废弃人造板再利用研究进展

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　　摘要：  我国每年产生大量的废弃人造板，造成废物处理、环境危害等方面的问题。对废弃人造板进行再利用，既可以有效减少环境污染，又可以节约木材资源、创造经济价值。研究资料发现，目前废弃人造板再利用可分为两大类——物质方面再利用和能源方面再利用。其中，物质方面再利用包括制备再生刨花板、木质复合材料、活性炭、液化产品等，能源方面再利用包括制备颗粒燃料和热裂解炼制。
　　关键词：  废弃人造板;  再利用;  材料;  能源
　　中图分类号：   TS 653. 5                  文献标识码：   A                  文章编号：1001 - 9499（2019）03 - 0055 - 04
　　 目前，人造板主要应用于家具（约70%）、建筑业门窗及装饰（15%～20%）、车船制造业（2%～3%）及其他（7%～13%）。资料显示，我国每年有约10%的人造板及其制品被淘汰，按2017年我国人造板消费量2.91亿m3计算，数年后将产生2 910万m3的废弃人造板。人造板及其制品中会含有部分化工材料，在自然条件下不能完全降解，处理不当会对空气、土壤、水体造成严重危害;此外，处理废弃物需要花费大量经费和土地资源（垃圾填埋）[ 1 ]。合理有效地利用废弃人造板，可以有效缓解废弃人造板带来的环境压力、废物处理问题，所得的产品又可创造经济效益。基于此，通过大量文献资料整理分析，本文归纳出关于废弃人造板再利用的研究主要在物质再利用与能源再利用两大方面。
　　1 物质方面再利用
　　 废弃人造板物质方面的再利用，主要是指以废弃人造板中的木质材料为基础，通过物理、化学等处理方式，结合相关的材料和技术，制成新的材料，例如再生刨花板、木质复合材料、活性炭以及液化产品等。
　　1. 1 再生刨花板
　　 再生刨花板是利用废弃刨花板，通过筛选、分离制成刨花，经过清洗、干燥，也可加入一定量的新鲜刨花，以适当的工艺条件进行加工，制得符合国家标准的刨花板。此方法既节约木材资源，又减轻了环境压力。
　　 宋先亮等[ 2 ]利用不同方式处理废弃刨花板的研究结果表明，在100 ℃蒸煮2 h，然后用0.1 mol/L NaOH溶液处理的刨花分离较好，吸水性强，羧基含量高;利用蒸汽爆破处理得到的再生刨花比刨花原料尺寸小、颜色深;以上两种处理方法均能使废弃刨花板中的胶黏剂遭到破坏，但不能完全除去。于文吉等[ 3 ]对废弃刨花板中脲醛树脂胶黏剂的分布及其活性进行了研究，结果表明：脲醛树脂主要分布在细刨花中，极少分布在粗刨花中;同时，已固化的脲醛树脂中仍有活性基团存在，有利于再生刨花的再胶合及其游离甲醛释放量的降低。宫明[ 4 ]等以再生刨花为原料，利用正交试验法，研究再生刨花的使用比例、施胶量、热压时间对再生刨花板静曲强度和内结合强度的影响，研究发现：施胶量在11%左右时，能够兼顾板材的力学性能和生产成本;加入40%新鲜刨花制得的刨花板即可达到国家标准;相对静曲强度而言，热压时间对于内结合强度的影响较大，适当延长热压时间有利于提高内结合强度。研究还表明，以废弃人造板制备再生刨花板，其各项理化性能均可达到国家同类产品的标准要求[ 5 ]。但是，在废弃人造板的机械破碎、冲磨、筛选等过程中产生很多粉尘，会导致生产环境恶化、环境污染等问题。
　　1. 2 木质复合板材
