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碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)因其重量轻、强度高、耐腐蚀，被广泛应用于航空航天、风电叶片、交通工具、桥梁建筑等领域[1-3]。CFRP在日常生活中的普及应用造成废弃CFRP产生量也逐年增多。CFRP废料主要包括过期的预浸料、剩余边角材料和报废的CFRP产品。预计到2025年，全球每年产生废弃CFRP的数量将达到2×104 t左右[4]。废弃CFRP中含有大量难降解环氧树脂，填埋处理会占用大量土地，焚烧处理则会造成大气污染问题。此外，碳纤维制备成本高，能源消耗大，回收废弃CFRP可显著降低碳纤维生产成本，节约能源[5]。发展绿色高效的废弃CFRP回收技术将对我国环境保护和碳纤维产业可持续发展具有重要意义。
环氧树脂和不饱和聚酯树脂等固化树脂常作为CFRP结构的基体，为CFRP提供了优异的机械强度和化学稳定性[6]。但固化树脂具有不可逆三维网状结构，造成固化树脂无法二次熔化、重塑或再加工，增大了CFRP回收难度[7]。CFRP回收方法主要包括热解法、化学回收法和机械回收法[8-10]。热解法或化学降解法可去除CFRP中的热固性树脂，得到再利用价值较高的长丝束碳纤维。但是，热解法能耗较高，而化学法会产生大量废弃化学试剂；同时，CFRP中的固化树脂大多会被降解为小分子气相和油相产物[11]。油相降解产物中含有大量芳烃和酚类有毒物质，必须得到妥善处置，以避免环境污染。机械回收法主要通过粉碎、研磨等工艺将CFRP破碎成小块或粉末[12]。机械方法工艺简单、成本低，还可以避免废弃树脂降解所造成的环境污染问题。但是，CFRP具备较高的比强度和比模量，导致在机械回收过程中碳纤维的长度和强度损失较高，只能得到增强效果较差的碳纤维粉末或短纤维产物，极大限制了机械法的推广应用。因此，如何在机械回收过程中有效保留原始碳纤维长度和强度，提高机械回收产物的再利用价值，已成为机械回收法在推广应用过程中亟待解决的难题。
普通化学试剂很难在温和条件下高效降解固化环氧树脂(CEP)，但是一些有机溶剂可以在一定程度上溶胀CEP。WANG等[13]研究发现，CEP在醋酸(180 °C，6 h)中的溶胀率约为56%，明显优于甲醇(18.79%)、乙醇(20.85%)、正丙醇(16.16%)、异丙醇(11.06%)和水(3.80%)。之后，选用醋酸作为溶胀剂，可配合AlCl3实现CEP高效催化降解。溶胀法不仅可以用于CEP选择催化断键降解，也可以用于复合材料分层解离回收。ZHU等[14]利用离子液体[EMIM+][BF4−](260 °C，20 min)成功实现废弃印刷线路板溶胀解离回收。WATH等[15]分别采用n-甲基-2-吡咯烷酮(100 ℃，90 min)和二甲基亚砜(90 ℃，90 min)成功实现废弃印刷线路板溶胀解离回收。当前溶胀法主要用于废弃印刷线路板解离回收，有关废弃CFRP的溶胀解离回收研究较少。因此，本研究尝试利用醋酸溶胀法实现废旧CFRP绿色回收，主要研究CEP在醋酸介质中的溶胀与降解特性；分析影响CEP溶胀和降解的主要因素和作用机制；并揭示CEP溶胀与降解作用对溶胀产物软化和分层现象的作用机制；同时，研究不同溶胀处理条件下制备CFRP的抗弯强度。
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本研究所用碳纤维板均由碳纤维环氧树脂预浸料(WP3011)通过热压法制备。预浸料中碳纤维作为增强材料，树脂(6508型环氧树脂)质量分数为40%，固化剂为双氰胺。先将碳纤维预浸料布剪切成长方形(80 mm ×10 mm ×0.2 mm)，之后将8层剪切预浸料通过热压法(成型压力为0.10 MPa)在120 ℃条件下固化180 min制备成80 mm ×10 mm ×2 mm 的碳纤维板。
将液态环氧树脂(与预浸料中所用树脂和固化剂种类和配比一致)放入硅胶模具中，在120 ℃下固化180 min，制备成边长为10 mm的正方体CEP。
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1)醋酸溶胀CFRP。将1块CFRP(约2 g)和45 mL醋酸一起放入100 mL哈氏合金反应釜中密封加热。加热温度分别为100、120、140、160、180、200和 220 ℃，反应釜内部压力为0.07~1.03 MPa。待反应釜内部温度达到设定温度后，分别保持0.5、1、2和4 h。保温结束后，待反应釜冷却至室温，将溶胀产物从反应釜中取出。
