生物圈，其中地表上下100m左右范疇空間是生物最集中和活躍的地方。Q：什么是自然環(huán)境？（5分）社會環(huán)境：由經(jīng)濟、政治、文化等要素構(gòu)成，首先是人類精神文明和物質(zhì)文明發(fā)展的標(biāo)志，另首先又隨人類文明演進而不停得以豐富和發(fā)展。人類是環(huán)境的產(chǎn)物，同時又是環(huán)境的改造者和影響者，因認(rèn)識和科技水平限制，易對環(huán)境造成污染和破壞。三大問題：人口膨脹、資源短缺、環(huán)境惡化環(huán)境污染的種類有：水體（water）、大氣（air）、土壤（soil）、生物（biological）、放射性（radioactive）、噪音（noise）、微波（microwave），其中長江的污染與前三者有關(guān)。Q：填空（五個空）固體廢棄物是環(huán)境污染的重要來源工業(yè)廢棄物（廢渣、粉塵、污染等）有毒、易燃、腐蝕、反映、傳統(tǒng)、放射，是環(huán)境污染的重要來源有毒、易燃、腐蝕、反映、傳統(tǒng)、放射，是環(huán)境污染的重要來源都市垃圾（生活垃圾等）農(nóng)畜物業(yè)廢棄物放射性廢棄物Q：為什么說固體廢棄物是環(huán)境污染的重要來源？固體廢棄物有哪些？1972年召開了“世界人類環(huán)境會議”（瑞典，被譽為環(huán)境史上的里程碑）1992年召開首屆“世界與環(huán)境發(fā)展大會”（巴西，100多個國家元首和政府首腦出席）Q：填空世界環(huán)境日（6.5）是聯(lián)合國大會于1972年擬定，它是為了紀(jì)念斯德哥爾摩人類環(huán)境會議的召開，同時也標(biāo)志著聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的成立。中國在1985.6.5初次舉辦世界環(huán)境日活動，主題是“青年、人口、環(huán)境”1993年北京被選為舉辦慶?；顒拥亩际校黝}是“打破貧窮與環(huán)境的惡性循環(huán)”高分子材料也稱為聚合物材料，是以高分子化合物（高聚物）為基體，再配有其它添加劑（助劑）所構(gòu)成的材料。高聚物是由千萬個小分子化合物通過化學(xué)聚合反映，聯(lián)合而成的大分子化合物。聚合物材料優(yōu)點：可加工、可再生運用性、韌性好缺點：若用于高性能場合，其強度、硬度、耐高溫性能局限性人類生存的環(huán)境離不開高分子材料高分子材料的本身特點：原料多、易于生產(chǎn)、性能優(yōu)良、質(zhì)輕、加工方便、產(chǎn)品美觀、實用、不易腐蝕、易著色等。高分子材料的應(yīng)用特點：可廣泛應(yīng)用于衣食住行及國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，是無機材料、金屬材料的抱負(fù)替代品。高分子材料的生產(chǎn)特點：規(guī)模大、產(chǎn)量高、品種齊全。Q：為什么人類生存的環(huán)境離不開高分子材料？高分子材料與環(huán)境的關(guān)系三大產(chǎn)業(yè)：塑料、橡膠、合成纖維高分子材料能夠變化人類的生存環(huán)境高分子交換樹脂，含有離子交換、選擇、吸附、催化、脫水等功效，可用于污水和廢水、硬水解決，去除放射性唔知等；高分子絮凝劑，可用于工業(yè)生產(chǎn)與生活得地下水、污水解決，多個污泥脫水的絮凝分離，提高水質(zhì)和水資源的運用等；高吸水樹脂，可用于工業(yè)廢油與乳化油的水分分離，回收油類和貴重金屬，出離工礦污水等；高分子分離膜，涉及微孔膜、超濾膜、反滲入膜、離子交換膜、液體分離膜，可用于污水解決，有機混合液體分離，海水淡化，回收廢水中藥劑，有毒氣體分離等。Q：為什么高分子材料能夠變化人類的生存環(huán)境？高分子材料制備時面臨的環(huán)境問題原材料，如氯乙烯會引發(fā)急性或慢性中毒，是誘變和致癌物質(zhì)，丙烯酸酯類單體啫易對眼睛和皮膚等有危害；采用有毒原料生產(chǎn)辦法造成的問題，如采用界面縮聚生產(chǎn)PC（聚碳酸酯）的原來之一光氣是劇毒有機物，以氰化法生產(chǎn)有機玻璃PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）的單體時采用氫氰酸，則為劇毒的化工原料；廢液，如生產(chǎn)多個工程塑料使用的大量有機溶劑以及PVC懸浮聚合和ABS乳液聚合使用的大量水；廢棄物，如樹脂制備時落地料、齊聚物、過渡料等。Q：高分子材料制備時所面臨的環(huán)境問題有哪些？（8-10分）高分子材料加工時面臨的問題：使用重金屬的添加劑引發(fā)的問題，如聚乙烯塑料中作穩(wěn)定劑的鎘鉛系重金屬化合物的毒性和粉塵污染；用作制冷劑和制備PU泡沫塑料等發(fā)泡劑的氟氯烴，是破壞地球高空臭氧層的罪魁禍?zhǔn)?；用作摩擦和密封材料增強劑的石棉是致癌物質(zhì)；殘留單體，如氯乙烯、甲醛；某些增塑劑在加工過程中會以微粒形式飛濺到高空中。Q：高分子材料加工時所面臨的問題有哪些？高分子材料使用時面臨的環(huán)境問題：高分子材料的燃燒問題高分子材料的燃燒性