　　 将废弃人造板进行处理后，与一种或多种其他材料复合，可制备具有新性能的木质复合材料。美国学者Larry Singer等[ 6 ]将废弃纤维板（刨花板）粉末与热塑性树脂混合制得复合板材。韩淑伟[ 7 ]对利用废弃纤维板制得的水泥复合板材和石膏复合板材进行研究，结果表明，经预处理的废弃纤维板，在密度1.2 g/cm3、纤灰比0.2、水灰比0.4、氯化钙3%（水泥用量为基准）条件下制得水泥复合板材，其性能符合国家标准;密度1.3 g/cm3、纤膏比0.20、水膏比0.35、柠檬酸用量0.01%（石膏用量为基准）、单位面积压力3.0 MPa时，制得的石膏复合板材符合国家标准。目前，对利用废弃人造板制造复合材料的研究相对较少，仍需进一步探索。
　　1. 3 活性炭
　　 以废弃人造板为原料，通过一系列处理（热解炭化、溶液活化等）可制得活性炭。活性炭具有發达的孔隙结构、巨大的比表面积和优良的吸附性能，已广泛应用于分离、精制、催化剂、试剂回收及其他领域。利用废弃人造板生产活性炭，可使其所含木质材料得到充分地利用，提高其附加价值，同时也减少了木材资源的消耗。
　　 废弃人造板所含的氮元素还有利于提高活性炭的品质。活性炭中氮元素的含量影响其吸附酚类、重金属等的性能，富氮活性炭具有更强的吸附性能。Wan等[ 8 ]也证实活性炭经过渗氮处理后，还原一氧化氮（NO）的活性增强。废弃的人造板中含有脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂等胶黏剂，氮元素含量高[ 9 ]，利用废弃纤维板制得的活性炭的氮元素质量分数为1.18%～0.25%，远高于普通商品活性炭（氮元素含量在0.1%以下）。周建斌等[ 10 ]研究了利用废弃中密度纤维板制备活性炭，通过正交试验得出，磷酸质量浓度813.43 g/L，浸渍比4.5∶1，活化温度500 ℃， 浸渍时间12 h ， 活化时间2 h，为制得活性炭的最佳工艺。P. Girods等[ 11 ]的研究表明，刨花板经过水蒸气800 ℃活化后，制备活性炭的氮元素质量分数在2%左右;利用高温对废弃的中密度纤维板进行炭化，将炭化后的纤维板粉碎，再经活化剂处理制备富氮活性炭。张铭洋等[ 12 ]将中密度纤维板经炭化，利用碳酸钾（K2CO3）活化制得富氮活性炭电极，通过结构表征及电化学性能测试可知，富氮活性炭既含有中孔，又含有微孔，当活化温度达到850℃时，其比表面积和总孔容积最大，分别达到1 037 m2/g和0.528 cm3/g，具有良好的吸附性能。吴昱等[ 13 ]利用廉价的氢氧化钠（NaOH）作为活化剂，制备有一定数量微孔和中孔的富氮活性炭，应用于对含铜离子废水的吸附。综上所述，利用废弃人造板生产活性炭，提高了废弃人造板的利用价值;然而，目前仍存在一些问题：生产效率低、能耗较大，活性炭中含化学残留，应用受限，生产过程存在一定污染。 　　1. 4 液化产品
　　 将废弃人造板通过一定方法处理可使其液化，用于其他材料的制备。废弃木质人造板中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素，其中含有大量的活性基团（如羟基），是一种潜在的化工原料[ 14 ]。在一定条件下，将木质材料与苯酚或多元醇等化学药剂反应，可使木质材料转化为具有一定反应活性的粘稠状液态物质，可用于胶黏剂、发泡材料、模塑材料和碳纤维的制造[ 15 - 23 ]。朱本城[ 24 ]采用苯酚为液化剂，选用浓硫酸作为催化剂，利用废弃刨花液化物制备酚醛树脂;明确了液化温度、液化时间、料液比、催化剂用量4个因素对液化效率的影响，为废弃木质人造板的液化再利用提供了新思路。废弃人造板的液化技术工艺复杂、产品应用价值较低，所用化学试剂对环境产生较大的危害;同时现有方法还不成熟，液化过程材料变化历程不清楚，故尚需进一步研究。
