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廢塑料分選技術(shù)是實現(xiàn)廢塑料高效循環(huán)利用的重要環(huán)節(jié),也是實現(xiàn)廢塑料均質(zhì)化
來源:期刊-石油煉制與化工 2023年10月 第54卷第10期
作者:李程皓
前言
廢塑料的回收再利用主要包括物理(機(jī)械)回收
廢塑料具有成分復(fù)雜的特點,對于物理回收
,再利用前需要分成組分盡量單一的塑料,然后再根據(jù)不同種類塑料的性質(zhì)進(jìn)行獨立回收再利用;對于化學(xué)回收,尤其是應(yīng)用較為廣泛的熱解技術(shù)回收法,廢塑料需要預(yù)先去除含鹵素的塑料,以確保產(chǎn)品的品質(zhì)并降低生產(chǎn)設(shè)備的安全隱患,這就要求對廢塑料的分離分選要盡量徹底。傳統(tǒng)的分選方式主要是人工分選,這種方法對分選人員的要求較高,需要具有豐富的經(jīng)驗,分選效率相對較低且人工成本較高。盡管目前人工分選仍無法被完全取代,但是,通過科學(xué)家們的不懈努力,廢塑料的分選技術(shù)也取得了一些進(jìn)展,磁選、超臨界流體分選等方法被相繼開發(fā)出來。本文詳細(xì)介紹了目前研究較為廣泛的廢塑料分選技術(shù),對密度分選
、光學(xué)分選、電分選、溶劑分選的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)綜述密度分選
密度分選是依據(jù)不同種類塑料的密度差異進(jìn)行分類的方法
2.1
浮沉分選
浮沉分選主要利用的是不同種類塑料在同一種溶劑中的浮力差異而進(jìn)行分選的方法
表2密度法常用的溶液
、溶劑密度及適用分選塑料2.2
風(fēng)力分選
風(fēng)力分選是根據(jù)不同塑料密度、形狀
、粒度的差異,造成其在氣流中飄移的距離不同而進(jìn)行分選的一種方法。這一方法不但可以實現(xiàn)密度差別較大的塑料的分離,還可以較好地除去塑料中密度較大的金屬或石沙。但是,由于受到混合塑料破碎粒度的差異或添加劑導(dǎo)致的密度變化等因素的影響,風(fēng)力分選的精度較低,誤差較大。為了提高分選精度,風(fēng)力分選往往需要與其他分選技術(shù)相結(jié)合,以實現(xiàn)不同塑料的高效分離。目前,風(fēng)力分選的設(shè)備主要有風(fēng)力分選機(jī)和分離搖床。其中,風(fēng)力分選機(jī)主要包括立式、臥式、渦流式風(fēng)力分選機(jī)。光學(xué)分選
光學(xué)分選是廢塑料分選環(huán)節(jié)中重要的方式之一,主要利用不同種類塑料的光譜差異進(jìn)行分選
。目前,光學(xué)分選主要包括紅外光譜分選法、X射線熒光分選法(XRF分選法)、Raman光譜分選法、激光誘導(dǎo)擊穿光譜分選法(LIBS分選法)、高光譜成像技術(shù)分選法(HSI分選法)等,是塑料分選技術(shù)的主要研究方向之一。3.1
紅外光譜分選法
紅外光譜分選法是目前廣泛研究的技術(shù)之一,包括近紅外光譜分選和中紅外光譜分選
1995年,Scott等利用近紅外光譜
ABS,PS,PP的物理、化學(xué)性質(zhì)相近
,一直以來是塑料分離的難點。2018年,LiJia等報道了一種自動化的在線識別分選ABS, PS,PP塑料的技術(shù),該技術(shù)通過自主設(shè)計的軟件對1050~1350nm范圍內(nèi)的塑料近紅外光譜進(jìn)行在線動態(tài)分析,配合空氣吹出系統(tǒng),實現(xiàn)了對分離難度較大的ABS,PS,PP混合塑料的高效分離,分離精準(zhǔn)度更高可達(dá)99%。隨后,ZhuShichao等開發(fā)了一套基于近紅外光譜檢測分析的固體廢棄物分選識別系統(tǒng)
,結(jié)合PCA-SVM(主成分分析-支持向量機(jī))分類模型,實現(xiàn)了PP、PS、PE、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ABS、PET塑料的高效識別,識別的準(zhǔn)確度高達(dá)97.5%。2021年,DuanQinyuan等利用近紅外光譜
,提出了一種PCA、SVM、線性判別(LDA)和偏最小二乘法判別分析(PLS-DA)相結(jié)合的測試分析方法,實現(xiàn)了對PET、高密度聚乙烯(HDPE)、PVC除了上述研究外,近紅外光譜也被應(yīng)用于報廢的電子電器設(shè)備(WEEE)塑料的分類
盡管近紅外光譜在對塑料和木制產(chǎn)品的識別中得到了應(yīng)用
3.2
X射線熒光分選法(XRF分選法)
X射線熒光分選法是利用X射線照射塑料
,激發(fā)目標(biāo)原子,隨后激發(fā)的離子返回基態(tài),產(chǎn)生熒光光譜從而實現(xiàn)分選的方法NationalRecoveryTechnologies公司實現(xiàn)了XRF分選塑料的商業(yè)化
