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廢塑料分選技術(shù)是實(shí)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
,鄒亮,王樹青,徐潤前言
廢塑料的回收再利用主要包括物理(機(jī)械)回收
、化學(xué)回收等。不論是物理回收還是化學(xué)回收,均需要對(duì)廢塑料進(jìn)行一定程度的除雜、清洗、破碎、分選等預(yù)處理,其中,廢塑料的分選相對(duì)復(fù)雜且困難,也是廢塑料預(yù)處理技術(shù)的核心步驟。廢塑料具有成分復(fù)雜的特點(diǎn)
,對(duì)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(dú)立回收再利用;對(duì)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(duì)廢塑料的分離分選要盡量徹底本文詳細(xì)介紹了目前研究較為廣泛的廢塑料分選技術(shù)
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
,常見的塑料密度如表1所示,該技術(shù)的分選效果受塑料的粒度、形狀等因素影響較大。目前,應(yīng)用較為廣泛的密度分選技術(shù)主要是浮沉分選和風(fēng)力分選。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
。這一方法對(duì)密度差異較大的不同種類塑料具有較好的分離效果,但對(duì)密度相近的塑料分離則相對(duì)困難,難以實(shí)現(xiàn)混合廢塑料的分離。同時(shí),該方法受塑料潔凈程度影響較大,且分離過程中會(huì)產(chǎn)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(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(shí)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(shí)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
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
,其中,由于近紅外光譜分選技術(shù)具有速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn),被視為最有商業(yè)化潛力的技術(shù)。1995年,Scott等利用近紅外光譜
,通過識(shí)別PET塑料在波長1660nm和聚氯乙烯(PVC)塑料在波長1716nm的特征吸收峰,實(shí)現(xiàn)了兩類塑料的高效識(shí)別分選。該技術(shù)也被實(shí)際應(yīng)用于破碎的臟瓶子的分選識(shí)別。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(diǎn)。2018年,LiJia等報(bào)道了一種自動(dòng)化的在線識(shí)別分選ABS, PS,PP塑料的技術(shù),該技術(shù)通過自主設(shè)計(jì)的軟件對(duì)1050~1350nm范圍內(nèi)的塑料近紅外光譜進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)分析,配合空氣吹出系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(cè)分析的固體廢棄物分選識(shí)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(shí)現(xiàn)了PP2021年
除了上述研究外
盡管近紅外光譜在對(duì)塑料和木制產(chǎn)品的識(shí)別中得到了應(yīng)用
,但是,由于黑色塑料具有較低的反射系數(shù),沒有明顯的近紅外光譜信號(hào),因此難以通過近紅外光譜分選。2017年,Rozenstein等測(cè)試了234種不同顏色的、透明的塑料樣品以及29種木制和紙質(zhì)樣品的中紅外光譜反射,尤其是識(shí)別了黑色塑料制品的中紅外特征吸收峰,解決了該類塑料由于在近紅外區(qū)檢測(cè)受限而無法識(shí)別的問題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
NationalRecoveryTechnologies公司實(shí)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(duì)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,科學(xué)家們也在Raman光譜分選廢塑料方面進(jìn)行了研究
總的來說
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(duì)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(cè)分析
,從而識(shí)別塑料種類,近年來受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注和研究。1998年
,Sattmann等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜法2011年
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)
,該技術(shù)將光譜技術(shù)與圖像技術(shù)相結(jié)合,通過對(duì)收集到的檢測(cè)物的三維信息進(jìn)行分析從而實(shí)現(xiàn)廢塑料的有效分選。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(cè)技術(shù)
,該技術(shù)可識(shí)別聚烯烴和污染物,并可以用于控制聚烯烴回收工廠的進(jìn)料及聚丙烯、聚乙烯產(chǎn)品的質(zhì)量。 此外,考慮到不同光選技術(shù)的局限性,一些組合的分選方式也被相繼報(bào)道。2017年,Shameem等利用LIBS和Raman相結(jié)合的方法,實(shí)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(jié)合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了33種塑料打包帶的分選。綜上所述
,光學(xué)分選具有信號(hào)信息豐富且易于獲取、特征信號(hào)辨識(shí)度高、方便快捷電分選
廢塑料的電分選是一種應(yīng)用較為廣泛的分選技術(shù)
1978年
,Pearse等利用摩擦靜電分選法,從人工混合的塑料中實(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)了PET和HDPE的高效分離
,研究表明:延長摩擦帶電時(shí)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(chǎng)中實(shí)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="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
2009年
,Achilias等利用溶劑溶解再沉淀技術(shù)實(shí)現(xiàn)了LDPE,HDPE,PP,PS,PVC,PET材質(zhì)的食品、藥品和洗滌劑包裝的回收,同時(shí),該課題組還對(duì)回收料的性質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè),研究表明:回收料與原始材料性質(zhì)基本一致,僅有少數(shù)回收料出現(xiàn)輕微降解。2020年
,Walker等利用溶劑法實(shí)現(xiàn)了PE,EVOH,PET復(fù)合膜的分離,成功得到單一組分的塑料。隨后,Nieminen等利用溶劑法實(shí)現(xiàn)了廢棄藥物包裝中的鋁箔和塑料的分離。近年來,中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司也在塑料的選擇性溶解方面開展了系統(tǒng)的研究。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(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),但隨著化工產(chǎn)品的價(jià)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(shí)整體能耗問題也是該技術(shù)急需解決的主要難點(diǎn)。—6—
結(jié)論和建議
廢塑料預(yù)處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)廢塑料資源化循環(huán)利用的步
針對(duì)上述存在的問題
開發(fā)集成化、小型化
加大對(duì)溶劑分選技術(shù)的研究
開發(fā)梯級(jí)分選技術(shù)。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和不足
綜上所述