　　2 能源方面再利用
　　 能源方面再利用，是指将废弃人造板通过加工制得各种类型的燃料，包括颗粒燃料、液体燃料以及气体燃料，常见的加工方法有制备颗粒燃料和热裂解炼制。
　　2. 1 制备颗粒燃料
　　 化石燃料（煤、石油、天然气等）存在资源短缺和环境污染等问题，使得生物质材料能源转化利用受到越来越多的关注和重视。废弃人造板主要成分是木质材料，能产生大量的燃烧热能，是一种优良的能源转化原材料，但因其中含有化学制品，直接燃烧会产生有害污染物，因此需进行处理。将废弃人造板经过粉碎、调制等处理，在高压条件下可压缩成质地坚实的固体颗粒，即颗粒燃料。颗粒燃料作为废弃人造板再利用的一种途径，提高了其使用价值;同时，颗粒燃料具有环保、燃烧性能优良、热效率高（是直接燃烧的5倍以上）、便于运输与储存等优点[ 25 - 27 ]，可应用于热力供应、发电、生活燃料等;而且生产和使用过程中比较环保，能有效减少废弃人造板对环境的污染，提高资源利用效率。王佩[ 28 ]等利用废弃刨花板与纤维板为原材料，采用环模制粒机成型设备，把原料压缩成颗粒成型燃料，并测试了生物质的密度、跌碎性、吸水性、渗水性和吸湿性等性能;探索了不同人造板制成的燃料颗粒在密度、抗跌碎性和抗渗水性方面的差异。然而，废弃人造板的粉碎、调制等处理过程不能完全除去其中的化学物质，颗粒燃料在使用时仍会产生一定的环境污染问题。
　　2. 2 热裂解炼制
　　 热裂解炼制指通过热裂解反应，将生物质原料转化为液态生物油、固态热解炭以及生物燃气等中间产物并实现高值化利用。热解主要是指在隔绝氧气或有限供氧环境中，以中等反应温度（ 450～600 ℃） 、高升温速率（ 1 000～10万 ℃ /s） 和极短气体停留时间（小于2 s） 为条件，采用热化学方法将资源分散、能量密度较低的固态生物质，转化为高能量密度且易于储存、运输的中间产物（如生物油、热解炭、生物燃气等），并通过进一步炼制得到能源、材料或化工产品[ 29 ]。将废弃人造板置于一定的热力学条件下，以空气或水蒸气为介质，使得其中的高分子化合物氧化降解为可燃烧的小分子，如：CO、H2、CH4等[ 30 ]。冯永顺等[ 31 ]研究了杨木刨花板的热裂解特性，发现其活化能为46.45 kJ/mol，最大热解速率为14.1%/min，并通过实验得出“脲醛刨花板需要更高的热解能量”的结论。张宇等[ 32 ]研究了硼酸-硼砂（阻燃剂）对刨花板热解特性的影响，发现硼酸-硼砂对刨花板热裂解具有抑制作用，使热裂解温度范围缩小、残炭率上升。Han等[ 33 ]采用热分析对比了中密度纤维板和刨花板的热裂解特性，结果表明两者具有相似的起始分解温度和反应活化能。然而，废弃人造板热裂解炼过程中能耗较大，成本较高，仍需要进一步的探究。
　　3 结 语
　　 我国每年产生大量的废弃人造板，对其合理再利用，可以减轻环境压力，创造经济效益，具有广阔的应用前景。然而，目前废弃人造板再利用仍存在一些问题：（1）物质方面再利用过程中存在产生粉尘、化学污染等问题，部分再利用方式不成熟、应用范围小;（2）能源方面再利用过程中需要较多的能耗，且仍存在少量的环境污染问题。因此，仍需科研人员进一步的探索研究，开创高效、环保、经济的废棄人造板再利用途径。
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