據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）數(shù)據(jù)，全球中密度纖維板（MDF）產(chǎn)量從2001年2 360.82萬m3增加到2023年9 837.82萬m3。隨著MDF產(chǎn)量和應(yīng)用的增多，人們對于廢纖維板的處理越來越關(guān)注。一方面，MDF產(chǎn)品的平均使用壽命為14年。另一方面，由于加工過程的剩余物、運(yùn)輸或庫存產(chǎn)生的報廢，每年生產(chǎn)的MDF中約有25%轉(zhuǎn)化為廢棄物。現(xiàn)有的廢纖維板回收利用可分為物理回收和生物化學(xué)回收兩大類，具體地有分解、閉環(huán)回收、回收用于制備增強(qiáng)型復(fù)合材料、產(chǎn)熱和熱解等。其中，利用廢MDF生產(chǎn)保溫板和隔音板已大規(guī)模生產(chǎn)。

1  物理回收

物理回收特點(diǎn)是廢棄物的閉環(huán)回收利用，可分為多個階段，通常從收集和分揀開始，經(jīng)過壓縮體積，最后重新組合。采用物理方法回收，通常也要先破碎板材，暴露出纖維后才能再次利用。

1.1 分解廢纖維板

較為簡單的分解纖維板是加熱水解，可在減壓下通過機(jī)械作用實(shí)現(xiàn)，但這過程會縮短木纖維長度。Zeng等人研究，將廢纖維板常壓下1 h沸水浴（100 °C）來分離，回收纖維的平均長度幾乎比原生纖維短1/8，這主要與受熱水解造成的木質(zhì)素和半纖維素含量降低有關(guān)。另據(jù)Bütün-Buschalsk和Mai觀點(diǎn)，加熱水解的分離過程增加了纖維的pH值和甲醛釋放量。

Hagel和Saake研究了在高蒸汽壓力下誘導(dǎo)MDF纖維自水解的熱化學(xué)過程。在蒸煮處理結(jié)束時，進(jìn)行研磨以機(jī)械方式打開木材結(jié)構(gòu)，該過程稱為熱磨。在這項研究中，所得提取物含有高達(dá)30%的碳水化合物和高產(chǎn)率纖維。該技術(shù)在工業(yè)上的延伸有迪芬巴赫公司和Unilin技術(shù)公司在Osiris技術(shù)上的合作，這種蒸汽爆破法（steam explosion）工藝有效地從廢纖維板中回收高質(zhì)量的再生纖維。

Moezzipour等比較了采用水熱法和電熱法將廢纖維板分解成纖維。鋸切MDF后放到帶有兩個電極的腔室中，然后施加電流，直到在受控時間（2～4 min）內(nèi)將電解質(zhì)溫度升高到100 °C。通過該步驟，從MDF廢料中獲得纖維。與原生纖維相比，再生纖維中細(xì)粉數(shù)量增加，提取物和半纖維素含量降低（見表1）。再生纖維中的木質(zhì)素和半纖維素含量低于原生纖維，這是由于水熱法和電熱法的熱降解率較高造成的。電阻加熱是一個溫和的過程，意味著纖維沒有顏色變化。該技術(shù)在工業(yè)上的延伸有意大利PAL公司與英國MDF Recovery公司的合作，從廢舊木材中分揀中/高密度纖維板、纖維分解和纖維清潔，并將該技術(shù)整合到現(xiàn)有或新的生產(chǎn)過程中。采用該技術(shù)的第一家保溫纖維工廠將于2025年在英國投入運(yùn)營。

原生纖維和廢纖維板再生纖維的化學(xué)成分

根據(jù)Ihnát和Lübke的綜述，利用回收廢木材（包括MDF）需要進(jìn)行破碎，所制得的再生纖維長度會變短，從而力學(xué)性能降低，比原生纖維更容易分解。這會降低其最終制得材料的力學(xué)性能，因而必需限制添加比例。

廢纖維板也能作為納米微晶纖維素（NCC）生產(chǎn)的原材料，采用連續(xù)化學(xué)分解技術(shù)，又稱化學(xué)制漿。通過加酸水解從原生纖維、MDF素板（未飾面）、廢纖維板中提取NCC時，產(chǎn)出率分別為18.4%、23.1%和23.5%。