2)利用软化产物制备CFRP。将140 ℃条件下获得的软化产物切成细条状(80 mm× 2 mm× 2 mm)，然后在105 °C烘干去除溶胀产物中的醋酸。之后在裁切产物中添加少量环氧树脂和固化剂(0.50 g左右)，并通过热压法(在120 °C 下固化180 min，成型压力为0.10 MPa)制备出新的CFRP(80 mm× 10 mm× 2 mm)。
2)利用分层产物制备CFRP。将160~220 ℃下获得的分层产物在105℃烘干，之后在分层的碳纤维片上涂抹新的环氧树脂和固化剂(1.00 g左右)，将8层分层产物通过热压法(在120 ℃下固化180 min，成型压力为0.10 MPa)制备新的CFRP(80 mm× 10 mm×2 mm)。在热压过程中时，部分多余环氧树脂可以从溶胀产物中挤压出来。
醋酸溶胀回收废弃CFRP过程如图1所示。
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CEP在醋酸介质中的溶胀率(S)按式(1)计算，CEP降解率(D)按式(2)计算。
式中：m0是溶胀处理前块状CEP的初始质量，g；m1是醋酸溶胀处理后溶胀产物的质量(湿重，包含树脂内部吸附的醋酸质量以及从块状CEP表面碎裂脱落的颗粒状树脂质量)，g；m2是溶胀产物烘干后的树脂质量，g。
抗弯强度(σ)通过3点弯曲测试计算，加载速度为 2 mm·min−1，按式(3)[16]计算。
式中：P是最大载荷，N；l是跨距，mm；b和h分别是CFRP的宽度和厚度，mm。
采用扫描电子显微镜(Supra 40，德国Zeiss公司)对溶胀产物的表面微观结构进行观察；采用傅里叶变化红外光谱(AIM-9000，日本Shimadzu公司)对树脂产品的主要化学结构进行表征分析。
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不同处理温度条件下CEP溶胀产物和对应烘干产物照片见图2(醋酸添加量和溶胀时间分别为45 mL和1 h)。从图2(a)可以看出，随着溶胀温度升高，CEP体积不断增大，CEP颜色也在逐渐加深。醋酸可以快速渗透进入CEP三维网络中，引发树脂基体的膨胀。但树脂的过度膨胀也会引发树脂碎裂现象的产生[17]。经120 ℃溶胀处理后，CEP发生轻微溶胀现象，其边长从10 mm增大到11 mm左右，CEP表面完整。当溶胀处理温度≥160 ℃后，CEP溶胀现象加剧，部分位于边角的树脂从CEP上脱落。CEP经220 ℃溶胀处理后，其边长增大至13 mm左右。不同处理温度条件下，CEP溶胀产物烘干照片见图2(b)。将溶胀产物在105 ℃烘干后，CEP内部所含醋酸被挥发去除，重新收缩恢复其原来的形状。当处理温度≤120 ℃，烘干产物表面仍然平整光亮；但是当处理温度超过140 ℃，烘干产物表面变得较为粗糙。
在不同溶胀温度条件下，醋酸对CEP的溶胀率和降解率见图3。从图3可以看出，CEP溶胀率和降解率均随着处理温度的升高不断增大。在120 ℃时，CEP仅发生轻微溶胀现象，溶胀率为57.81%，没有出现明显的降解现象。140 ℃时，溶胀率增加到78.88%，CEP 开始发生少量降解，降解率为4.49%。当温度升高到160 ℃，溶胀率迅速增加到101.55%，同时，降解率增加到9.08%。之后，随着温度进一步增加，溶胀率进一步增大。在220 ℃，溶胀率和降解率分别达到最高值147.00%和14.40%。
提升温度能够促进醋酸分子在CEP内的扩散速率，强化醋酸对CEP的溶胀效果和催化降解效果。而且，CEP中的三维网络结构主要由大量C-C、C-O-C和C-N键构成。随着温度的提升，醋酸溶胀体系提供的能量不断增大。当溶胀系统提供的能量超过CEP中化学键的键能，就能实现CEP的断键降解。但由于本溶胀工艺处理条件相对温和，溶胀系统提供能量不足以实现CEP大量断键降解，故当溶胀温度超过160 ℃后降解率增幅放缓。
