Номер 11, страница 126, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

11. Как решаются проблемы утилизации отходов из полимеров?

Проблема утилизации отходов из полимеров является одной из наиболее острых экологических задач современности. Это связано с огромными объемами их производства и потребления, а также с чрезвычайно длительным периодом разложения в естественных условиях (сотни лет). Для решения этой проблемы разработан и применяется ряд методов, которые можно сгруппировать в несколько основных направлений.

Захоронение на полигонах

Это исторически первый и самый простой способ избавления от отходов, заключающийся в их вывозе на специально отведенные участки (свалки) и захоронении. Несмотря на свою простоту и дешевизну, этот метод является наименее экологичным. Основные недостатки: отчуждение больших земельных площадей, медленное разложение полимеров с выделением в почву и грунтовые воды токсичного фильтрата, а также эмиссия парниковых газов (метана) в процессе анаэробного разложения органических компонентов мусора.

Сжигание (термическая утилизация)

Метод заключается в сжигании полимерных отходов при высоких температурах. Главное преимущество – значительное (до 90%) сокращение объема отходов. Современные мусоросжигательные заводы часто оборудованы системами рекуперации энергии, что позволяет использовать выделяющееся тепло для производства электроэнергии и теплоснабжения (технология Waste-to-Energy). Однако у метода есть серьезные недостатки: при сжигании полимеров, особенно содержащих хлор (например, поливинилхлорид, ПВХ), в атмосферу могут выбрасываться высокотоксичные соединения, такие как диоксины и фураны. Также образуются парниковые газы ($CO_2$). Это требует использования очень дорогих и сложных систем очистки дымовых газов. Кроме того, после сжигания остается зола, которая также требует безопасного захоронения.

Переработка (рециклинг)

Это наиболее предпочтительный с точки зрения экологии и экономики замкнутого цикла метод, который подразумевает сбор, сортировку и переработку отходов для создания новых материалов и продукции. Существует два основных вида рециклинга.

Механический рециклинг (регрануляция)

Наиболее распространенный сегодня вид переработки. Процесс включает в себя следующие этапы: сбор и сортировка пластика по типам (ПЭТ, ПНД, ПВХ и т.д.), очистка и мойка, измельчение в крошку (флексу), последующая переплавка и формирование гранул (регранулят). Этот вторичный материал используется для производства новых товаров: из переработанных ПЭТ-бутылок делают полиэфирное волок फर्स्ट (флис, синтепон), строительные материалы, упаковочную ленту; из других видов пластика — трубы, контейнеры, садовую мебель. Основным ограничением является требование к чистоте и однородности сырья. Кроме того, при каждом цикле механической переработки свойства полимера могут ухудшаться из-за термоокислительной деструкции макромолекул, что часто приводит к "даунсайклингу" — производству продукции с более низкими требованиями к качеству.

Химический рециклинг (хеморециклинг)

Это группа более сложных технологий, позволяющих разложить полимерные отходы на исходные мономеры или другие простые химические вещества. Полученное сырье можно использовать для синтеза новых полимеров, не уступающих по качеству первичным. Основные методы:

Пиролиз – термическое разложение в бескислородной среде при температурах 400-900 o C. В результате получаются жидкие углеводороды (синтетическая нефть), горючий газ и твердый углеродистый остаток. Упрощенно процесс можно описать так: $Полимер \xrightarrow{t^\circ, \text{без } O_2} Мономеры + Олигомеры + Топливо$.

Гидролиз – деполимеризация с помощью воды при повышенных температуре и давлении, часто с использованием катализаторов. Этот метод хорошо подходит для поликонденсационных полимеров, таких как полиэфиры (ПЭТ) и полиамиды. Например, гидролиз ПЭТ позволяет вернуть его к исходным мономерам – терефталевой кислоте и этиленгликолю: $(C_{10}H_8O_4)_n + 2n H_2o \xrightarrow{катализатор, t^\circ} n C_6H_4(COOH)_2 + n C_2H_6O_2$.

Газификация – высокотемпературный процесс (выше 700 o C) с ограниченным доступом окислителя (кислорода, воздуха), в результате которого полимерные отходы превращаются в синтез-газ (смесь монооксида углерода $CO$ и водорода $H_2$). Синтез-газ является ценным сырьем для химической промышленности. Химический рециклинг позволяет перерабатывать смешанные и загрязненные пластиковые отходы, непригодные для механической переработки, но эти технологии пока являются более дорогими и энергоемкими.

Создание и использование биоразлагаемых полимеров

Это превентивный подход, направленный на замену традиционных, устойчивых к разложению пластиков на материалы, способные разрушаться под действием микроорганизмов. Примерами служат полилактид (PLA), полигидроксиалканоаты (PHA) и полимеры на основе крахмала. Однако для их эффективного разложения, как правило, требуются специальные условия промышленных компостеров (определенная температура, влажность, наличие нужных микроорганизмов), которые отсутствуют на обычных свалках или в открытой природе. Кроме того, попадая в поток обычного пластика для переработки, они могут загрязнить вторсырье и ухудшить его качество.

Ответ: Проблемы утилизации отходов из полимеров решаются с помощью комплексного подхода, который включает: захоронение на полигонах (наименее предпочтительный метод), сжигание с получением энергии, и наиболее перспективное направление – переработку (рециклинг). Рециклинг делится на механический (переплавка в новые изделия) и химический (разложение до мономеров для синтеза новых полимеров). Также в качестве превентивной меры разрабатываются и внедряются биоразлагаемые полимеры. Наиболее эффективной стратегией является иерархический подход: в первую очередь – сокращение образования отходов и их повторное использование, затем – переработка, и лишь в последнюю очередь – сжигание и захоронение.