.RU

13. Экологические проблемы утилизации отходов ВМС - Соединения


^ 13. Экологические проблемы утилизации отходов ВМС
В настоящее время трудно найти отрасль народного хозяйства, где бы не применялись полимеры, Изделия из полимеров, отслужив свой срок, становятся мусором, который наносит ущерб природе. Каждый из нас выбрасывает огромное количество мусора. Среднестатистический горожанин выбрасывает за год около 250 кг отходов полимерных материалов и эта величина растет, в первую очередь, за счет упаковки для пищевых продуктов и различных предметов одноразового использования (посуда, салфетки, памперсы и т.д.) Изменение этой тенденции – важная задача, которая выходит далеко за рамки одной химии. Например если этот мусор, выброшенный жителями города Нижний Тагил за год распределить ровным слоем по городу, то толщина этого слоя будет 10 см. И это только пластики!

Основной задачей современной цивилизации является утилизация мусора. В настоящее время люди используют четыре принципиально разных пути утилизации мусора: организация свалок, вторичное использование, сжигание и синтез «экологически чистых» полимеров и изделий из них. Однако ни один из них нельзя признать абсолютно приемлемым.
Свалки
Вывоз мусора на свалку – самый дешевый, но при этом самый недальновидный способ его утилизации и к огромному сожалению самый распространенный. Так как большинство полимеров высокотоксичны, этот способ для них просто неприемлем. Яды от разлагающихся пластиков проникают в подземные воды, развеиваются ветрами. К тому же свалки способны воспламеняться.

Конечно, свалку можно закопать. Что хуже – неизвестно, поскольку, с одной стороны, захороненный мусор не дает ядовитой пыли, не самовозгорается и не так портит ландшафт, но с другой стороны – находится ближе к грунтовым водам. К тому же захоронение процесс дорогостоящий.
Сжигание
Чтобы высвободить огромные площади занимаемые свалками, возникла идея сжигания мусора. Пластики горят не все, оставшиеся несгораемые остатки нужно куда-то девать; неполное сгорание дает много сажи и вредных органических веществ (CO, HCN, CH2O, HCl, фенол, бензапирен, диоксины). Газообразный хлороводород при растворении дает кислоту. При сжигании поливинилхлорида и других хлорсодержащих ВСМ кроме HCl выделяются диоксины, отличающиеся высокой токсичностью и концерогенностью. Соединения типа полихлордибензо–n-диоксин и полихлордибензофуран очень опасны.




Известно несколько десятков изомерных дибензо–n–диоксинов и дибензофуранов, содержащих от 1 до 8 атомов хлора в различных положениях и отличающихся друг от друга своими свойствами и токсичностью. Наиболее токсичными являются 2,3,7,8-тетрахлордибензол–n–диоксин и 2,3,7,8-тетрахлодибензофуран. Эти вещества обладают чрезвычайно высокой химической стабильностью в природе и живых организмах, свободно переносятся по цепям питания. Даже в ничтожных концентрациях эти соединения подавляют иммунную систему организмов, повышают тем самым чувствительность к инфекционным заболеваниям, особенно к вирусным, снижают умственную и физическую работоспособность. При содержании нескольких частей на триллион они оказывают мутагенное и канцерогенное воздействие, поражают нервную систему, нарушают детородные функции. Не говоря уже о многочисленных добавках, в том числе красителей и пигментов, тяжелых металлах, которые также неблагоприятно отражаются на всем живом.

Чтобы подобные вещества не выделялись, температура сжигания должна быть выше 12000С (при простом сжигании редко превышает 8000С). То есть, приходится либо не давать энергии сгорания мусора рассеиваться, либо специально подогревать мусор. В первом случае это требует разных технических ухищрений, второе – расхода большого количества энергии, которую получают при сжигании различных видов топлива, а это в свою очередь приводит к дополнительному загрязнению окружающей среды.

В любом случае при сжигании в лучшем варианте получатся СО2 и Н2О. Избыток СО2 приводит к парниковому эффекту. Сжигая ВМС мы уничтожаем ценные вещества и материалы, исходные мономеры вернуть нельзя.

Предпринимаются усилия по снижению горючести полимерных материалов, используемых в ряде отраслей – строительстве, электротехнике и др. Один из путей – прибавление к полимерам специальных веществ – антипиренов. Так, снижение горючести полиэтилена достигается прибавлением декабромдифенилоксида и триоксида сурьмы Sb2O3. Также используют Al(OH)3,соединения бора и некоторые эфиры фосфорных кислот и др.


^ Вторичная переработка
Это наиболее ресурсосберегающий путь, однако он не всегда рентабелен как в экономическом, ток и в экологическом плане. Здесь существует ряд проблем. Первая проблема – сортировка мусора. На свалке это невозможно – автоматов таких нет, а вручную это медленно и опасно для здоровья. Сортировать мусор нужно в момент его выбрасывания. В некоторых зарубежных странах такой сбор мусора давно освоен: в Германии у каждого дома стоит четыре контейнера, каждый имеет свой цвет и предназначение: красный – для пищевых отходов, зеленый – для стекла, синий – для пластика, желтый – для бумаги. Когда-то на эту акцию были затрачены большие деньги, предшествовала мощная рекламная компания, сейчас все идет само-собой и компании по переработке давно оправдали затраты и имеют большие прибыли. В нашей стране эксперимент по раздельному сбору мусора начат в городе Пущено, однако говорить о результатах пока рано.