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溶剂分子可以通过聚合物-溶剂的相互作用来削弱和取代原来聚合物之间的相互作用，从而实现树脂溶胀。Hansen溶度参数(δ)常用于研究不同溶剂对树脂的溶胀效果，δ主要取决于溶剂分子的色散力、极性和氢键作用力。与聚合物具有相似溶度参数的溶剂，能够使聚合物的溶胀程度达到最大[18]。环氧树脂、醋酸、甲醇、乙醇、正丙醇和水的δ分别为19.85~20.46、21.40、29.60、26.50、24.35和47.80 MPa1/2[19]。其中醋酸的溶度参数(21.40 MPa1/2)最接近环氧树脂(19.85~20.46 MPa1/2)，因此，在这些溶剂中醋酸对环氧树脂溶胀能力最强。
醋酸通过氢键作用溶胀CEP机理见图4。醋酸是一种极性溶剂，具有碳基(C=O)和羟基(C-OH)。而CEP是一种交联的聚合物，主要由C-O-C、C-C和C-N键组成。在溶胀过程中，CEP和醋酸之间会通过氢键相吸引。在溶胀过程中通过4种氢键吸引方式促使CEP在醋酸介质中快速充分溶胀[20]。
不同温度条件下所得CEP溶胀产物FTIR图见图5。CEP主要由C-O-C、C-C和C-N键构成。溶胀产物在1 420 cm−1处C–N键和1 031 cm−1处的C–O–C键的峰值强度随溶胀温度的升高逐渐降低。这表明，随着溶胀温度的升高，CEP中C–N键和C–O–C键发生断裂。C–N键(305 kJ·mol−1)和C–O–C键(326 kJ·mol−1)的键能低于C–C键(332 kJ·mol−1)、Ph–O键(358 kJ·mol−1)、Ph–CH2Ph键(378.2 kJ·mol−1)和Ph–CH(CH3)2键(413.8 kJ·mol−1)[21]。因此，C–N键和C–O–C键容易先于其他化学键断裂，会引发树脂轻微降解现象。此外，醋酸还可以提供大量具有催化作用的水合氢离子，以增强对CEP的酸碱催化降解效果[21-22]。
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不同温度条件下溶胀产物厚度对比照片见图6。从图6中可以看出，随着溶胀温度的提升，导致溶胀产物厚度也随之增大。原始CFRP 板的厚度为0.20 cm左右。经140 ℃溶胀处理后，各碳纤维层之间的间隙逐渐变大，但各碳纤维层仍然粘连在一起，溶胀产物厚度增加到0.31 cm左右。经160 ℃溶胀处理后，各碳纤维层之间间隙进一步增大，各碳纤维层可以自动分离，溶胀产物的厚度增加到0.41 cm左右。
原始CFRP和不同温度下溶胀产物的SEM对比图见图7。从图7(a)可以看出，在原始CFRP表面光滑完整，CFRP中的碳纤维均被CEP紧密包裹。但是，当CFRP在140 ℃醋酸中溶胀处理1 h后，在图7(b)中可以观察到，部分长条状树脂从碳纤维之间的缝隙中断裂脱落。这可能是因为在溶胀过程中树脂体积剧烈膨胀，但是碳纤维热变形系数较低，故导致树脂和碳纤维之间的粘接力降低；同时，CEP的过度溶胀和轻微降解会导致树脂内部产生大量裂隙，甚至造成树脂碎裂。另外树脂降解现象可能会导致树脂间产生大量裂隙，从而加速醋酸在CEP内的扩散速度，最终实现CEP的快速溶胀。
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CFRP溶胀产物烘干后的抗弯强度见图8。溶胀产物在烘干过程中，醋酸会逐渐从溶胀树脂中挥发去除，CFRP溶胀产物会再次变硬。原始CFRP的抗弯强度为 604.61 MPa。当温度从100 ℃增加到140 ℃时，溶胀烘干产物抗弯强度从484.22 MPa降至205.57 MPa。WANG等[13]研究发现，醋酸溶胀体系(180 ℃，6 h)对再生碳纤维丝束的拉伸强度影响较小。造成CFRP产物抗弯强度下降的主要原因包括：1) CEP在溶胀和烘干过程中的过度膨胀和收缩导致CEP形成大量裂缝；2) CEP的过度膨胀和收缩致树脂和碳纤维之间的粘附力降低；3)在高温下，起基体作用的CEP发生部分降解。因此，烘干后的CFRP溶胀产物抗弯强度随着溶胀温度的增大不断降低。当溶胀温度≥160 ℃时，溶胀产物抗弯强度均低于设备检出限。
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在100 ~120 ℃条件所得溶胀产物仍具备较高抗弯强度，难以通过机械裁切处理。故本研究主要利用在140 ~220 ℃，溶胀1 h条件下获得的溶胀产物制备新CFRP。剪切产物或分层产物可以重新添加环氧树脂经热压后固化在一起。经测试，分层产物的拉伸强度范围为734.67~745.07 MPa，为原始单层CFRP抗弯强度(759.05 MPa)的96.79%~98.16%。现阶段，所制备CFRP板材可用于一般承重需求，本研究主要对CFRP板材的抗弯强度进行分析。