多數(shù)高分子材料含有燃燒性；

氧指數(shù)：在規(guī)定實驗條件下，通入23±2°C的氮氣、氧氣混合氣體中，剛好維持材料燃燒所需要的最低氧濃度（體積分?jǐn)?shù)），是高分子材料易燃指標(biāo)，OI=VO2/(VO2+VN2)；

OI<22，易燃；22<OI<27，難燃；OI>27，不燃。Q：填空燃燒時的發(fā)煙熱

分解產(chǎn)物缺氧，熱氣流，黑煙，CO、CO2、HCN、COCl2、HCl對人體的毒害作用

減少燃燒時的發(fā)煙率和毒害物質(zhì)的逸出率B.廢棄高分子材料的問題

（1）品種繁多，涉及飛機材料、汽車部件、橡膠輪胎、計算機、光盤、用電器、農(nóng)膜、包裝材料、服裝、鞋、門窗、地板、管道、生產(chǎn)部門的邊角料；數(shù)目龐大，世界每年塑料廢棄物約為其產(chǎn)量60%-70%，橡膠廢棄物約為其產(chǎn)量的40%；降解困難，絕大部分廢棄物幾乎不能自然降解，水解和風(fēng)化；解決棘手，燃燒產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，溶解產(chǎn)生大量廢水與污泥；稱謂獨特，白色污染或白色公害或白災(zāi)（塑料、農(nóng)膜、餐具），黑色污染或黑色公害或黑災(zāi)（橡膠輪胎），彩色污染或視覺污染（電器、電纜、光盤）。造成大氣污染、土壤污染、海洋污染、景觀污染等。Q：高分子材料使用時所面臨的環(huán)境問題？為什么要解決廢棄高分子？高分子材料使用時面臨的環(huán)境問題（僅塑料廢棄物為例）背景材料：美國1992年塑料廢棄物達1500萬噸，占固體廢棄物的7.5%，體積的30%。中國1996年塑料廢棄物達300萬噸。居高分子材料的第一位。大氣污染：塑料廢棄物焚燒可產(chǎn)生大量CO2，HCl等氣體，特別是呋喃、二惡英類化合物的發(fā)生地；土壤污染：廢塑料薄膜進入土壤不易被分解，制止土壤透氣率使土壤變壞；海洋污染：占海洋漂浮物的60%以上，破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)且給航運帶來安全隱患；景觀污染：塑料袋、薄膜、一次性塑料制品隨處可見，不易集中清理，不易腐爛。Q：固體塑料廢棄物產(chǎn)生什么污染？減少高分子材料對環(huán)境不利影響的重要途徑：探討與環(huán)境相協(xié)調(diào)的再生循環(huán)技術(shù)，使高分子材料廢棄物變廢為寶，實現(xiàn)資源再生運用；優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)高分子材料用途進行可降或長壽命高分子材料設(shè)計與合成；開發(fā)高效生產(chǎn)技術(shù)，是高分子材料精細功效化，高性能化以及生態(tài)化。Q：如何減少高分子材料對環(huán)境不利影響？它的研究思路是？（99%考）高分子材料再生循環(huán)技術(shù)再生循環(huán)技術(shù)分類物理循環(huán)廢舊高分子材料經(jīng)收集、分離、提純、干燥等解決后，加入穩(wěn)定劑等多個助劑，重新造粒，并進行再次加工生產(chǎn)的過程?；瘜W(xué)循環(huán)運用光、熱、輻射、化學(xué)試劑等使聚合物降解成單體或低聚物的過程，其產(chǎn)物可用作油品或化工原料。能量回收以高分子材料作燃料或取熱或產(chǎn)生蒸汽，進而進行發(fā)電或用高分子材料作助燃等過程。一級循環(huán)使用原來廢舊材料物品制造相似的產(chǎn)品，如塑料瓶等。二級循環(huán)使用循環(huán)的材料制成新的產(chǎn)品，如原用于制牛奶桶的HDPE再生料制垃圾桶或排水管。三級循環(huán)從廢材料回收化學(xué)原料或能量，如回收溶劑、裂解聚合物、回收油等。四級循環(huán)把廢料進行焚燒解決以回收能量，用于加熱、發(fā)電等。B.