1.2 閉環(huán)回收

閉環(huán)回收即產(chǎn)品已達(dá)到使用壽命，再次回收制成新產(chǎn)品。但是在新產(chǎn)品中使用MDF再生纖維，會降低板材的力學(xué)性能。Hwang等比較了原生纖維和再生纖維，添加再生纖維后MDF的物理力學(xué)性能降低，添加量超過40%后板材性能不達(dá)標(biāo)。

Roffael等用再生纖維代替33%的原生纖維時，內(nèi)膠合強(qiáng)度降低了約26%，當(dāng)添加更多再生纖維時，MDF性能不達(dá)標(biāo)。Moezzipour等人的研究結(jié)果也是再生纖維板的性能降低。

另一方面，Bütün Buschalsky和Mai發(fā)現(xiàn)，在MDF的每個新回收周期中，甲醛釋放量都有所增加。此外，Bütün Buschalsky和Mai認(rèn)為，在較低溫度下的熱水解分解廢纖維板，所制再生纖維板可獲得與原生纖維板類似的性能，而且可以完全采用廢纖維板（100%）。

簡言之，閉環(huán)回收利用廢纖維板具有很大的潛力，但在循環(huán)利用中會持續(xù)降低纖維性能，在新產(chǎn)品中添加MDF再生纖維也會降低力學(xué)性能。

1.3 轉(zhuǎn)化為復(fù)合材料

由于木纖維的力學(xué)性能，MDF已用于制備各種基體的復(fù)合材料（主要是聚合物）。由木粉增強(qiáng)聚合物基體所制成的復(fù)合材料，稱為木塑復(fù)合材料（WPC）。已有一些關(guān)于影響力學(xué)性能的研究報道，如MDF復(fù)合材料的彈性模量、拉伸模量和熱穩(wěn)定性。

在Butün等人的研究中，聚丙烯作為基體，廢纖維板作為增強(qiáng)劑用于生產(chǎn)WPC。此外，采用馬來酸酐接枝聚丙烯作為偶聯(lián)劑，實(shí)現(xiàn)了提高性能。同時比較了MDF分解處理方式，通過熱磨機(jī)和加熱水解工藝分解纖維板，所制WPC具有優(yōu)越性能。與原生聚丙烯相比，吸水率、拉伸強(qiáng)度和無缺口試樣沖擊彎曲強(qiáng)度（unnotched impact bending strength）相似。

Krause等進(jìn)行了類似的研究，用馬來酸酐接枝聚丙烯和破碎成尺寸1 mm的MDF顆粒來改善WPC的機(jī)械性能，并與原生木材顆粒所制WPC相比較。Yilmaz Atay等人研究了以聚丙烯和家具車間粉塵擠壓制成WPC的拉伸機(jī)械性能。最優(yōu)值為添加30%的MDF粉塵，馬來酸酐接枝聚丙烯添加量分別為3%和6%時，得到了更好的抗彎強(qiáng)度和拉伸/彈性模量（tensile and elastic modules）。因此，與不添加木粉的聚合物和使用原生木粉相比，在聚合物基體中添加纖維有助于提高力學(xué)性能。

Kreutz等研究了用廢纖維板增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。與聚苯乙烯聚合物相比，添加4%廢纖維板時出現(xiàn)較高的楊氏模量（Young's modules），熱穩(wěn)定性增加，在紫外光（UV）輻射下降解減少。

雖然木質(zhì)廢料在聚合物基復(fù)合材料中的應(yīng)用更為常見，但也測試了一種無機(jī)復(fù)合材料。Malaszkiewicz和Sztukowska提出利用廢纖維板作為混凝料生產(chǎn)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料。結(jié)果表明，對水泥固化產(chǎn)生了不利影響，需要額外的添加劑來抵消這種影響，干燥狀態(tài)下表觀密度為780～880 kg/m3，幾乎比傳統(tǒng)混凝土少三分之一。

因此，復(fù)合材料可成為小批量利用廢纖維板的有效方式。與閉環(huán)回收一樣，在循環(huán)利用中纖維的性能和其他成分的可持續(xù)性會不斷下降。由于異質(zhì)性混合結(jié)構(gòu)，也會增加回收這類產(chǎn)品的復(fù)雜性。