Вторая проблема – доставка мусора к месту переработки, а завод можно построить не в каждом населенном пункте. То есть, пластиковый мусор нужно вести в другой город или даже регион, а это большие капиталозатраты.

Третья проблема – мусор-сырье нестандартизируемое. Каждая партия пластиков будет принципиально отличаться от предыдущей, поэтому эти отходы невозможно использовать для высококачественной продукции: полимер «грязного» нетоварного вида не может конкурировать с первичными изделиями. Есть успехи в переработке крупнотоннажных изделий из каучука (шин). Шины дробят в крошку и добавляют в покрытия дорог. Тонкие дисперсии добавляют при производстве новых шин, значительно экономя сырье.
^ Синтез «экологически чистых» полимеров

Нам больше не нужны пластмассы, способные храниться вечно», - сказал несколько лет назад американский химик Рами Нараян. Совместно с американскими учеными он разработал технологию синтеза полимеров по принципу – что сама природа создает, то и способна разрушить. Он первым стал вводить в полимеры гранулы крахмала и целлюлозы, попадая на свалку такие изделия быстро разрушаются бактериями до мелкой полимерной пыли.

Сейчас вводят и другие функциональные группировки. К синтетическим полимерам, склонных к биоразрушению относят сложные полиэфиры, общей формулы:





Если такие ВМС закопать в землю на 4 недели, а затем извлечь и взвесить, то их плотность уменьшится на 20%. Источниками ферментов служат почвенные грибки. Внутри полимера протекает химический гидролиз с образованием низкомолекулярных соединений и ухудшением механических свойств.

Например, в полиэтилене нет связей, которые могут подвергаться ферментативному расщеплению или распаду (срок его распада около 100 лет).

Чтобы полиэтилен расщеплялся на НМС при синтезе в него вводят «слабые связи», которые под действием света в присутствии О2 и Н2О разрушаются, а затем короткие цепи полиэтилена с n<20 ферменты способны расщеплять до уксусной кислоты.

Ученые непрестанно ищут возможности расширить количество полимеров, которые бы синтезировались живой природой. Удалось обнаружить бактерии, живущие в почве и способные синтезировать полимеры в качестве внутриклеточного резервного материала. Весьма перспективными являются полиэфиры общей формулы:





…  О – СН – СН2 – С  …, где R = (СН2)хСН3,

х – от 0 до 8

Свойства этих полимеров в зависимости от R – от жестких пластиков при малых х до пленочных каучуков при больших х. В этих пределах можно точно изменить свойства полимеров, смешивая в одной и той же макромолекуле звенья, имеющие различные боковые группы R. Для того, чтобы бактерии синтезировали крупные полимеры, включая в их цепи различные R в заданном соотношении, нужно правильно составить рацион питания бактерий.

^ Схема синтеза и разрушения модифицированного полиэтилена


Включение кетогруппы в цепь


 СН2 – С + СО   СН2 – СН2 – С + СН2 = СН2 

Н

 СН2 – СН2 – С – СН2 – С и т.д.


Разрушение «слабой связи» зи






Ферментативное разрушение:












Бактерии синтезируют полимеры «на черный день». Если поставить эти бактерии в жесткие условия они начинают перерабатывать эти полимеры. То есть, это бактерии являются и производителями и утилизаторами. Самое главное, что синтезируемые таким образом полимеры можно перерабатывать на обычном оборудовании, что и для переработки синтетических.

Этот путь переработки полимеров в больших объемах, по-видимому, будет наиболее перспективным по причине возобновляемости ресурсов для синтеза полимеров и в связи с их способностью к полному биологическому разрушению в природных условиях, которое не сопровождается выделением вредных веществ в окружающую среду.

На нынешнем этапе научно-технического прогресса самый действенный способ борьбы с пластмассовым мусором с учетом требований экологии – его возвращение в производственный цикл, то есть рециклизация. Возможно, скоро этот путь заменят бактериальные полимеры, потом появятся и другие. Но все они в конечном итоге должны служить одной цели – продлению жизни на Земле.