物理再生的基本手段溶劑化再生技術(shù)辦法將高分子材料廢棄物切片、水洗；加入適宜溶劑使其溶解至最高濃度；加壓過慮除去不溶解成分；加入非溶劑使殘留在溶液中的聚合物沉淀；對沉淀的聚合物進行過濾、洗滌和干燥。核心：根據(jù)不同高分子材料選擇最佳溶劑和非溶劑。PP（聚丙烯）的最佳溶劑是四氯化碳或二甲苯，非溶劑為丙酮；PS（聚苯乙烯）泡沫塑料的最佳溶劑是二甲苯，非溶劑是甲醇；PVC（聚氯乙烯）的最佳溶劑是四氫呋喃或環(huán)己酮，非溶劑為乙醇熱熔加工再生技術(shù)辦法將熱塑性廢塑料分離、清洗、粉碎、干燥；通過混合機，單螺桿或雙螺桿擠出機進行熔融加工，擠出造粒，作再生原料出售或直接成型制品。混雜廢塑料的分離辦法：手工分離法磁選分離法風(fēng)力分離法靜電分離法溫差分離法密度分離法浮上分離法C.化學(xué)再生的基本手段油化還原技術(shù)廢棄高分子材料經(jīng)熱分解或催化—熱分解還原為汽油、煤油和柴油等技術(shù)。Y型沸石Al（OH）Y型沸石Al（OH）3液態(tài)聚烯烴廢塑料氣態(tài)烴類油解聚單體還原技術(shù)通過化學(xué)作用將聚合物還原為單體600-800600-800°CPE乙烯、甲烷和苯等單體D.熱能運用技術(shù)的基本手段直接燃燒運用其熱能如：粉粒廢塑料替代煤核油用于高爐噴吹。據(jù)測定，聚烯烴和PS的燃燒熱為38-46MJ/kg，與煤油相稱，PMMA和聚酰胺的燃燒熱為25-33MJ/kg，與煤相稱。固體燃燒化把廢棄高分子材料制成固體燃料，（顆?；蚍勰┖鸵后w燃料（稠油燃料或油），運用其熱能。Q：如何再生？有哪些途徑？再生循環(huán)技術(shù)的分類？（6分）環(huán)境和諧高分子材料發(fā)展背景龐大難降解的“白色污染”（98年世界塑料產(chǎn)量約為1.5億噸），石油資源日益枯竭（預(yù)計全世界石油儲量僅能用40年）。上世紀(jì)70年代，提出降解塑料的概念，英國Griffin首先發(fā)表淀粉填充PE的專利；美國80年代掀起開發(fā)降解塑料的熱潮，其中Anti-Tech公司投資1億美元建成以玉米淀粉為基料生產(chǎn)降解垃圾袋生產(chǎn)線；日本64家公司聯(lián)合成立“生物降解塑料研究會”。1998年塑料總產(chǎn)量近千噸，每年約有200萬噸作為垃圾拋棄，七大水系遭受污染，長江上漂浮垃圾觸目驚心。生物降解塑料分類按降解機理分不完全降解性塑料完全降解性塑料：微生物合成高聚物、化學(xué)合成高聚物、天然高聚物及其衍生物按原料構(gòu)成或制備工藝分天然產(chǎn)物降解塑料合成生物降解塑料：化學(xué)合成降解塑料、生物合成降解塑料考聚合物的降解方式微生物降解：在有氧（無氧）條件下，通過微生物使高聚物轉(zhuǎn)變成CO2，、甲烷及多個副產(chǎn)品。大型生物降解：聚合物被昆蟲、動物或其它生物攝取、在它們咀嚼和消化活動中降解。光降解：在日照下發(fā)生類劣化分解反映，一段時間內(nèi)失去機械強度，其實質(zhì)是在紫外照射下的一種快速光老化。化學(xué)降解水解氧化降解Q：有哪些聚合物降解方式？名詞解釋可降解塑料指在特定環(huán)境中化學(xué)構(gòu)造發(fā)生重大變化，并在擬定時間內(nèi)出現(xiàn)，特定性能損失的塑料，根據(jù)化學(xué)構(gòu)造發(fā)生變化的機制不同，可分為：光降解塑料：添加光敏劑或采用含羰基的光敏單體與常規(guī)單體共聚，如PE、PS、PVC、PET和PA等。光—生物降解塑料：大都為聚烯烴類塑料，輔以適量的光敏劑、生物降解劑、增進氧化和降解控制劑。生物降解塑料可溶性塑料Q：什么叫可降解塑料，名詞解釋（光降解塑料必考）5分淀粉系列生物降解塑料淀粉是一類來源豐富、價格低廉的天然高分子。由直鏈淀粉和直鏈淀粉兩種多糖構(gòu)成。其中直鏈淀粉是由葡萄糖單元以α-1，4-糖苷鍵結(jié)合而成的直鏈狀多糖，而支鏈淀粉是由葡萄糖單元以α-1，4-和α-1，6-糖苷鍵結(jié)合而成的樹枝狀多糖，約20個葡萄糖單元就有一種分支。