利用不同温度条件下所得溶胀产物制备CFRP的抗弯强度见图9。利用140 ℃溶胀产物重新制备的CFRP抗弯强度仅为282.28 MPa，为原始CFRP抗弯强度的47%；160 ℃条件下溶胀产物重新制备的CFRP抗弯强度达到388.89 MPa，220 ℃条件下达到537.94 MPa，为原始CFRP的89%。在高温(160~220 ℃)条件下，CEP的溶胀率和降解率进一步增加，会导致CFRP中产生大量裂隙。新添加的液态环氧树脂可以通过这些裂缝渗透到分层产物内部，从而将剪切和分层产物有效粘接起来。但新添加的树脂会造成CFRP中碳纤维质量分数降低，碳纤维质量分数从原来60%降低到40.98%~48.08%。因此，新制备CFRP抗弯强度都较原始CFRP有一定程度的降低。
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1)在温和醋酸溶胀体系中，CFRP中的固化环氧树脂会发生充分溶胀和轻微降解现象，从而导致原本坚硬脆性的CFRP发生软化和分层现象，易于机械裁切。
2)在140 ℃醋酸溶胀体系中溶胀处理1 h，废弃CFRP发生软化现象(溶胀率为78.88%，降解率为4.49%)，在160~220 ℃下发生自动分层(溶胀率为101.54%~147.00%，降解率为9.08%~14.40%)。CEP的溶胀率和降解率随着温度的提升、溶胀时间的延长不断增大。
3) CEP的过度溶胀和轻微降解导致溶胀产物的抗弯强度随着温度的升高不断降低。新添加的环氧树脂能够渗透到溶胀产物的内部，弥补CEP的溶胀或降解所造成抗弯强度的损失。重新制备CFRP的抗弯强度能够达到原始CFRP的47%~89%。
醋酸溶胀回收废弃碳纤维增强聚合物基复合材料
Recycling of waste carbon fiber-reinforced polymer composite by acetic acid swelling method
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摘要: 针对废弃碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)在机械法回收过程中碳纤维长度和强度损失较高的难题，采用醋酸溶胀法改善CFRP机械加工性能，以降低碳纤维长度和强度损失，提高CFRP机械回收产物再利用价值。结果表明，CFRP中的固化环氧树脂(CEP)能够在醋酸介质中快速溶胀并发生轻微降解。CFRP在140 °C醋酸中浸泡1 h会发生软化现象(树脂溶胀率和降解率分别为78.88%和4.49%)，当温度提升至160~220 °C后CFRP会发生分层现象(树脂溶胀率为101.54%~147.00%，降解率为9.08%~14.40%)。这些软化或分层产物易于被机械裁切成细条状、薄片状或其他各种形状。将烘干后的裁切产物或分层产物与适量未固化环氧树脂混合，采用热压法可重新制备CFRP。新制备的CFRP的抗弯强度可达到原始CFRP的47%~89%。本研究结果可为热固性环氧树脂复合材料绿色回收提供参考。Abstract: The losses of carbon fiber length and strength were high during the mechanical recycling process of the waste carbon fiber-reinforced polymer composite(CFRP). In response to this problem, acetic acid swelling method was used to improve the machinability of CFRP in order to reduce the losses of carbon fiber length and strength and improve the reuse value of CFRP mechanical recycled products. The results showed that cured epoxy resin (CEP) in CFRP could be fully swelled and slightly degraded in acetic acid medium. The stiff CFRP became soft in the acetic