廢棄人造板再利用研究進展

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　　摘要：  我國每年產生大量的廢棄人造板，造成廢物處理、環境危害等方面的問題。對廢棄人造板進行再利用，既可以有效減少環境污染，又可以節約木材資源、創造經濟價值。研究資料發現，目前廢棄人造板再利用可分為兩大類——物質方面再利用和能源方面再利用。其中，物質方面再利用包括制備再生刨花板、木質復合材料、活性炭、液化產品等，能源方面再利用包括制備顆粒燃料和熱裂解煉制。
　　關鍵詞：  廢棄人造板;  再利用;  材料;  能源
　　中圖分類號：   TS 653. 5                  文獻標識碼：   A                  文章編號：1001 - 9499（2019）03 - 0055 - 04
　　 目前，人造板主要應用于家具（約70%）、建筑業門窗及裝飾（15%～20%）、車船制造業（2%～3%）及其他（7%～13%）。資料顯示，我國每年有約10%的人造板及其制品被淘汰，按2017年我國人造板消費量2.91億m3計算，數年后將產生2 910萬m3的廢棄人造板。人造板及其制品中會含有部分化工材料，在自然條件下不能完全降解，處理不當會對空氣、土壤、水體造成嚴重危害;此外，處理廢棄物需要花費大量經費和土地資源（垃圾填埋）[ 1 ]。合理有效地利用廢棄人造板，可以有效緩解廢棄人造板帶來的環境壓力、廢物處理問題，所得的產品又可創造經濟效益?；诖耍ㄟ^大量文獻資料整理分析，本文歸納出關于廢棄人造板再利用的研究主要在物質再利用與能源再利用兩大方面。
　　1 物質方面再利用
　　 廢棄人造板物質方面的再利用，主要是指以廢棄人造板中的木質材料為基礎，通過物理、化學等處理方式，結合相關的材料和技術，制成新的材料，例如再生刨花板、木質復合材料、活性炭以及液化產品等。
　　1. 1 再生刨花板
　　 再生刨花板是利用廢棄刨花板，通過篩選、分離制成刨花，經過清洗、干燥，也可加入一定量的新鮮刨花，以適當的工藝條件進行加工，制得符合國家標準的刨花板。此方法既節約木材資源，又減輕了環境壓力。
　　 宋先亮等[ 2 ]利用不同方式處理廢棄刨花板的研究結果表明，在100 ℃蒸煮2 h，然后用0.1 mol/L NaOH溶液處理的刨花分離較好，吸水性強，羧基含量高;利用蒸汽爆破處理得到的再生刨花比刨花原料尺寸小、顏色深;以上兩種處理方法均能使廢棄刨花板中的膠黏劑遭到破壞，但不能完全除去。于文吉等[ 3 ]對廢棄刨花板中脲醛樹脂膠黏劑的分布及其活性進行了研究，結果表明：脲醛樹脂主要分布在細刨花中，極少分布在粗刨花中;同時，已固化的脲醛樹脂中仍有活性基團存在，有利于再生刨花的再膠合及其游離甲醛釋放量的降低。宮明[ 4 ]等以再生刨花為原料，利用正交試驗法，研究再生刨花的使用比例、施膠量、熱壓時間對再生刨花板靜曲強度和內結合強度的影響，研究發現：施膠量在11%左右時，能夠兼顧板材的力學性能和生產成本;加入40%新鮮刨花制得的刨花板即可達到國家標準;相對靜曲強度而言，熱壓時間對于內結合強度的影響較大，適當延長熱壓時間有利于提高內結合強度。研究還表明，以廢棄人造板制備再生刨花板，其各項理化性能均可達到國家同類產品的標準要求[ 5 ]。但是，在廢棄人造板的機械破碎、沖磨、篩選等過程中產生很多粉塵，會導致生產環境惡化、環境污染等問題。
　　1. 2 木質復合板材
