趙元鑫

（濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源與化學(xué)工程學(xué)院，河南 濮陽 457000）

對(duì)常規(guī)能源的非常規(guī)應(yīng)用，是我國傳統(tǒng)能源行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的必要途徑[1-4]。我國是塑料地膜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用世界第一大國，達(dá)到了其他國家總和的1.6倍。當(dāng)前，塑料地膜的廣泛應(yīng)用，造成了以下嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境危害[5]:①降解能力差，造成白色污染；②破壞土壤物理性能，造成土壤板結(jié)、肥力下降，導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量下降；③鋪放效率低下，回收困難等。大分子聚合物的合成煤鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜的研究，將有助于解決日益嚴(yán)重的農(nóng)田白色污染問題。

1 合成煤鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜

基于大分子聚合物的合成煤鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜是以富鏡質(zhì)組的高煤階煤作為原材料，制取得到的可降解液態(tài)地膜。它的本質(zhì)是將煤中鏡質(zhì)組改性為加溫、保苗、保墑的地膜使用，分解后又可以起到有機(jī)肥的作用，最終起到了多重功效。應(yīng)用此方法，以高煤階煤為原料，通過實(shí)驗(yàn)尋找最佳的交聯(lián)劑，改進(jìn)提取改性技術(shù)，使之造價(jià)降低、強(qiáng)度提高、完全降解，改變目前可降解等地膜交聯(lián)強(qiáng)度較低、力學(xué)性能不高、成膜性差、酸化土壤、降解不足的現(xiàn)狀。使其具有原料豐富、造價(jià)低廉、應(yīng)用方便、降解良好、保溫保墑、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，從而為根本解決農(nóng)業(yè)白色污染問題提供一個(gè)切實(shí)可行的方案。

2 同類產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，塑料地膜危害較多，破壞土壤的各種物理性能，導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量下降，破壞生態(tài)環(huán)境等。目前，同類地膜主要包括生物可降解地膜、光降解型地膜等類型。生物可降解地膜可以發(fā)生降解，但是加工困難。光降解型地膜只能在光照下可降解，被泥土遮擋的部分則因?yàn)椴荒芙佑|光照而無法進(jìn)行分解，且分解成為碎片后難以進(jìn)一步細(xì)化。故這種方法仍然保留了較嚴(yán)重的土壤污染問題，無法從根本解決土壤的污染問題，且其生產(chǎn)成本較高（光降解型地膜目前的生產(chǎn)成本高于塑料地膜），使光降解型地膜的推廣和應(yīng)用受到了很大影響，應(yīng)用較為局限。催然光或生物可降解地膜可以使地膜分解為小碎片，但無法進(jìn)行實(shí)質(zhì)上的降解。伴隨著時(shí)間的推移，這種塑料小碎片的不斷累積將產(chǎn)生較塑料薄膜更加嚴(yán)重的土壤污染，這樣的微小塑料更加難以清理，帶來嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)面影響，影響土壤的結(jié)構(gòu)和肥力，其對(duì)土壤、農(nóng)業(yè)環(huán)境以及植物生長的影響還有待進(jìn)一步研究。植物纖維地膜采用天然植物的纖維，例如闊葉樹木等許多天然原材料，但植物纖維地膜的應(yīng)用也存在一定缺陷，主要是大規(guī)模生產(chǎn)植物纖維地膜需要消耗植物纖維原料，且天然植物纖維的降解速度與作物的生長周期之間存在一定的滯后性。腐殖酸可降解液態(tài)地膜，目前有一定程度應(yīng)用的近似同類地膜。腐殖酸提取較為繁瑣，其僅僅在低階煤中存在，含量較少，分離提純代價(jià)較高。而土壤中含有較多的腐殖酸，可造成土壤酸化，腐殖酸中的腐殖酸膠體過多會(huì)造成土壤顆粒粘結(jié)成塊，導(dǎo)致土壤過砂、過黏。

3 合成煤鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜的優(yōu)勢

通過解析煤鏡質(zhì)組中官能團(tuán)類型和數(shù)量，以此為反應(yīng)底物，來合成長焰煤鏡質(zhì)組可降解地膜。通過干熱老化實(shí)驗(yàn)、田間降解實(shí)驗(yàn)，考察降解過程中各種官能團(tuán)的脫落順序，并以此來優(yōu)化降解過程，使降解時(shí)間顯著縮短。

當(dāng)前煤炭資源產(chǎn)能過剩，鏡質(zhì)組是煤中廣泛存在的顯微組分。分離提取較為容易，分離價(jià)格較為低廉，原料豐富、造價(jià)低廉。且鏡質(zhì)組降解為小分子碎片，其中含有豐富無機(jī)離子，可提高土壤肥力，改善作物生長狀況。同時(shí)，地膜中加入除草劑等，一邊降解、一邊增肥除草。鏡質(zhì)組易于降解，有機(jī)官能團(tuán)可起到改良土壤的作用。相比于腐植酸地膜等，對(duì)土壤幾乎無污染，環(huán)境友好。