acid medium at 140 ℃ (swelling ratio and degradation ratio were 78.88% and 4.49%, respectively), and it delaminated into soft single CFRP layers at 160 ℃–220 ℃ within 1 h (swelling ratio and degradation ratio were 101.54%~147.00% and 9.08%~14.40%, respectively). Thus, the swollen CFRP can be easily cut into long strips, large thin slices, or other customized shapes while the length and strength of the carbon fibers were preserved well. The shear and delamination products (after drying) were mixed with uncured epoxy resin and prepared into new CFRP products through hot pressing method. The flexural strength of re-prepared CFRP boards can reach 47%~89% of the original CFRP board. This work can provide a green method for thermosetting composites recycling.
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Key words:
- carbon fiber /
- cured epoxy resin /
- waste composites /
- resin swelling /
- resource utilization
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孟加拉位于亚洲三大经济体中国、印度、东盟交汇处，是中印孟缅经济走廊的重要参与方。随着2013年中缅油气管道开通，孟加拉湾交通线安全对我国能源安全具有重要战略意义，因此，建立与孟加拉新型伙伴关系是我国周边外交的重要内容之一[1]。2016年，习近平总书记访问孟加拉期间，两国签署了《关于建立战略合作伙伴关系的联合声明》，提出“在南南合作框架内加强双、多边合作，为各自推动落实2030年可持续发展议程做出努力”。在“一带一路”倡议下，解决孟加拉重大民生关切、推动绿色“一带一路”建设，对于加强与孟加拉战略合作伙伴关系建设具有重要意义。
1. 孟加拉饮用水砷污染概况
饮用水安全是重要民生问题。长期以来，孟加拉主要以地表水为饮用水源。由于社会经济发展和人口城镇化聚集，地表水逐渐被污染。相对于地表水，地下水可以提供可靠的水量、稳定的水质。孟加拉政府自20世纪70年代起，在国际组织援助下打了数百万口单户地下水井，使大部分人口饮用水源改为地下水，大幅降低了水致疾病的发生。然而，孟加拉的地下水中存在大范围、高浓度的砷污染，这无疑打开了“潘多拉的魔盒”。20世纪90年代末，使用这些管井的居民逐渐表现出砷中毒症状。自1993年首次在饮用水中检出砷以来，全国64个县中的62个县发现砷污染案例，481个乡中的271个乡存在严重砷污染。2000年，世界卫生组织(World Health Organization，WHO)发布的报告指出，孟加拉约有4×107人饮用水砷超标，约2×106人表现出砷中毒症状，近3×105人可能因此患癌症而死亡。饮用水质调查研究发现，孟加拉高砷暴露人口达4.5×107人，每18例成人死亡中的1例为饮用水砷暴露造成[2]。孟加拉农村地区饮用水和灌溉水源97%为地下水，英国地质调查局(British Geological Survey, BGS)和孟加拉公共健康工程局(Department of Public Health and Engineering，DPHE)调查显示，地下水中除砷污染以外，还含有较高浓度的铀、锰、硼、硫化物、氟化物、钼、钡及磷酸盐等污染物[3]。在使用了数十年含砷地下水之后，孟加拉成为世界上饮用水砷污染最严重的国家之一，而饮用水砷污染也被认为是该国“最大的自然灾难”。