1-avstralijskaya-ovcharka-australian-shepherd.html
1-avtomatizirovannie-rabochie-mesta-komplekt.html
1-avtorskoe-svidetelstvo-n-1169619-kl-a-61b-1000-1985-avtorskoe-svidetelstvo-n-1291126-kl-a-61b-1000-1990-avtorskoe-svidetelstvo-n-1697723-kl-a-61b-1000-1991.html
1-azastan-respublikasini-zhoari-zhne-zhoari-ou-orninan-kejng-blm-mamanditarini-zhkteushne.html
1-baiti-oushilardi-ktapa-degen-iziushiliin-arttiru.html
1-bap-osi-zada-pajdalanilatin-negzg-imdar-2-bap-zheke-zhne-zadi-tlalardi-tnshtern-arau-trtb-turali.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/massazh-serdechnoj-mishci.html
  • tasks.bystrickaya.ru/19-terrenkur-1-fizkultura-dlya-zdorovya-sport-za-schet-zdorovya-4.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/programma-po-fizike-dlya-10-11-klassov-obsheobrazovatelnih-uchrezhdenij-stranica-4.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/referat-po-discipline-innovacionnij-menedzhment-tema-innovacionnij-proekt-i-ego-realizaciya-na-predpriyatii.html
  • testyi.bystrickaya.ru/analitika-odinochestva-ili-fragment-dushevnoj-bezdni.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/unep-10th-special-session-of-the-governing-council-global-ministerial-environment-forum-councilforum.html
  • ucheba.bystrickaya.ru/programma-kursa-vklyuchaet-znakomstvo-s-sovremennimi-filosofskimi-diskussiyami-po-problemam-nauki-i-osvoenie-materiala-pozvolyayushego-stavit-i-reshat-issledovatelskie-zadachi-v-dannoj-oblasti-na-sovremennom-urovne.html
  • esse.bystrickaya.ru/programmno-metodicheskoe-obespechenie-programmno-metodicheskoe-obespechenie-dlya-5-8-klassov-mou-gimnazii-9-rabotayushih.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/finansovie-rezultati-i-raspredelenie-pribili-predpriyatiya.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-xi-problemi-filosofii-izdatelstvo.html
  • thescience.bystrickaya.ru/hodovaya-chast-avtomobilya.html
  • control.bystrickaya.ru/biznes-plan-naimenovanie-proekta-proizvodstvo-mikroshlifporoshkov-avtor-proekta.html
  • assessments.bystrickaya.ru/chtenie-v-edinij-i-mnogie-ramacharaka.html
  • essay.bystrickaya.ru/byudzhetnij-deficit-47-finansi-domashnego-hozyajstva-domohozyajstva-kak-i-finansi-obshestva-v-celom-predstavlyayut.html
  • lesson.bystrickaya.ru/rinok-cennih-bumag-valyutnij-rinok-chast-5.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/sanatorij-yurmino-g-saki-komissionnoe-voznagrazhdenie-ot-10-za-isklyucheniem.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-33-bitva-i-polyot-rasskaz-hagrida.html
  • tasks.bystrickaya.ru/3-formirovanie-reestra-informacionnij-byulleten-administracii-sankt-peterburga-39-690-11-oktyabrya-2010-g.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-plan-zanyatij-i-kursa-dnevnogo-otdeleniya-ii-stranica-3.html
  • crib.bystrickaya.ru/istoriko-arheologicheskij-ocherk-krima-stranica-7.html
  • uchit.bystrickaya.ru/svojstva-mle-plenok-nitrida-alyuminiya.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/programma-razvitiya-5-str-sisoeva-m-a-voprosi-professionalnoj-podgotovki-vipusknikov-specialnih-korrekcionnih-shkol-9-str-egorova-r.html
  • institut.bystrickaya.ru/svodnij-doklad-respubliki-buryatiya-o-rezultatah-monitoringa-effektivnosti-deyatelnosti-organov-mestnogo-samoupravleniya-gorodskih-okrugov-i-municipalnih-rajonov-za-2009-god-soderzhanie-stranica-7.html
  • textbook.bystrickaya.ru/isha-upanishada.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/anglo-russkij-slovar-statisticheskih-terminov.html
  • control.bystrickaya.ru/doklad-o-sostoyanii-s-pravami-cheloveka-v-nizhegorodskoj-oblasti-stranica-7.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-dlya-slushatelej-zaochnogo-obucheniya-metodicheskie-ukazaniya-i-kontrolnie-raboti.html
  • ucheba.bystrickaya.ru/praktikumi-po-filosofii-izuchenie-istochnikov-i-osnovnih-filosofskih-tekstov-osnovnaya-zadacha-prakticheskih-zanyatij-po-filosofii-so-studentami-gumanitarnih-fakult-stranica-3.html
  • control.bystrickaya.ru/beskrajni-prostori-neba-nad-mirom-mislyu-chelovecheskoj-ne-obyat-ih-no-rasskazivayut-chto-prestol-gospoden-vozdvignut-pryamo-nad-ispaniej-stranica-26.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/o-v-stepanova-sankt-peterburgskij-gosudarstvennij-universitet.html
  • lecture.bystrickaya.ru/413-opredelenie-funkcii-v-gpss-konspekt-lekcij-dlya-studentov-specialnosti-080801-65-prikladnaya-informatika.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/l-f-apt-nachalnik-otdela-pravovogo-upravleniya-apparata-soveta-federacii-federalnogo-sobraniya-rossijskoj-federacii-kandidat-yuridicheskih-nauk-zasluzhennij-yurist-rossijskoj-federacii-stranica-7.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/stepanich-peterburg-izdatelstvo-tropa-troyanova.html
  • writing.bystrickaya.ru/elektromagnitnie-volni.html
  • crib.bystrickaya.ru/internet-resursi-tv-8-1-kanal-28-05-2004-novosti-12-00-00-agoshkov-evgenij-novosti-8-30-00-7-30.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.