據聯合國糧農組織（FAO）數據，全球中密度纖維板（MDF）產量從2001年2 360.82萬m3增加到2023年9 837.82萬m3。隨著MDF產量和應用的增多，人們對于廢纖維板的處理越來越關注。一方面，MDF產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、運輸或庫存產生的報廢，每年生產的MDF中約有25%轉化為廢棄物。現有的廢纖維板回收利用可分為物理回收和生物化學回收兩大類，具體地有分解、閉環回收、回收用于制備增強型復合材料、產熱和熱解等。其中，利用廢MDF生產保溫板和隔音板已大規模生產。

1  物理回收

物理回收特點是廢棄物的閉環回收利用，可分為多個階段，通常從收集和分揀開始，經過壓縮體積，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，可在減壓下通過機械作用實現，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素和半纖維素含量降低有關。另據Bütün-Buschalsk和Mai觀點，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MDF纖維自水解的熱化學過程。在蒸煮處理結束時，進行研磨以機械方式打開木材結構，該過程稱為熱磨。在這項研究中，所得提取物含有高達30%的碳水化合物和高產率纖維。該技術在工業上的延伸有迪芬巴赫公司和Unilin技術公司在Osiris技術上的合作，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）內將電解質溫度升高到100 °C。通過該步驟，從MDF廢料中獲得纖維。與原生纖維相比，再生纖維中細粉數量增加，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。該技術在工業上的延伸有意大利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，并將該技術整合到現有或新的生產過程中。采用該技術的第一家保溫纖維工廠將于2025年在英國投入運營。

原生纖維和廢纖維板再生纖維的化學成分

根據Ihnát和Lübke的綜述，利用回收廢木材（包括MDF）需要進行破碎，所制得的再生纖維長度會變短，從而力學性能降低，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）生產的原材料，采用連續化學分解技術，又稱化學制漿。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，產出率分別為18.4%、23.1%和23.5%。

1.2 閉環回收

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

Roffael等用再生纖維代替33%的原生纖維時，內膠合強度降低了約26%，當添加更多再生纖維時，MDF性能不達標。Moezzipour等人的研究結果也是再生纖維板的性能降低。

另一方面，Bütün Buschalsky和Mai發現，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，閉環回收利用廢纖維板具有很大的潛力，但在循環利用中會持續降低纖維性能，在新產品中添加MDF再生纖維也會降低力學性能。

1.3 轉化為復合材料

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

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

Krause等進行了類似的研究，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的拉伸機械性能。最優值為添加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性能。

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

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

因此，復合材料可成為小批量利用廢纖維板的有效方式。與閉環回收一樣，在循環利用中纖維的性能和其他成分的可持續性會不斷下降。由于異質性混合結構，也會增加回收這類產品的復雜性。

1.4 廢纖維板產熱

可通過燃燒廢纖維板產生熱量和電力，從而產生灰渣、飛灰和煙氣。Grammelis等研究了混合燃燒過程，工業鍋爐中添加廢木材的能效和對排放污染物的影響。發現廢纖維板的熱值（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發電的潛力，因為三聚氰胺降解會持續到燃燒結束，形成更多灰分，灰渣填埋量明顯增加。

Farjana等得出結論，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，廢纖維板表現出生產能源的巨大潛力，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，甲醛會轉移到水中。

2 生物化學回收

與物理回收方法不同，生物化學回收將化合物分解成原料，促進材料的化學結構轉變。與物理方法一樣，也需要先破碎板材。

2.1 熱解

新興技術將廢棄物應用于各種有價值的產品，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，主要在氮氣（N2）或缺氧環境下進行，可分為慢速、快速和瞬間熱解，生成物是分解產生的生物炭、生物油和可燃氣體。慢速熱解的特點是加熱速率低、停留時間長，而快速熱解的特點是在高加熱速率和短停留時間下進行。當目標產物是獲得生物炭時，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）下進行。瞬間熱解的目標產物也是生物油，但在該條件下會產生更粘稠的油，也可能含有固體殘渣，需要后續凈化。