2. 孟加拉地下水砷污染来源与形成机制
天然水环境中的砷主要来源于自然界的砷循环转化及人类活动造成的砷污染。其中，前者主要由于局部砷地球化学行为异常而导致固相中的砷通过风化(weathering)、还原溶解(reductive dissolution)[4]、脱附(desorption)[5-6]等作用机制释放至地下水。高砷含水层往往伴随着还原性环境、氧化-还原环境交替、硫化物矿化等水文地质特征[7]，固相中的砷释放至水相通常伴随着体系pH升高[8-9]或氧化还原电位的降低[7]。人类活动引起的砷污染，主要来源于工农业生产过程中直接或间接引入的砷污染源。孟加拉区域性地下水砷污染均为天然过程，而非人为污染造成的。
在孟加拉，砷黄铁矿是砷污染的最主要来源。2000年，BGS的研究显示，孟加拉砷来源于硫化物或金属氧化物的矿层，硫、砷、铁矿被氧化后，释放出溶解性砷和硫酸盐，硫酸盐排放入海，而砷(As(V))则被铁氧化物吸附。这些氧化物是胶体尺度，将在恒河三角洲下游沉积聚集[3]。因此，孟加拉的砷污染问题是含水层沉积物含砷、沉积物中砷释放至地下水、天然地下水循环中砷迁移等综合作用的结果，其中受污染影响最严重的是孟加拉国4个洪泛区漫滩下层的冲积扇。
3. 孟加拉人群砷暴露途径
当人们以受砷污染的水作为农业灌溉水或饮用水水源时，砷元素就有可能通过食物链直接或间接进入人体，进而对健康产生潜在的危害，最终发生急慢性砷中毒现象。毒理学及流行病学的研究表明，长期饮用含砷水会引发神经衰弱、腹泻、呕吐、肝痛等症状，并有可能导致皮肤癌、肺癌、膀胱癌等癌症发病率升高[10-11]。
饮用水是孟加拉人群砷暴露的最主要途径。20世纪90年代初期，孟加拉人口为1.25×108人，大约有8×106个水井或供水点，其中约1×106个为政府的供水点；1996—1997年，第一次进行大规模调查，测试了4.5×104个供水点；以0.05 mg·L−1标准计，砷超标率约为28%。2001年，DPHE和BGS联合开展砷污染调查，测试水井中砷超标率为27%。孟加拉行政建制的农村基层政权机构乌帕齐拉(U Paci La)，辖地约300 km2，有300个左右自然村，人口约2.5×105人。在对272个乌帕齐拉大约4.5×106口水井进行调查后发现，这些水井中砷超标率约为29%；全国调查显示，水井的砷超标率约23%。据统计，孟加拉全国有2.5×109人存在砷中毒风险，且对17 896人的筛查表明，3 695人表现出砷中毒症状，比例高达20.6%。
食物(主食、蔬菜、水果等)等也是孟加拉人群砷污染的重要传播途径。孟加拉水资源总体相对丰富，但在旱季缺水期间，不少地区采用地下水进行农田灌溉。调查显示，岩石中砷含量一般为0.5~2.5 mg·kg−1，土壤中砷含量一般为10~2 470 mg·kg−1。采用含砷地下水灌溉的地区，土壤砷含量可高达83 mg·kg−1，而未被污染的农业表层土中砷浓度平均值为4.64 mg·kg−1[12]。孟加拉国民以大米等为主食，在以含砷地下水为农业灌溉用水时，稻田土壤也被砷污染，导致大米中砷含量升高，从而使得人群砷暴露。调查显示，孟加拉各种主食、蔬菜、水果、海产品等均可能存在不同程度的砷污染，这增大了人群砷暴露风险。如稻米谷粒和豆类中砷质量分数分别为110~200 μg·kg−1，菠菜和洋葱中砷质量分数分别为200~1 500 和50~200 μg·kg−1，土豆和苹果中砷质量分数分别为30~200 μg·kg−1和50~200 μg·kg−1[13]。
4. 孟加拉政府在饮用水砷污染控制方面的努力
1998年，孟加拉府颁布了国家安全饮用水和卫生政策。之后，还制定了多项相关计划和方案。2004年，孟加拉政府制定了《孟加拉砷污染控制政策和行动方案》(National Policy for Arsenic Mitigation & Implementation Plan for Arsenic Mitigation in Bangladesh)；2005年，批准了地方政府与城乡发展部(Ministry of Local Government and Rural Development，LGRD)的部门行动计划(Sector Development Plan, SDP 2005-2015)，并于2011年进一步颁布了修订后的行动计划SDP 2011-2025。