1.4 廢纖維板產(chǎn)熱

可通過燃燒廢纖維板產(chǎn)生熱量和電力，從而產(chǎn)生灰渣、飛灰和煙氣。Grammelis等研究了混合燃燒過程，工業(yè)鍋爐中添加廢木材的能效和對排放污染物的影響。發(fā)現(xiàn)廢纖維板的熱值（毛重：18.52 MJ/kg；凈重：17.14 MJ/kg）高于廢舊原生木材（毛重：15.48 MJ/kg；凈重：14.08 MJ/kg），所有灰燼樣品中的金屬元素含量較低。該研究還比較了MDF和其他木質(zhì)材料的平均排放量（見圖1）。

                                       圖1 天然木材、褐煤、MDF和電線桿的混燃測試排放量

如圖1所示，雖然天然木材和MDF的SO2排放值相近，但天然木材的NO值（約700 mg/Nm3，干燥，6%O2）比MDF更高。同時，MDF的CO排放量（約300 mg/Nm3，干燥，6%O2）比天然木材（約200 mg/Nm3，干燥，6% O2）更高。此外，一項對木材、MDF和OSB（定向刨花板）的熱分解研究表明，OSB燃燒形成的氣體量和毒性更高。用于MDF和OSB生產(chǎn)的甲醛、氨基甲酸酯或三聚氰胺被確定為毒性的來源。MDF中的三聚氰胺浸漬紙會降低生物質(zhì)發(fā)電的潛力，因為三聚氰胺降解會持續(xù)到燃燒結(jié)束，形成更多灰分，灰渣填埋量明顯增加。

Farjana等得出結(jié)論，從木材廢棄物中回收能源會帶來資源消耗（化石）、生物毒性（癌癥）、氣候變化和淡水污染。在這項研究中，廢纖維板表現(xiàn)出生產(chǎn)能源的巨大潛力，但會造成淡水污染以及灰渣量增加。一項研究評估了甲醛浸入土壤中的情況，并觀察到廢纖維板在水中儲存4周后可以作為堆肥或蓋土回收利用。但在這種情況下，甲醛會轉(zhuǎn)移到水中。

2 生物化學(xué)回收

與物理回收方法不同，生物化學(xué)回收將化合物分解成原料，促進(jìn)材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。與物理方法一樣，也需要先破碎板材。

2.1 熱解

新興技術(shù)將廢棄物應(yīng)用于各種有價值的產(chǎn)品，包括從廢纖維板中回收資源，例如熱解。熱解是含碳材料受熱分解的過程，主要在氮?dú)猓∟2）或缺氧環(huán)境下進(jìn)行，可分為慢速、快速和瞬間熱解，生成物是分解產(chǎn)生的生物炭、生物油和可燃?xì)怏w。慢速熱解的特點(diǎn)是加熱速率低、停留時間長，而快速熱解的特點(diǎn)是在高加熱速率和短停留時間下進(jìn)行。當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物是獲得生物炭時，采用慢速熱解，而快速熱解更適合獲得高產(chǎn)量生物油。瞬間熱解的加熱速率超過1 000 ℃/s，在高溫（900～1 300 ℃）和極短的停留時間（<0.5 s）下進(jìn)行。瞬間熱解的目標(biāo)產(chǎn)物也是生物油，但在該條件下會產(chǎn)生更粘稠的油，也可能含有固體殘渣，需要后續(xù)凈化。

生物炭由于碳儲存能力而備受關(guān)注，能夠封存的溫室氣體超過其產(chǎn)生能力。生物炭在土壤中停留的時間極長，不會發(fā)生降解，因此可以長期在土壤中儲存碳。MDF是富含木質(zhì)纖維素的材料，已報道文獻(xiàn)研究了MDF轉(zhuǎn)化為生物炭的過程（見表2）。

MDF熱解的操作條件、用途和主要結(jié)論

在中等溫度（450 ℃）和約30 min的停留時間下生物炭產(chǎn)出率最佳；而在較高溫度（高于450 ℃）下可獲得最佳的天然氣和生物油產(chǎn)出率。Ferreira等研究了不同條件下的MDF熱解。實(shí)驗表明，在450 ℃時，當(dāng)停留時間從9 min增加到34 min時，生物炭產(chǎn)出率從24.4 %提高到39.7%。另一方面，在600 ℃時，隨著停留時間增加，生物炭產(chǎn)率下降，從25.5%降至17.3%。此外還發(fā)現(xiàn)，在450 ℃下的生物油，隨著停留時間的增加，產(chǎn)率相對穩(wěn)定（約27%）；而在600 ℃時，生物油產(chǎn)率增加（23.9%～40%）。較高溫度下獲得的最高燃?xì)猱a(chǎn)率在34.6%～50.7%。根據(jù)Bachmann等的研究，隨著溫度的升高生物炭的產(chǎn)率降低，這是由于有機(jī)化合物的揮發(fā)、雙羥基化反應(yīng)和木質(zhì)纖維素分解造成的。

