合成煤鏡質組可降解液態地膜研究進展與挑戰

趙元鑫

（濮陽職業技術學院能源與化學工程學院，河南 濮陽 457000）

對常規能源的非常規應用，是我國傳統能源行業持續健康發展的必要途徑[1-4]。我國是塑料地膜農業生產應用世界第一大國，達到了其他國家總和的1.6倍。當前，塑料地膜的廣泛應用，造成了以下嚴重的生態環境危害[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、肥力下降，導致農作物的產量下降；③鋪放效率低下，回收困難等。大分子聚合物的合成煤鏡質組可降解液態地膜的研究，將有助于解決日益嚴重的農田白色污染問題。

1 合成煤鏡質組可降解液態地膜

基于大分子聚合物的合成煤鏡質組可降解液態地膜是以富鏡質組的高煤階煤作為原材料，制取得到的可降解液態地膜。它的本質是將煤中鏡質組改性為加溫、保苗、保墑的地膜使用，分解后又可以起到有機肥的作用，最終起到了多重功效。應用此方法，以高煤階煤為原料，通過實驗尋找最佳的交聯劑，改進提取改性技術，使之造價降低、強度提高、完全降解，改變目前可降解等地膜交聯強度較低、力學性能不高、成膜性差、酸化土壤、降解不足的現狀。使其具有原料豐富、造價低廉、應用方便、降解良好、保溫保墑、環境友好等優點，從而為根本解決農業白色污染問題提供一個切實可行的方案。

2 同類產品的發展現狀

當前，塑料地膜危害較多，破壞土壤的各種物理性能，導致農作物的產量下降，破壞生態環境等。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為不能接觸光照而無法進行分解，且分解成為碎片后難以進一步細化。故這種方法仍然保留了較嚴重的土壤污染問題，無法從根本解決土壤的污染問題，且其生產成本較高（光降解型地膜目前的生產成本高于塑料地膜），使光降解型地膜的推廣和應用受到了很大影響，應用較為局限。催然光或生物可降解地膜可以使地膜分解為小碎片，但無法進行實質上的降解。伴隨著時間的推移，這種塑料小碎片的不斷累積將產生較塑料薄膜更加嚴重的土壤污染，這樣的微小塑料更加難以清理，帶來嚴重的環境負面影響，影響土壤的結構和肥力，其對土壤、農業環境以及植物生長的影響還有待進一步研究。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用也存在一定缺陷，主要是大規模生產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。腐殖酸可降解液態地膜，目前有一定程度應用的近似同類地膜。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造成土壤顆粒粘結成塊，導致土壤過砂、過黏。

3 合成煤鏡質組可降解液態地膜的優勢

通過解析煤鏡質組中官能團類型和數量，以此為反應底物，來合成長焰煤鏡質組可降解地膜。通過干熱老化實驗、田間降解實驗，考察降解過程中各種官能團的脫落順序，并以此來優化降解過程，使降解時間顯著縮短。

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

4 地膜的制備

高煤階煤層氣儲層組分以鏡質組為主，可占組分總量的90%以上[7-8]。利用豐富的高煤階煤鏡質組資源，是對傳統煤炭資源的創新利用。通過先進的技術手段，以科學認識為基礎，選取環境更加友好的鏡質組作為核心技術，縮短降解周期、降低成本。

煤鏡質組可降解液態地膜是以長焰煤鏡質組作為原材料。與常規地膜相比，具有降解周期短，保墑效果明顯，同時可以改善土壤肥力的作用。當前煤炭資源產能過剩，由此而開拓其顯微組分鏡質組的應用，可以以較為低廉的成本投入生產，具有明顯的效益優勢。

5 發展價值

5.1 環境價值

我國農林業傳統地膜多由聚氯乙烯等難降解物質制成，對土壤造成污染和損害，且易造成出產糧食塑化劑含量高，給人們身體健康帶來危害。而鏡質組可降解液態地膜是利用長焰煤以鏡質組為原料，不僅能杜絕工農業白色污染，而且可完全降解。具有改良土壤、即時造膜、保證出苗、地形環境適應能力強、環境友好、增肥除草、成本低廉、易于推廣等優點。因煤炭資源產能過剩，從而原料成本低，同時分離提取難度小，更易投入生產。

5.2 產業價值

可降解液態地膜以煤炭為原料，在煤炭產能過剩的現在[1,4]，可以協助解決劣質煤應用等問題，可以在保持農田質量的同時，提高土壤肥力，增加農業效益；其覆蓋具有地形適應能力強的特點，在農業中應用潛力好。

5.3 科學價值

合成煤鏡質組可降解液態地膜是基于科學研究成果對液態地膜的改進，其研究、科學機理、生產應用、應用效果、技術再改進等，均具有科學意義和科學價值。

5.4 社會價值

鏡質組可降解液態地膜將逐漸取代傳統的聚氯乙烯地膜，并淘汰現存的腐殖酸液態地膜。隨著時代科技發展，鏡質組可降解液態地膜將作為新的地膜中堅力量促進農業發展，同時不斷融入新的技術和改良辦法，使其成本更低、效率更高、廢物利用率接近百分之百、創收更快。在不斷發展的同時，逐漸打入國際市場，提高全球糧食產量，改善全球生存環境，實現更高的社會價值。

6 面臨的挑戰

6.1 優化降解過程，縮短降解時間

在煤微觀組構與大分子結構解析研究的基礎上，通過解析煤鏡質組中官能團類型和數量，以此為反應底物來合成長焰煤鏡質組可降解地膜，通過干熱老化實驗，田間降解實驗來考察降解過程中各種官能團的脫落順序并以此來優化降解過程，縮短降解時間。

6.2 改性與優化性能

設計實驗討論不同溫度、濕度等條件對于腐殖酸降解性能的影響，測其抗張強度，結合不同增塑劑、不同甘油質量分數、不同增強劑對可降解液態地膜的影響實驗來優化地膜性能。

6.3 保證環境友好、功能多樣

將原料更改為降解不產生酸化現象的鏡質組，保證降解不會污染土壤；系統研究降解過程，保證降解周期符合農業生產特征，同時提高土壤肥力；原料中加入除草劑等，實現功能多樣化，還可以增肥、除草，增加農業效益，帶來一場農業上的新“革命”。

7 結語

鏡質組可降解液態地膜可適用于多種不同環境，除常規環境外，還適用于寒冷、干燥、丘陵等特殊地區的農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用，如應用于工程護坡、綠化固沙等許多領域。發展基于大分子聚合物的合成煤鏡質組可降解液態地膜，其優勢在于充分利用當前產能過剩的煤炭資源，來生產可降解液態地膜，縮短降解時間，同時鏡質組有機官能團可起到改良土壤的作用，對土壤污染極小，是一種環境友好、科技創新的新型技術成果。