根据这些方案，孟加拉政府提出并实施了具体砷污染控制策略：提高公众对砷污染及其危害的认识；采用现场测试试剂盒测定管井水中砷浓度，开展含砷井水普查；采用红色、绿色对有砷或无砷的井水进行标识；对于高砷水井，倡导更换水源或改用其他低砷水井；提供替代的供水方案；砷中毒患者识别与管理等。
孟加拉政府还积极组织实施了砷污染控制的重大项目，如孟加拉供水项目(Bangladesh Water Supply Program Project, BWSPP)、孟加拉农村地区环境卫生与供水工程、国家农村供水项目、孟加拉环境技术认证-除砷技术(Bangladesh Environmental Technology Verification - Support to Arsenic Mitigation, BETV-SAM)等。过去20多年来，DPHE在全国共安装、提供或分派了大约44.2×104个供水井，其中15.5×104个安装于砷污染地区；实施了300个村级的集中式供水工程，孟加拉政府先后认证许可了6种除砷技术，且安装1.4×104个单户和290个社区除砷过滤器。DPHE后续将在政府相关规划和行动计划支持下，在2.5×105个供水点提供无砷水过滤器。孟加拉大约有3.5×107人受砷污染影响人口，过去25年政府覆盖解决了大约1.6×107人的饮用水安全问题。
此外，孟加拉政府还与国际组织合作开展多个饮用水砷污染控制项目，主要包括SHEWA-B项目和DART项目[13]。1)SHEWA-B项目由英国国际发展部(UK Department for International Development)推动实施，目的在于提高公众对卫生、安全饮用水认识，并有效控制砷污染。该项目目标是建设2.1×104个新型无砷安全饮用水的供水点，其中安全饮用水源包括深层管井、挖掘井、塘或河水过滤器、雨水池和除砷系统等。项目实施超过5年，覆盖31个区超过1 000个聚居点。2)DART项目由加拿大国际发展局(Canadian International Development Agency, CIDA)资助，在26个砷污染严重且缺乏替代水源的地区实施。截至2008年，该项目共安装近2×104个单户型和50个社区型除砷过滤器，受益人口超过1×105人。
20多年来，孟加拉政府及国际社会对孟加拉砷污染治理开展了大量工作，但从根本上控制砷污染仍任重而道远。2015年，孟加拉颁布“安全无砷饮用水规划”，提出在今后15年逐步解决全国饮用水砷污染问题，预计总投资达2.1×1010美元。然而，尽管全世界针对饮用水除砷技术做了大量的研究，但仍缺乏经济、操作方便、适用于发展中国家的可行技术[14]。因此，实现“安全无砷饮用水规划”目标对于孟加拉而言，无疑具有重大挑战。
5. 中国科研团队推进孟加拉饮用水除砷扶贫援外
中国科学院生态环境研究中心在饮用水除砷领域开展了近20年研究、技术开发与工程应用的系统性工作，开发了基于铁锰复合氧化物的非均相氧化-吸附一步法除砷原理、关键技术和核心装备[15-18]，形成了针对村镇、城市等不同规模的饮用水除砷工艺原理和系统化方案，完成数十个农村、城镇和城市饮用水除砷工程建设或水厂强化除砷改造工程，相关技术成果被纳入水利部《村镇供水工程设计规范》、住建部《城镇供水设施建设与改造技术指南》、科技部《水污染治理先进技术汇编》。围绕孟加拉饮用水砷污染重要需求和重大难题，中国科学院-发展中国家科学院水与环境卓越中心(简称水与环境卓越中心)依托中国科学院生态环境研究中心在饮用水除砷领域的成果积累，积极推进在孟加拉的饮用水除砷扶贫工作。水与环境卓越中心多次组织专家团队前往孟加拉与LGRD、DPHE、孟加拉科学和工业研究委员会(Bangladesh Council of Scientific and Industrial Research, BCSIR)、孟加拉工程技术大学(Bangladesh University of Engineering and Technology, BUET)等交流合作，并积极推进孟加拉饮用水除砷援外项目(第一期)。该项目拟采用中国政府援外资金，建设一座处理规模为2×104 t·d−1的除砷水厂。目前，该项目已完成前期采样实验、技术可行性评估和立项建议与批复等工作，并已报送中国驻孟加拉大使馆。