除了生物炭之外，熱解生成物中的生物油和燃?xì)庖彩窃鲋诞a(chǎn)品。據(jù)Vuppaladadiyam等人的研究，熱解氣體可用作補(bǔ)充能源，或者回收到反應(yīng)器中以支持流態(tài)化，而生物油可以用作運(yùn)輸用燃料，也可以作為鍋爐和發(fā)電爐中柴油的替代品。生物油還可用作原料，生產(chǎn)化學(xué)制品，如酚醛類的樹脂和膠黏劑。在500 ℃下，由MDF熱解產(chǎn)生的焦炭是混合動力的良好燃料。因此，有必要研究MDF熱解產(chǎn)生的生物油和燃?xì)獾臒嶂担治黾夹g(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。

此外，由于界面化學(xué)特性，將生物炭用作吸附劑去除水性基質(zhì)中的各種污染物，如金屬、染料、有機(jī)化合物等。Gan等從MDF中獲得的生物炭的吸附量小于15 mg/g，商用活性炭超過240 mg/g。然而，與其他纖維素廢棄物所制的生物炭比較時，這種吸附能力是有優(yōu)勢的。此外，Gan等報道的低吸附量可能與比表面積小（0.75 m2/g）有關(guān)。同樣需要指出，生物炭的吸附能力取決于其結(jié)構(gòu)性質(zhì)、界面化學(xué)和溶質(zhì)類型。另一方面，F(xiàn)erreira等制得的生物炭的比表面積要大得多（593 m2/g）。比表面積的差異可能與反應(yīng)器類型和操作條件有關(guān)，尤其是采用氮?dú)獗Ｗo(hù)時。根據(jù)Bachmann等的研究，控制溫度是改善比表面積的一種方法，而且不需要化學(xué)處理或額外的儀器。另一方面，溫度過高可能會對孔隙的形成造成負(fù)面影響，尤其是當(dāng)原料在CO2等反應(yīng)性氣體中熱解時。

根據(jù)Ferreira等的研究，熱解廢纖維板灰分低，揮發(fā)物含量高，不良釋放物含量低（如硫和氯等）。但是廢纖維板中存在苯酚和甲醛，這些成分影響環(huán)境。

熱解可以轉(zhuǎn)化為不同用途的增值產(chǎn)品。然而，由于操作溫度的原因，能耗較高，而且脲醛膠黏劑可能會降解不完全。從這個角度看，還需評估經(jīng)濟(jì)可行性。

相應(yīng)地，熱解所涉及的能量與MDF纖維的3種主要成分的熱解特性有關(guān)（見表3）。纖維素質(zhì)量損失峰出現(xiàn)在355 ℃，在500 ℃時質(zhì)量損失約92%，這是一種吸熱反應(yīng)。另一方面，木質(zhì)素?zé)峤馐欠艧岱磻?yīng)，在整個過程中緩慢地失去質(zhì)量。半纖維素介于兩者之間。在150～500 °C的溫度范圍內(nèi)，只有纖維素存在吸熱過程，但在更高溫度下觀察到相反的過程。

MDF主要成分熱解過程中的質(zhì)量損失

Seah等提出，通過協(xié)同熱解（具有兩種或多種原料）最大限度地減少對環(huán)境的影響，并實(shí)現(xiàn)循環(huán)生物經(jīng)濟(jì)，以實(shí)現(xiàn)不同廢棄物之間的協(xié)同作用。對稻草質(zhì)量占比25%和MDF占比75%進(jìn)行協(xié)同熱解后，獲得最佳的高熱值為22.13 MJ/kg、能源產(chǎn)率為99.60%。

Waheed等研究了另一種降低能耗的方案，在惰性環(huán)境中將2種生物質(zhì)在200～300 °C下加熱，生成生物質(zhì)燃料。這可能是解決多種生物質(zhì)廢棄物的可行方案。

