Аннотация 6
ВВЕДЕНИЕ 9
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПЕРЕРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ 11
1.1 Теоретический анализ проблемы образования полимерных отходов и их влияния на окружающую среду 11
1.2 Анализ проблемы получения биоразлагаемых полимеров из отходов 14
1.3 Сравнительный анализ способов и методов получения полимерных материалов 16
1.4 Патентный поиск технологий получения биополимеров из отходов 21
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ 34
2.1 Проведение экспериментальных исследований различных видов растительных отходов как источников получения биополимеров с заданными свойствами 34
2.2 Экспериментальное моделирование получения биоразлагаемых полимеров в лабораторных условиях 38
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ 49
3.1 Процессуальная схема производства биоразлагаемого полимера 49
3.2 Технологическая схема получения биоразлагаемого полимера 51
3.3 Экономический расчет предлагаемой технологии 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
Приложение 74
В последнее время во всем мире наблюдается рост производства полимеров. По разным источникам на сегодняшний день, полимерная продукция составляет около 40% объёма бытовых и промышленных отходов. Объемы производства и пользования полимерами, получаемых из нефтехимического сырья, постоянно увеличиваются. Полимерные материалы теснят бумагу, металл, картон, стекло. В то же время увеличиваются и объемы производства изделий из полимерных материалов (в главную очередь - упаковочных изделий), оказывающихся впоследствии их использования на свалках [54]. Известно, что разложение традиционных полимерных материалов составляет десятки и сотни лет, а площади под свалками ограничены. Поэтому проблема полимерных отходов становится все более актуальной.
В США и Европе предложили как вариант решения этой проблемы использование полимеров, имеющих способность быстро разлагаться на безопасные для окружающей среды вещества [47].
Альтернативой обычным, синтетическим полимерам являются биополимеры - это полимерные материалы, способные при соответствующих условиях разлагаться на нейтральные для окружающей среды вещества [17]. Природа и скорость процесса разложения полимера зависят от таких факторов, как температура, влажность, аэрация, распределение микробиологической популяции, морфология полимера и пр. В конечном итоге биополимеры разлагаются на компоненты, участвующие в природном цикле -воду, углекислый газ, биомассу и др. Потенциал развития этого направления огромен. Но, несмотря на это, биоразлагаемые материалы в ближайшем будущем смогут занять только небольшой сегмент рынка пластиковых материалов. Причиной этого является цена.
Актуальность темы исследования. Проблема утилизации полимерных отходов в настоящее время является наиболее актуальной. Количество бытовых отходов огромно, причём половину из них составляют пластиковые отходы. В последние годы во всем мире возрос интерес к биоразлагаемым полимерным материалам и упаковкам из них, которые разрушаются при воздействии различных микроорганизмов [30]. Необходимость создания таких материалов вызвана нехваткой места для утилизации мусора, высокими ценами на нефть (которая является сырьем для производства традиционных пластмасс), невозможностью многократной переработки традиционных полимеров (при переработке теряются некоторые свойства) и многочисленными экологическими проблемами, вызванными невозобновляемостью нефтяных ресурсов, а также производством и утилизацией традиционных пластмасс [18].
Цель работы: снижение загрязнения окружающей среды полимерными отходами на основе разработки технологических решений получения биоразлагаемых полимерных материалов из целлюлозосодержащих отходов.
Для достижения поставленной цели сформулированы задачи:
1. Провести теоретический анализ проблемы образования полимерных отходов и их влияния на окружающую среду.
2. Провести сравнительный анализ способов и методов получения биоразлагаемых полимерных материалов из целлюлозосодержащих отходов.
3. Провести экспериментальное моделирование получения биоразлагаемых полимеров из различных видов целлюлозосодержащих и синтетических полимерных материалов в лабораторных условиях.
4. Разработать технологическую схему получения биоразлагаемых полимеров из целлюлозосодержащих отходов и провести эколого-экономический расчёт предлагаемой технологии.
Анализ проблемы образования полимерных материалов показал, что в России количество полимеров ежегодно возрастает и составляет примерно 180 млн. тонн в год. Накопленные полимерные материалы не подвержены разложению биодеструкторами и в определенных количествах выделяют токсичные вещества, загрязняющие почву и водоемы. Поэтому все большую экологическое значение и актуальность приобретает поиск методов и технологий получения биоразлагаемых полимеров, что позволит не только снизить их воздействие на окружающую среду, но и вернуть химические элементы в биотический круговорот.
На основании анализа литературных источников и патентного поиска была выявлена принципиальная возможность получения биоразлагаемых полимеров на основе целлюлозосодержащих отходов.
В результате экспериментальных исследований в рамках выполнения данной бакалаврской работы были получены модификации полимеров с повышенной способностью к биодеструкции. Из полученных композиций целлюлозосодержащих и синтетических полимеров с добавкой пластификатора на основе крахмала, наилучшими характеристиками и способностью к биодеструкции обладали два образца - модификации смесей №1 и №2. Образец №1 имел более пластичную структуру и отличался более высокой скоростью биодеструкции микроорганизмами (на 14%), в отличии от других образцов. Преобладающими микроорганизмами биодеструкторами, разлагающими данный полимер являлись микроорганизмы из родов Pseudomonas, Rhodococcus, Aspergillus, Trichoderma, Rhizopus и грибы из рода Penicillium. Таким образом, получение новых биоразлагаемых модификаций из целлюлозосодержащих и синтетических полимеров является перспективным направлением для дальнейших исследований.
На основе теоретического и экспериментального анализов было разработано и предложено 3 способа получения биоразлагаемых полимеров из целлюлозосодержащих отходов.
В результате экспериментального моделирования синтеза биоразлагаемых полимеров была разработана методика их получения и предложена принципиальная технологическая схема производства таких материалов в промышленных масштабах.
Особенностью данной работы было рассмотрение принципиальной возможности получения биоразлагаемых полимеров из смешанных отходов на основе синтетических и целлюлозосодержащих материалов.
