本發(fā)明涉及生物質(zhì)材料再利用和材料制備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及輕質(zhì)生物質(zhì)材料的制備和生物質(zhì)環(huán)保降解再利用等方面。
背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程逐步加快，城市的用水量和排水量也逐步增加，加劇了污水處理廠污泥產(chǎn)出量的飛速增長。截至2016年3月，我國以建3910多座城鎮(zhèn)污水處理廠，污水處理能力已達(dá)到1.67億立方米/日。作為污水的衍生品，我國每年產(chǎn)生3000萬噸～4000萬噸市政污泥(含水率在80％)。近年來我國出臺(tái)了一系列政策推動(dòng)污泥處置行業(yè)發(fā)展。其中，妥善處置污泥、有效利用污泥資源、提高處置效率和降低處置成本等成為行業(yè)關(guān)注熱點(diǎn)。
生物質(zhì)材料是自然界中存量豐富的自然資源之一。自古以來都是國民生活和生產(chǎn)中廣泛利用的資源。隨著經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，我國對(duì)典型生物質(zhì)纖維來源的木材的消耗量也是飛速增加，國內(nèi)森林資源十分匱乏。同時(shí)作為典型生物質(zhì)纖維來源的竹子在機(jī)械加工過程中利用率僅為40％左右，有近60％的資源成為加工剩余物，相當(dāng)部分被廢棄或直接燃燒使用。對(duì)于日益增多的木材和竹材加工剩余物，合理充分的利用無疑是最為緊迫和重要的。
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，紙張使用量快速上升，廢紙大量產(chǎn)生。中國作為世界第二大紙及紙板的消費(fèi)國，廢紙回收總量超過5000萬噸/年。紙張的原料主要為各種植物纖維，但我國廢紙的利用率低沒有發(fā)揮廢紙的資源價(jià)值，還帶來了嚴(yán)重的二次環(huán)境污染。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于有效利用各種生物質(zhì)資源制備一種環(huán)保降解輕質(zhì)材料，從而為多種生物質(zhì)材料開辟新的工業(yè)化利用方法，并替代難降解、環(huán)境污染高的傳統(tǒng)材料。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，以生物質(zhì)纖維、植物蛋白材料和污泥為主要原材料，加入交聯(lián)劑、潤滑劑、阻燃劑和水均勻攪拌制得漿料，然后利用模壓注塑成型或螺桿擠出成型方式預(yù)成型后，放置在模具中利用微波發(fā)泡裝置進(jìn)行發(fā)泡，制得輕質(zhì)生物質(zhì)材料。
所述木纖維為工業(yè)廢棄木材、木纖維或木屑；竹纖維為工業(yè)廢棄竹材、竹纖維或竹屑。大塊材料或木纖維可以進(jìn)行破碎處理后使用。
所述紙纖維為原漿紙纖維或廢紙纖維。廢紙纖維可由廢紙或廢紙板經(jīng)水利碎漿后使用。
所述植物蛋白材料為含有較多植物蛋白的豆類、面粉類或米類中的一種或兩種以上。
所述污泥為為市政脫水污泥或河道淤泥其含水率≤95％。
所述交聯(lián)劑包括熱塑性交聯(lián)劑、樹脂類交聯(lián)劑、淀粉基交聯(lián)劑中的一種或兩種以上。
所述潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撐雙硬脂酰胺中的一種或兩種以上。
所述阻燃劑為無機(jī)阻燃劑主要有金屬氫氧化物、無機(jī)磷系阻燃劑、硼系阻燃劑、鉬化合物、無機(jī)氮系阻燃劑、膨脹石墨、鹵系阻燃劑、膨脹型阻燃劑中的一種或兩種以上。
具體包括以下步驟：
第一步：將木纖維/竹纖維和紙纖維可以進(jìn)行破碎預(yù)處理，得到較小的纖維狀材料；
第二步：將植物蛋白材料研磨成粉末狀材料；
第三步：將木纖維或竹纖維、紙纖維、植物蛋白材料、污泥、交聯(lián)劑、潤滑劑、阻燃劑和水均勻攪拌，制得漿料；
第四步：將混合漿料通過模壓注塑成型或螺桿擠出成型方式預(yù)成型后，在模具中利用微波設(shè)備在功率為350W-600W時(shí)進(jìn)行10-15min發(fā)泡成型。
第五步：利用微波設(shè)備或其他加熱干燥設(shè)備，將發(fā)泡成型的材料在模具中干燥至含水率為8％-15％，可脫模制得輕質(zhì)生物質(zhì)材料。