4 地膜的制備

高煤階煤層氣儲(chǔ)層組分以鏡質(zhì)組為主，可占組分總量的90%以上[7-8]。利用豐富的高煤階煤鏡質(zhì)組資源，是對(duì)傳統(tǒng)煤炭資源的創(chuàng)新利用。通過先進(jìn)的技術(shù)手段，以科學(xué)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，選取環(huán)境更加友好的鏡質(zhì)組作為核心技術(shù)，縮短降解周期、降低成本。

煤鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜是以長焰煤鏡質(zhì)組作為原材料。與常規(guī)地膜相比，具有降解周期短，保墑效果明顯，同時(shí)可以改善土壤肥力的作用。當(dāng)前煤炭資源產(chǎn)能過剩，由此而開拓其顯微組分鏡質(zhì)組的應(yīng)用，可以以較為低廉的成本投入生產(chǎn)，具有明顯的效益優(yōu)勢。

5 發(fā)展價(jià)值

5.1 環(huán)境價(jià)值

我國農(nóng)林業(yè)傳統(tǒng)地膜多由聚氯乙烯等難降解物質(zhì)制成，對(duì)土壤造成污染和損害，且易造成出產(chǎn)糧食塑化劑含量高，給人們身體健康帶來危害。而鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜是利用長焰煤以鏡質(zhì)組為原料，不僅能杜絕工農(nóng)業(yè)白色污染，而且可完全降解。具有改良土壤、即時(shí)造膜、保證出苗、地形環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、環(huán)境友好、增肥除草、成本低廉、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。因煤炭資源產(chǎn)能過剩，從而原料成本低，同時(shí)分離提取難度小，更易投入生產(chǎn)。

5.2 產(chǎn)業(yè)價(jià)值

可降解液態(tài)地膜以煤炭為原料，在煤炭產(chǎn)能過剩的現(xiàn)在[1,4]，可以協(xié)助解決劣質(zhì)煤應(yīng)用等問題，可以在保持農(nóng)田質(zhì)量的同時(shí)，提高土壤肥力，增加農(nóng)業(yè)效益；其覆蓋具有地形適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用潛力好。

5.3 科學(xué)價(jià)值

合成煤鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜是基于科學(xué)研究成果對(duì)液態(tài)地膜的改進(jìn)，其研究、科學(xué)機(jī)理、生產(chǎn)應(yīng)用、應(yīng)用效果、技術(shù)再改進(jìn)等，均具有科學(xué)意義和科學(xué)價(jià)值。

5.4 社會(huì)價(jià)值

鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜將逐漸取代傳統(tǒng)的聚氯乙烯地膜，并淘汰現(xiàn)存的腐殖酸液態(tài)地膜。隨著時(shí)代科技發(fā)展，鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜將作為新的地膜中堅(jiān)力量促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，同時(shí)不斷融入新的技術(shù)和改良辦法，使其成本更低、效率更高、廢物利用率接近百分之百、創(chuàng)收更快。在不斷發(fā)展的同時(shí)，逐漸打入國際市場，提高全球糧食產(chǎn)量，改善全球生存環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更高的社會(huì)價(jià)值。

6 面臨的挑戰(zhàn)

6.1 優(yōu)化降解過程，縮短降解時(shí)間

在煤微觀組構(gòu)與大分子結(jié)構(gòu)解析研究的基礎(chǔ)上，通過解析煤鏡質(zhì)組中官能團(tuán)類型和數(shù)量，以此為反應(yīng)底物來合成長焰煤鏡質(zhì)組可降解地膜，通過干熱老化實(shí)驗(yàn)，田間降解實(shí)驗(yàn)來考察降解過程中各種官能團(tuán)的脫落順序并以此來優(yōu)化降解過程，縮短降解時(shí)間。

6.2 改性與優(yōu)化性能

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)討論不同溫度、濕度等條件對(duì)于腐殖酸降解性能的影響，測其抗張強(qiáng)度，結(jié)合不同增塑劑、不同甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同增強(qiáng)劑對(duì)可降解液態(tài)地膜的影響實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化地膜性能。

6.3 保證環(huán)境友好、功能多樣

將原料更改為降解不產(chǎn)生酸化現(xiàn)象的鏡質(zhì)組，保證降解不會(huì)污染土壤；系統(tǒng)研究降解過程，保證降解周期符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征，同時(shí)提高土壤肥力；原料中加入除草劑等，實(shí)現(xiàn)功能多樣化，還可以增肥、除草，增加農(nóng)業(yè)效益，帶來一場農(nóng)業(yè)上的新“革命”。

7 結(jié)語

鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜可適用于多種不同環(huán)境，除常規(guī)環(huán)境外，還適用于寒冷、干燥、丘陵等特殊地區(qū)的農(nóng)作物前期地膜鋪蓋和荒漠、鹽堿地等的整治，以及作為工程的輔助手段加以應(yīng)用，如應(yīng)用于工程護(hù)坡、綠化固沙等許多領(lǐng)域。發(fā)展基于大分子聚合物的合成煤鏡質(zhì)組可降解液態(tài)地膜，其優(yōu)勢在于充分利用當(dāng)前產(chǎn)能過剩的煤炭資源，來生產(chǎn)可降解液態(tài)地膜，縮短降解時(shí)間，同時(shí)鏡質(zhì)組有機(jī)官能團(tuán)可起到改良土壤的作用，對(duì)土壤污染極小，是一種環(huán)境友好、科技創(chuàng)新的新型技術(shù)成果。