　　 將廢棄人造板進行處理后，與一種或多種其他材料復合，可制備具有新性能的木質復合材料。美國學者Larry Singer等[ 6 ]將廢棄纖維板（刨花板）粉末與熱塑性樹脂混合制得復合板材。韓淑偉[ 7 ]對利用廢棄纖維板制得的水泥復合板材和石膏復合板材進行研究，結果表明，經預處理的廢棄纖維板，在密度1.2 g/cm3、纖灰比0.2、水灰比0.4、氯化鈣3%（水泥用量為基準）條件下制得水泥復合板材，其性能符合國家標準;密度1.3 g/cm3、纖膏比0.20、水膏比0.35、檸檬酸用量0.01%（石膏用量為基準）、單位面積壓力3.0 MPa時，制得的石膏復合板材符合國家標準。目前，對利用廢棄人造板制造復合材料的研究相對較少，仍需進一步探索。
　　1. 3 活性炭
　　 以廢棄人造板為原料，通過一系列處理（熱解炭化、溶液活化等）可制得活性炭?；钚蕴烤哂邪l達的孔隙結構、巨大的比表面積和優良的吸附性能，已廣泛應用于分離、精制、催化劑、試劑回收及其他領域。利用廢棄人造板生產活性炭，可使其所含木質材料得到充分地利用，提高其附加價值，同時也減少了木材資源的消耗。
　　 廢棄人造板所含的氮元素還有利于提高活性炭的品質?；钚蕴恐械氐暮坑绊懫湮椒宇?、重金屬等的性能，富氮活性炭具有更強的吸附性能。Wan等[ 8 ]也證實活性炭經過滲氮處理后，還原一氧化氮（NO）的活性增強。廢棄的人造板中含有脲醛樹脂或三聚氰胺甲醛樹脂等膠黏劑，氮元素含量高[ 9 ]，利用廢棄纖維板制得的活性炭的氮元素質量分數為1.18%～0.25%，遠高于普通商品活性炭（氮元素含量在0.1%以下）。周建斌等[ 10 ]研究了利用廢棄中密度纖維板制備活性炭，通過正交試驗得出，磷酸質量濃度813.43 g/L，浸漬比4.5∶1，活化溫度500 ℃， 浸漬時間12 h ， 活化時間2 h，為制得活性炭的最佳工藝。P. Girods等[ 11 ]的研究表明，刨花板經過水蒸氣800 ℃活化后，制備活性炭的氮元素質量分數在2%左右;利用高溫對廢棄的中密度纖維板進行炭化，將炭化后的纖維板粉碎，再經活化劑處理制備富氮活性炭。張銘洋等[ 12 ]將中密度纖維板經炭化，利用碳酸鉀（K2CO3）活化制得富氮活性炭電極，通過結構表征及電化學性能測試可知，富氮活性炭既含有中孔，又含有微孔，當活化溫度達到850℃時，其比表面積和總孔容積最大，分別達到1 037 m2/g和0.528 cm3/g，具有良好的吸附性能。吳昱等[ 13 ]利用廉價的氫氧化鈉（NaOH）作為活化劑，制備有一定數量微孔和中孔的富氮活性炭，應用于對含銅離子廢水的吸附。綜上所述，利用廢棄人造板生產活性炭，提高了廢棄人造板的利用價值;然而，目前仍存在一些問題：生產效率低、能耗較大，活性炭中含化學殘留，應用受限，生產過程存在一定污染。 　　1. 4 液化產品
　　 將廢棄人造板通過一定方法處理可使其液化，用于其他材料的制備。廢棄木質人造板中含有大量的纖維素、半纖維素和木質素，其中含有大量的活性基團（如羥基），是一種潛在的化工原料[ 14 ]。在一定條件下，將木質材料與苯酚或多元醇等化學藥劑反應，可使木質材料轉化為具有一定反應活性的粘稠狀液態物質，可用于膠黏劑、發泡材料、模塑材料和碳纖維的制造[ 15 - 23 ]。朱本城[ 24 ]采用苯酚為液化劑，選用濃硫酸作為催化劑，利用廢棄刨花液化物制備酚醛樹脂;明確了液化溫度、液化時間、料液比、催化劑用量4個因素對液化效率的影響，為廢棄木質人造板的液化再利用提供了新思路。廢棄人造板的液化技術工藝復雜、產品應用價值較低，所用化學試劑對環境產生較大的危害;同時現有方法還不成熟，液化過程材料變化歷程不清楚，故尚需進一步研究。