淀粉塑料產(chǎn)量占生物降解塑料的2/3，其優(yōu)勢在于：①含有完全生物降解能力；②塑料中淀粉降解后，產(chǎn)生二氧化碳，不會對土壤或空氣造成污染；③機械性能優(yōu)良；④可再生，取之不盡。

Q：淀粉塑料產(chǎn)量占生物降解塑料的重要地位？填充塑料淀粉塑料：源于70年代Criffin專利技術(shù)，含量7-30%，分為物理改性淀粉基塑料（添加硅氧烷）和化學(xué)改性填充塑料（形成接枝共聚物），但解決污染意義不大。

雙降解型淀粉塑料：源于80年代，成為90年代主攻方向，添加光敏劑，國內(nèi)已建成5000t/a生產(chǎn)線。

全淀粉熱塑性塑料：提高淀粉含量至60-70%，有時至90%以上，添加的其它組分也可降解，重要降解產(chǎn)物為二氧化碳和水。

如何改善親水性淀粉與惰水性樹脂之間的相容性？

添加淀粉的接枝物作為增溶劑?，F(xiàn)在使用的接枝單體重要有苯乙烯、丙烯腈、烷基丙烯酸酯、脂肪酸聚酯等。Q：如何改善親水性淀粉與惰水性樹脂之間的相容性？化學(xué)與生物合成的生物降解新材料化學(xué)合成：脂肪族聚酯、聚乙二醇、聚乙烯醇及其衍生物、聚氨酯及其改性物。生物合成：脂肪族聚酯、聚乳酸等生物聚酯等。應(yīng)用：美國1995年在合成脂肪族聚酯產(chǎn)品上的稅收超出3億美元，其中95%來自手術(shù)縫合線，5%歸于骨科固定器件（化學(xué)合成）和牙科應(yīng)用；微生物聚酯則廣泛用于制成一次性塑料制品（生物合成）。重要問題：成本大幅度提高，如采用生化、化學(xué)法和由天然制成的降解塑料每公斤售價分別為94.50-94和50元。而通用塑料（PVC,HDPE,LDPE,PP,PS）每公斤售價大概為6.0-8.0元。