綜上所述,XRF分選技術(shù)是一種分選PVC的高效方法
3.3
Raman光譜分選法
Raman光譜分選法是通過對光照射在塑料樣品上所激射的與入射光頻率不同的其他頻率光的分析,獲得樣品特征峰的位置和強(qiáng)度信息
近年來
總的來說,Raman光譜分選法具有對樣品無破壞性
3.4
激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)分選法
激光誘導(dǎo)擊穿光譜分選法通過對受強(qiáng)激光照射的塑料表面產(chǎn)生的等離子體所發(fā)出的光譜頻率和強(qiáng)度進(jìn)行檢測分析
1998年
2011年
,Boueri等利用240~820nm譜帶的激光誘導(dǎo)擊穿光譜法,結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,實現(xiàn)了PP、PVC、聚四氟乙烯(PTFE)綜上所述
3.5
高光譜成像技術(shù)(HIS)分選法
高光譜成像技術(shù)分選法是近些年發(fā)展起來的一種新型分選技術(shù)
2011年
綜上所述
,光學(xué)分選具有信號信息豐富且易于獲取、特征信號辨識度高、方便快捷、靈敏可靠、對樣品無破壞性等特點,被廣泛應(yīng)用和推廣,但是大多光學(xué)分選也存在對深色塑料識別困難等缺陷,因此需要配合顏色分選裝置一同使用。電分選
廢塑料的電分選是一種應(yīng)用較為廣泛的分選技術(shù)
,該技術(shù)是通過外加高壓電或摩擦的方式使廢塑料帶電,由于不同塑料的電性和所帶電量不同,從而完成廢塑料分離。研究表明,常見塑料由負(fù)到正的帶電順序為:PTFE、PVC、PET、PP1978年
,Pearse等利用摩擦靜電分選法,從人工混合的塑料中實現(xiàn)了PA-66的分選,產(chǎn)品純度高達(dá)96%,但產(chǎn)品回收率僅60%~70%。隨后,Inculet等利用摩擦起電的方式實現(xiàn)了4種商業(yè)化塑料(PMMA,PE,PVC,PA)的分選
,研究結(jié)果表明:該方法對于上述塑料均具有很好的分選效果,分選后的塑料純度大于95%,塑料回收率大于98%。PVC是大宗塑料中帶負(fù)電后電性最強(qiáng)的塑料,根據(jù)這一特性
,電分選技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于PVC廢塑料的分選過程中。2009年,Jeon等利用摩擦靜電分離方法對通信電纜廢料中的PVC和橡膠進(jìn)行了分選,PVC回收率可達(dá)95.0%。2022年,Lyskawinski等利用電選方法實現(xiàn)了PET和HDPE的高效分離
,研究表明:延長摩擦帶電時間至5min可以有效提升塑料的分選效率。ChilworthTechnology公司也利用該技術(shù),在外加電場中實現(xiàn)了廢舊PVC和PET的分離,更高分離度可達(dá)。總的來說,電分選具有污染性?div id="d48novz" class="flower left">
—5—
溶劑分選
溶劑分選法是近年來被廣泛研究的一種廢塑料分選方法
,該技術(shù)主要利用不同種類塑料在同種溶劑中的溶解度差異,實現(xiàn)不同種類廢塑料的分離回收。目前,對于溶劑的選擇主要遵循相似相溶原則、溶解度參數(shù)相近原則等2009年
2020年,Walker等利用溶劑法實現(xiàn)了PE,EVOH,PET復(fù)合膜的分離
通過溶劑分選的方法分選廢塑料具有產(chǎn)品適應(yīng)性好、分選后的塑料質(zhì)量高
、操作簡單等優(yōu)勢,但隨著化工產(chǎn)品的價格日益增長,溶劑成本也不斷增加,經(jīng)濟(jì)性問題突出,同時整體能耗問題也是該技術(shù)急需解決的主要難點。—6—
結(jié)論和建議
廢塑料預(yù)處理技術(shù)是實現(xiàn)廢塑料資源化循環(huán)利用的步
,而廢塑料分選技術(shù)是預(yù)處理技術(shù)的核心步驟,也是保證廢塑料高值化再利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著科技的不斷進(jìn)步以及我國對環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大,廢塑料分選技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是,現(xiàn)有技術(shù)普遍存在分選精度與經(jīng)濟(jì)性難以兼顧、單一分選技術(shù)效率仍有待提高、組合式分選工藝集成化程度不高等問題,極大地限制了廢塑料的循環(huán)再利用進(jìn)程。針對上述存在的問題,未來可從以下幾個方面開展研究以進(jìn)一步提升塑料分選技術(shù):
開發(fā)集成化
、小型化、智能化的分選系統(tǒng),以提高分選技術(shù)的效率加大對溶劑分選技術(shù)的研究。溶劑分選具有操作簡單
開發(fā)梯級分選技術(shù)
綜上所述