　　2 能源方面再利用
　　 能源方面再利用，是指將廢棄人造板通過加工制得各種類型的燃料，包括顆粒燃料、液體燃料以及氣體燃料，常見的加工方法有制備顆粒燃料和熱裂解煉制。
　　2. 1 制備顆粒燃料
　　 化石燃料（煤、石油、天然氣等）存在資源短缺和環境污染等問題，使得生物質材料能源轉化利用受到越來越多的關注和重視。廢棄人造板主要成分是木質材料，能產生大量的燃燒熱能，是一種優良的能源轉化原材料，但因其中含有化學制品，直接燃燒會產生有害污染物，因此需進行處理。將廢棄人造板經過粉碎、調制等處理，在高壓條件下可壓縮成質地堅實的固體顆粒，即顆粒燃料。顆粒燃料作為廢棄人造板再利用的一種途徑，提高了其使用價值;同時，顆粒燃料具有環保、燃燒性能優良、熱效率高（是直接燃燒的5倍以上）、便于運輸與儲存等優點[ 25 - 27 ]，可應用于熱力供應、發電、生活燃料等;而且生產和使用過程中比較環保，能有效減少廢棄人造板對環境的污染，提高資源利用效率。王佩[ 28 ]等利用廢棄刨花板與纖維板為原材料，采用環模制粒機成型設備，把原料壓縮成顆粒成型燃料，并測試了生物質的密度、跌碎性、吸水性、滲水性和吸濕性等性能;探索了不同人造板制成的燃料顆粒在密度、抗跌碎性和抗滲水性方面的差異。然而，廢棄人造板的粉碎、調制等處理過程不能完全除去其中的化學物質，顆粒燃料在使用時仍會產生一定的環境污染問題。
　　2. 2 熱裂解煉制
　　 熱裂解煉制指通過熱裂解反應，將生物質原料轉化為液態生物油、固態熱解炭以及生物燃氣等中間產物并實現高值化利用。熱解主要是指在隔絕氧氣或有限供氧環境中，以中等反應溫度（ 450～600 ℃） 、高升溫速率（ 1 000～10萬 ℃ /s） 和極短氣體停留時間（小于2 s） 為條件，采用熱化學方法將資源分散、能量密度較低的固態生物質，轉化為高能量密度且易于儲存、運輸的中間產物（如生物油、熱解炭、生物燃氣等），并通過進一步煉制得到能源、材料或化工產品[ 29 ]。將廢棄人造板置于一定的熱力學條件下，以空氣或水蒸氣為介質，使得其中的高分子化合物氧化降解為可燃燒的小分子，如：CO、H2、CH4等[ 30 ]。馮永順等[ 31 ]研究了楊木刨花板的熱裂解特性，發現其活化能為46.45 kJ/mol，最大熱解速率為14.1%/min，并通過實驗得出“脲醛刨花板需要更高的熱解能量”的結論。張宇等[ 32 ]研究了硼酸-硼砂（阻燃劑）對刨花板熱解特性的影響，發現硼酸-硼砂對刨花板熱裂解具有抑制作用，使熱裂解溫度范圍縮小、殘炭率上升。Han等[ 33 ]采用熱分析對比了中密度纖維板和刨花板的熱裂解特性，結果表明兩者具有相似的起始分解溫度和反應活化能。然而，廢棄人造板熱裂解煉過程中能耗較大，成本較高，仍需要進一步的探究。
　　3 結 語
　　 我國每年產生大量的廢棄人造板，對其合理再利用，可以減輕環境壓力，創造經濟效益，具有廣闊的應用前景。然而，目前廢棄人造板再利用仍存在一些問題：（1）物質方面再利用過程中存在產生粉塵、化學污染等問題，部分再利用方式不成熟、應用范圍小;（2）能源方面再利用過程中需要較多的能耗，且仍存在少量的環境污染問題。因此，仍需科研人員進一步的探索研究，開創高效、環保、經濟的廢棄人造板再利用途徑。
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