所述成型模具采用的材料是聚丙烯。
所述材料在自然環(huán)境中維持各項(xiàng)性能指標(biāo)180天-365天以上，隨后將開始自然降解。廢棄材料可直接丟棄并自然降解成種植用土壤；或經(jīng)破碎還原成種植用土壤進(jìn)行復(fù)用或丟棄。
所述材料為發(fā)泡材料，具有較高的抗壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、保溫性能和緩沖性能，密度在0.3-0.9g/cm3之間。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出了多種生物質(zhì)資源有效工業(yè)利用的方法，將污泥和廢棄纖維材料變廢為寶杜絕了污泥的二次污染問題，同時(shí)本發(fā)明制備的輕質(zhì)生物質(zhì)材料緩解了林木過度利用，也緩解了石化材料供不應(yīng)求的問題，同時(shí)緩解了環(huán)境壓力。另外，由于本發(fā)明的特殊工藝，材料不易變形、不易霉變、輕質(zhì)、保溫、無異味、成本低廉；綠色環(huán)?？勺匀唤到?，具有節(jié)約資源、可回收再利用和自然遺棄后還原成土壤等優(yōu)點(diǎn)，有良好的實(shí)用價(jià)值和環(huán)境效應(yīng)。
具體實(shí)施方式
原料以重量份為單位，為以下原料：木纖維或竹纖維5-20份、紙纖維5-20份、植物蛋白材料5-15份、污泥30-70份、交聯(lián)劑3-30份、潤滑劑3-5份、阻燃劑0-10份、水100-150份；所述木纖維為工業(yè)廢棄木材、木纖維或木屑；竹纖維為工業(yè)廢棄竹材、竹纖維或竹屑。大塊材料或木纖維可以進(jìn)行破碎處理后使用。所述紙纖維為原漿紙纖維或廢紙纖維。廢紙纖維可由廢紙或廢紙板經(jīng)水利碎漿后使用。所述植物蛋白材料為含有較多植物蛋白的豆類、面粉類或米類中的一種或兩種以上。所述污泥為為市政脫水污泥或河道淤泥其含水率≤95％。所述交聯(lián)劑包括熱塑性交聯(lián)劑、樹脂類交聯(lián)劑、淀粉基交聯(lián)劑中的一種或兩種以上。所述潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撐雙硬脂酰胺中的一種或兩種以上。所述阻燃劑為無機(jī)阻燃劑主要有金屬氫氧化物、無機(jī)磷系阻燃劑、硼系阻燃劑、鉬化合物、無機(jī)氮系阻燃劑、膨脹石墨、鹵系阻燃劑、膨脹型阻燃劑中的一種或兩種以上。
步驟：
第一步：將木纖維/竹纖維和紙纖維可以進(jìn)行破碎預(yù)處理，得到較小的纖維狀材料；
第二步：將植物蛋白材料研磨成粉末狀材料；
第三步：將木纖維或竹纖維、紙纖維、植物蛋白材料、污泥、交聯(lián)劑、潤滑劑、阻燃劑和水均勻攪拌，制得漿料；
第四步：將混合漿料通過模壓注塑成型或螺桿擠出成型方式預(yù)成型后，在模具中利用微波設(shè)備在功率為350W-600W時(shí)進(jìn)行10-15min發(fā)泡成型。
第五步：利用微波設(shè)備或其他加熱干燥設(shè)備，將發(fā)泡成型的材料在模具中干燥至含水率為8％-15％，可脫模制得輕質(zhì)生物質(zhì)材料。
所述成型模具采用的材料是聚丙烯。
所述材料在自然環(huán)境中維持各項(xiàng)性能指標(biāo)180天-365天以上，隨后將開始自然降解。廢棄材料可直接丟棄并自然降解成種植用土壤；或經(jīng)破碎還原成種植用土壤進(jìn)行復(fù)用或丟棄。
所述材料為發(fā)泡材料，具有較高的抗壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、保溫性能和緩沖性能，密度在0.3-0.9g/cm3之間。具體應(yīng)用方法如下：
(1)抗壓、抗彎曲、緩沖材料；
(2)包裝材料
(3)防風(fēng)固沙、園林美化、垃圾填埋場(chǎng)地表覆蓋層、種植層；
(4)建筑保溫材料、地表植被保溫用覆蓋層。
以上所舉實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，僅用來方便說明本發(fā)明，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部改動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。