七、生物資源高分子材料天然高分子

自然界動物、植物以及微生物資源中的大分子普通稱為天然高分子，涉及纖維素、木質(zhì)素、淀粉、蛋白質(zhì)、殼聚糖、天然橡膠等，它們可能成為將來的重要化工原料，特別是它們含有多個功效基團，能夠通過化學(xué)與物理改性成為新材料。天然多糖改性作用生物功效材料的優(yōu)勢

（1）原材料來源十分豐富可生物降解或吸取生物相容性良好易于反映，識別或化學(xué)修飾成本含有相對優(yōu)勢植物纖維性廢棄資源的綜合運用農(nóng)業(yè)廢棄物中生物纖維的理化特性

表1農(nóng)業(yè)廢棄物中生物纖維的化學(xué)構(gòu)成

纖維來源：大麥桿、小麥桿、高粱桿、水稻桿、玉米桿、菠蘿桿、椰子殼、甘蔗渣、香蕉葉

——木質(zhì)素、半纖維素、纖維素、灰分

生物質(zhì)能源是唯一可再生，可替代化石能源轉(zhuǎn)化為液態(tài)和氣態(tài)燃料以及其它化工原料或者產(chǎn)品的碳資源。

Q：名詞解釋

隨著化石能源的枯竭和人類對全球性環(huán)境問題的關(guān)注。生物質(zhì)能替代化石能源運用的研究和開發(fā)已成為國內(nèi)外眾多學(xué)者研究和關(guān)注的熱點。

我國年可獲得生物質(zhì)資源能量達成33.14億噸煤當(dāng)量，其中秸桿和薪材分別占54%和36%，現(xiàn)有180多億噸林木生物質(zhì)資源量，8-10億噸可獲得量和3億噸可作為能源的運用量。

生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化運用的重要途徑：熱化學(xué)高效轉(zhuǎn)化運用的熱解氣化發(fā)電（供熱、供氣）；快速熱解制備液體燃料和生物質(zhì)氣化合成液體燃料；以及生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)等。Q：問答題木質(zhì)生物質(zhì)是以植物體形式存在的。重要成分是木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。在木質(zhì)生物質(zhì)組分中。木質(zhì)素含量占20%左右，纖維素占40%左右，半纖維素占25%左右。地球上每年由光合作用生成的木質(zhì)生物質(zhì)總量超出億噸，是最豐富的可再生資源。

木質(zhì)生物質(zhì)通過一定的降解或分解途徑，可產(chǎn)生諸多有重要價值的有機小分子化合物。這些有機小分子化合物有葡萄糖、木糖、苯丙烷單體及二聚體。氣態(tài)小分子如CH4和CO，液態(tài)小分子如有機酸、醛、醇，重要基礎(chǔ)平臺化合物糠醛、乙酰丙酸、木糖醇、乙醇等。通過這些小分子有機化合物的轉(zhuǎn)化，可生產(chǎn)替代石油基產(chǎn)品的高附加值的化學(xué)品，對可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

纖維素是木質(zhì)生物質(zhì)的重要構(gòu)成部分，是地球上含量最豐富的可再生資源。隨著石油資源的日益減少，石油價格進一步上漲，石油開采和加工成本的提高，以及公眾和社會對環(huán)境質(zhì)量的規(guī)定越來越高，探索從纖維素這種蘊藏十分豐富的可再生資源轉(zhuǎn)化為清潔燃料和化學(xué)品乙醇以及補充或替代石油化學(xué)品有非常重要意義。

Q：問答題

纖維素轉(zhuǎn)化為清潔燃料以及化學(xué)品乙醇的核心是尋找有效途徑將纖維素水解為葡萄糖等可溶性發(fā)酵糖。纖維素是β-1，4糖苷鍵構(gòu)成的長鏈分子，長鏈分子進一步形成一種含有高度結(jié)晶區(qū)的超分子穩(wěn)定構(gòu)造。這種穩(wěn)定構(gòu)造使得纖維素很難水解。

纖維素水解重要有生物酶紓解和化學(xué)水解兩種途徑。酶水解作用時間場，得率低，成本高，現(xiàn)仍在探索其工業(yè)化應(yīng)用前景?；瘜W(xué)水解是通過無機或有機酸水解纖維素，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵性還原糖，化學(xué)水解能克服酶水解的缺點，這種途徑正在不停完善之中。

現(xiàn)在，