2018年，DPHE派团访问水与环境卓越中心，总结过去20多年孟加拉在控制砷污染方面的经验、成效与不足，提出在后续工作中希望中国科学院重点协助的几方面工作：1)技术转移，引进经济高效、操作方便、运行稳定的除砷技术和设备；2)系统提出涵盖地下水、地表水、雨水等水源的农村供水可行解决方案；3)提出针对农村、城市砷污染地区可持续性的综合解决方案；4)拓展资金来源，解决城市和农村除砷供水系统的投资缺口；5)提高公众认知，开展骨干人员培训；6)研究和评估地下水资源，在保证水质安全的前提下挖掘地下水潜力。
此外，水与环境卓越中心积极推进两国科技文化交流，在中国科学院白春礼院长见证下，与BUET签订双方合作框架协议，推进包括饮用水除砷合作、建设联合实验室等的全方位合作。BUET大学校长ISLAM Saiful教授受聘担任“一带一路”国际科学组织联盟(Alliance of International Science Organization, ANSO)理事会理事。水与环境卓越中心与BUET联合申请ANSO项目，在孟加拉开展村镇饮用水除砷技术示范。目前，双方的合作已逐渐形成了以解决重大民生问题为导向、以科技文化交流合作为基础、以具有自主知识产权核心技术和装备输出为着力点的“一带一路”科技合作模式。
6. 孟加拉砷污染控制策略与方向
近20年，孟加拉政治稳定，政府积极推进并加快市场化与自由化改革，经济得到高速发展。2005年至今，国内生产总值(GDP)增长率始终保持在6%以上。2018年，联合国发展政策委员会宣布，孟加拉国可从“最不发达国家”进入到发展中国家行列。经济的快速发展为孟加拉解决包括饮用水砷污染在内的重大民生问题提供了坚实的基础。
以饮用水砷污染及其健康风险控制为目标，制定科学、合理、有效的砷污染控制策略，对于孟加拉在全国范围内解决饮用水安全等民生问题具有重要意义。制定科学合理的砷中毒防治策略，应全面调查含砷水井和饮用水砷暴露人群，综合考虑饮用水、食物等暴露途径，科学评估砷暴露剂量和健康风险，并采用宣教、预防、控制、治疗等不同手段，有效降低人群砷暴露水平、控制砷中毒风险。在饮用水砷污染控制方面，孟加拉应全面加强含砷水井筛查、标识和高砷水井禁用，综合考虑砷以及共存有毒元素控制，适时提高饮用水砷污染物控制标准，积极引进和开发适合发展中国家的经济高效、可行稳定适用技术和成套装备，合理推进单户分散式向社区集中式、城乡一体式等饮用水除砷供水模式发展，因地制宜规划利用地下水、雨水和地表水等水资源，分区域统筹保障农村、城市饮用水安全和砷污染控制的实施，积极构建技术、装备、运营、监管、绩效评估等协同的饮用水砷污染控制技术体系与运营模式。
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图 1 醋酸溶胀回收废弃CFRP流程图
Figure 1. Recycling procedure of waste CFRP by acetic acid swelling method
图 2 不同处理温度条件下CEP溶胀与烘干产物照片
Figure 2. Photos of CEP swelling and drying products obtained under different treatment temperatures
图 3 不同温度下CEP在醋酸中的溶胀率和降解率
Figure 3. Swelling and degradation ratio of CEP in acetic acid at different temperatures
图 4 醋酸通过氢键作用溶胀CEP机理图
Figure 4. The mechanism of CEP swelled in acetic acid via hydrogen bond interactions
图 5 不同温度处理CEP的FTIR图
Figure 5. FTIR spectra of CEP swelling products obtained at different temperatures
图 6 不同温度条件下溶胀产物厚度对比照片
Figure 6. Thickness comparison pictures of the swelling products obtained at different temperatures
图 7 原始 CFRP 和不同温度溶胀产物的SEM图
Figure 7. SEM images of the original CFRP and the swelling product obtained at different temperature
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