2.2 酶解

采用酶法水解生物質(zhì)可分餾獲得木質(zhì)纖維素和單糖。目前尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于MDF酶解的文獻(xiàn)報道，但有對其他木質(zhì)廢棄物的研究。因此，認(rèn)為MDF存在酶解的潛力。表4顯示了有關(guān)木質(zhì)纖維素廢棄物酶解的文獻(xiàn)中報道的主要操作條件、酶類型和所用藥劑。

不同原材料的酶解過程和效果

 與熱解回收MDF等處理方法比較，雖然酶解效果在90%以上，但水解時間相對較長（約72 h）。同時需要進(jìn)行預(yù)處理，暴露出纖維，促進(jìn)酶發(fā)揮作用。

據(jù)研究，去除木質(zhì)素是提純纖維素的關(guān)鍵步驟，也是提高纖維素酶消化葡萄糖效率所必需的。一些學(xué)者研究了預(yù)處理技術(shù)：蒸汽輔助堿處理、酸處理、低共熔溶劑處理、超聲輔助乙醇協(xié)同低共熔溶劑處理、離子液體處理。也有研究者認(rèn)為，不推薦使用涉及無機(jī)酸和堿的預(yù)處理，因為會腐蝕設(shè)備而且大幅增加纖維素水解。另一方面，由于廢纖維板是可再生資源，可替代部分化石燃料的消耗。通過酶解生物質(zhì)可獲得工業(yè)用化工品，如乙醇生產(chǎn)、丁醇生產(chǎn)、制氫和可發(fā)酵糖。

酶水解的主要優(yōu)點(diǎn)在于水解酶具有選擇性且作用于特定物質(zhì)，如表4所示，使用的是纖維素酶，用于水解纖維素。但由于是有機(jī)物質(zhì)，存在酶活性損失的局限性，并且難以回收和再利用，這對于僅針對回收過程來說是不利的。同時，發(fā)酵過程涉及微生物的作用，所制產(chǎn)品性能受環(huán)境條件的影響。因此，應(yīng)調(diào)查MDF與脲醛樹脂相關(guān)的毒性。

顯然，不能僅為了回收MDF而酶解，但可作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一種策略，因為MDF可作為木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的重要來源。這些物質(zhì)還可以轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖（單體），這是發(fā)酵生物制品的主要原料，如生物質(zhì)乙醇和生物質(zhì)丁醇。但有個缺點(diǎn)，木質(zhì)素是復(fù)雜的高分子，通常需要預(yù)處理分解成小分子。因此，只有分析MDF生命周期，才能提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性的更多信息。

3  展望未來

在多種回收廢纖維板的可選方案中，最常用的是填埋。MDF的主要成分是木纖維，這是多種應(yīng)用的重要資源。然而，MDF中還存在影響回收的其他成分。MDF飾面材料通常含有聚氯乙烯、三聚氰胺、脲醛樹脂，這3種成分在高溫下易產(chǎn)生排放物，需要仔細(xì)評估一些回收方案，例如使用廢纖維板進(jìn)行產(chǎn)熱或熱解。這些物質(zhì)的存在也使填埋處理成為一種有爭議的選擇，可能污染土壤和地下水。

即使回收只使用環(huán)保材料生產(chǎn)的MDF，對產(chǎn)品特性至關(guān)重要的纖維性能也會逐漸降低。不論物理回收，還是生化回收，都需要破碎MDF，而且在后續(xù)的加工中（如機(jī)械力、化學(xué)品、溫度和壓力等）會加劇纖維性能降低。在閉環(huán)回收中存在連續(xù)分解，那么纖維尺寸減小是不可避免的。使用再生纖維，盡管纖維的尺寸是生產(chǎn)新板材的限制因素，但在熱解、酶解甚至復(fù)合材料或隔熱材料的生產(chǎn)中沒有任何障礙。

廢纖維板有3種可選回收方案：1）物理回收；2）生物化學(xué)回收；3）填埋。物理回收能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)循環(huán)，但該過程不可避免地會損傷纖維，限制其作為新MDF或其他副產(chǎn)品的總用量；而生物化學(xué)回收是一個廣闊的領(lǐng)域，使用廢纖維板生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的可能性很大，尤其是熱解。填埋應(yīng)被視為最后的選擇，但需考慮脲醛樹脂的不良影響。

未來廢纖維板經(jīng)濟(jì)有效和持續(xù)性回收利用，需實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)：1）分解過程效率高，成本適中。2）木纖維之外的其他成分健康環(huán)保，成本合理。