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廢塑料分選技術是實現(xiàn)廢塑料高效循環(huán)利用的重要環(huán)節(jié)
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(機械)回收
廢塑料具有成分復雜的特點
,對于物理回收,再利用前需要分成組分盡量單一的塑料,然后再根據不同種類塑料的性質進行獨立回收再利用;對于化學回收,尤其是應用較為廣泛的熱解技術回收法,廢塑料需要預先去除含鹵素的塑料,以確保產品的品質并降低生產設備的安全隱患,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,通過科學家們的不懈努力,廢塑料的分選技術也取得了一些進展,磁選、超臨界流體分選等方法被相繼開發(fā)出來。本文詳細介紹了目前研究較為廣泛的廢塑料分選技術
,對密度分選、光學分選、電分選密度分選
密度分選是依據不同種類塑料的密度差異進行分類的方法,常見的塑料密度如表1所示
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行分選的方法。這一方法對密度差異較大的不同種類塑料具有較好的分離效果
,但對密度相近的塑料分離則相對困難,難以實現(xiàn)混合廢塑料的分離。同時,該方法受塑料潔凈程度影響較大,且分離過程中會產生廢水。目前密度法常用的溶液、溶劑密度及適用分選塑料如表2所示。表2密度法常用的溶液、溶劑密度及適用分選塑料
2.2
風力分選
風力分選是根據不同塑料密度
、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致的密度變化等因素的影響,風力分選的精度較低,誤差較大。為了提高分選精度,風力分選往往需要與其他分選技術相結合,以實現(xiàn)不同塑料的高效分離。目前,風力分選的設備主要有風力分選機和分離搖床。其中,風力分選機主要包括立式、臥式、渦流式風力分選機。光學分選
光學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行分選。目前,光學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、激光誘導擊穿光譜分選法(LIBS分選法)、高光譜成像技術分選法(HSI分選法)等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之一
1995年
ABS,PS,PP的物理
、化學性質相近,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,該技術通過自主設計的軟件對1050~1350nm范圍內的塑料近紅外光譜進行在線動態(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,分離精準度更高可達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),結合PCA-SVM(主成分分析-支持向量機)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,識別的準確度高達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)相結合的測試分析方法除了上述研究外
盡管近紅外光譜在對塑料和木制產品的識別中得到了應用,但是
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)目標原子
NationalRecoveryTechnologies公司實現(xiàn)了XRF分選塑料的商業(yè)化
綜上所述
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
近年來
總的來說
3.4
激光誘導擊穿光譜(LIBS)分選法
激光誘導擊穿光譜分選法通過對受強激光照射的塑料表面產生的等離子體所發(fā)出的光譜頻率和強度進行檢測分析,從而識別塑料種類
1998年,Sattmann等利用激光誘導擊穿光譜法
2011年,Boueri等利用240~820nm譜帶的激光誘導擊穿光譜法
,結合人工神經網絡算法,實現(xiàn)了PP、PVC、聚四氟乙烯(PTFE)綜上所述,LIBS分選法具有分析快
3.5
高光譜成像技術(HIS)分選法
高光譜成像技術分選法是近些年發(fā)展起來的一種新型分選技術
2011年
,Serranti等研究并建立了基于波長范圍為400~1000nm可見-近紅外和1000~1700nm近紅外的高光譜成像分析檢測技術,該技術可識別聚烯烴和污染物,并可以用于控制聚烯烴回收工廠的進料及聚丙烯、聚乙烯產品的質量。 此外,考慮到不同光選技術的局限性,一些組合的分選方式也被相繼報道。2017年,Shameem等利用LIBS和Raman相結合的方法,實現(xiàn)了PET,PE,PP,PS塑料的分選。2019年,馬梟等利用XRF與紅外光譜法相結合的技術實現(xiàn)了33種塑料打包帶的分選。綜上所述,光學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,被廣泛應用和推廣,但是大多光學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用較為廣泛的分選技術,該技術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,產品純度高達96%,但產品回收率僅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是大宗塑料中帶負電后電性最強的塑料
,根據這一特性,電分選技術也被廣泛應用于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和橡膠進行了分選,PVC回收率可達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,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。總的來說
,電分選具有污染性?div id="4qifd00" class="flower right">—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2009年,Achilias等利用溶劑溶解再沉淀技術實現(xiàn)了LDPE,HDPE,PP,PS,PVC,PET材質的食品
2020年
通過溶劑分選的方法分選廢塑料具有產品適應性好
、分選后的塑料質量高、操作簡單等優(yōu)勢,但隨著化工產品的價格日益增長,溶劑成本也不斷增加,經濟性問題突出,同時整體能耗問題也是該技術急需解決的主要難點。—6—
結論和建議
廢塑料預處理技術是實現(xiàn)廢塑料資源化循環(huán)利用的步,而廢塑料分選技術是預處理技術的核心步驟
,也是保證廢塑料高值化再利用的關鍵環(huán)節(jié)。隨著科技的不斷進步以及我國對環(huán)境保護力度的不斷加大,廢塑料分選技術也得到了突飛猛進的發(fā)展。但是,現(xiàn)有技術普遍存在分選精度與經濟性難以兼顧、單一分選技術效率仍有待提高、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一步提升塑料分選技術:開發(fā)集成化
加大對溶劑分選技術的研究
開發(fā)梯級分選技術
綜上所述,開發(fā)高效