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

MDF熱解的操作條件、用途和主要結論

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

除了生物炭之外，熱解生成物中的生物油和燃氣也是增值產品。據Vuppaladadiyam等人的研究，熱解氣體可用作補充能源，或者回收到反應器中以支持流態化，而生物油可以用作運輸用燃料，也可以作為鍋爐和發電爐中柴油的替代品。生物油還可用作原料，生產化學制品，如酚醛類的樹脂和膠黏劑。在500 ℃下，由MDF熱解產生的焦炭是混合動力的良好燃料。因此，有必要研究MDF熱解產生的生物油和燃氣的熱值，分析技術的經濟可行性。

此外，由于界面化學特性，將生物炭用作吸附劑去除水性基質中的各種污染物，如金屬、染料、有機化合物等。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。同樣需要指出，生物炭的吸附能力取決于其結構性質、界面化學和溶質類型。另一方面，Ferreira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器類型和操作條件有關，尤其是采用氮氣保護時。根據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面影響，尤其是當原料在CO2等反應性氣體中熱解時。

根據Ferreira等的研究，熱解廢纖維板灰分低，揮發物含量高，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，這些成分影響環境。

熱解可以轉化為不同用途的增值產品。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，還需評估經濟可行性。

相應地，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（見表3）。纖維素質量損失峰出現在355 ℃，在500 ℃時質量損失約92%，這是一種吸熱反應。另一方面，木質素熱解是放熱反應，在整個過程中緩慢地失去質量。半纖維素介于兩者之間。在150～500 °C的溫度范圍內，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量損失

Seah等提出，通過協同熱解（具有兩種或多種原料）最大限度地減少對環境的影響，并實現循環生物經濟，以實現不同廢棄物之間的協同作用。對稻草質量占比25%和MDF占比75%進行協同熱解后，獲得最佳的高熱值為22.13 MJ/kg、能源產率為99.60%。

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

2.2 酶解

采用酶法水解生物質可分餾獲得木質纖維素和單糖。目前尚未發現關于MDF酶解的文獻報道，但有對其他木質廢棄物的研究。因此，認為MDF存在酶解的潛力。表4顯示了有關木質纖維素廢棄物酶解的文獻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）。同時需要進行預處理，暴露出纖維，促進酶發揮作用。

據研究，去除木質素是提純纖維素的關鍵步驟，也是提高纖維素酶消化葡萄糖效率所必需的。一些學者研究了預處理技術：蒸汽輔助堿處理、酸處理、低共熔溶劑處理、超聲輔助乙醇協同低共熔溶劑處理、離子液體處理。也有研究者認為，不推薦使用涉及無機酸和堿的預處理，因為會腐蝕設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。通過酶解生物質可獲得工業用化工品，如乙醇生產、丁醇生產、制氫和可發酵糖。

酶水解的主要優點在于水解酶具有選擇性且作用于特定物質，如表4所示，使用的是纖維素酶，用于水解纖維素。但由于是有機物質，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，發酵過程涉及微生物的作用，所制產品性能受環境條件的影響。因此，應調查MDF與脲醛樹脂相關的毒性。

顯然，不能僅為了回收MDF而酶解，但可作為循環經濟的一種策略，因為MDF可作為木質素、纖維素和半纖維素的重要來源。這些物質還可以轉化為可發酵糖（單體），這是發酵生物制品的主要原料，如生物質乙醇和生物質丁醇。但有個缺點，木質素是復雜的高分子，通常需要預處理分解成小分子。因此，只有分析MDF生命周期，才能提供技術經濟可行性的更多信息。

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生排放物，需要仔細評估一些回收方案，例如使用廢纖維板進行產熱或熱解。這些物質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。

即使回收只使用環保材料生產的MDF，對產品特性至關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，而且在后續的加工中（如機械力、化學品、溫度和壓力等）會加劇纖維性能降低。在閉環回收中存在連續分解，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新板材的限制因素，但在熱解、酶解甚至復合材料或隔熱材料的生產中沒有任何障礙。

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

未來廢纖維板經濟有效和持續性回收利用，需實現兩點：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保，成本合理。