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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(lái)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
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
廢塑料具有成分復(fù)雜的特點(diǎn)
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(jiàn)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(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
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
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
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
1995年
,Scott等利用近紅外光譜,通過(guò)識(shí)別PET塑料在波長(zhǎng)1660nm和聚氯乙烯(PVC)塑料在波長(zhǎng)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(lái)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(guò)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(kāi)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PP、PS、PE、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ABS2021年
除了上述研究外
,近紅外光譜也被應(yīng)用于報(bào)廢的電子電器設(shè)備(WEEE)塑料的分類。綜上所述,近紅外光譜分選法是一種可靠成熟的混合廢塑料分選技術(shù),法國(guó)SydelEnsemblierIndustriel公司開(kāi)發(fā)的DIBOP系統(tǒng)就是利用近紅外光譜實(shí)現(xiàn)了PVC,PET,HDPE塑料瓶的分選。 隨后,更加方便快捷的手持式近紅外光譜儀也相繼被研發(fā)出來(lái),并被廣泛應(yīng)用于塑料分選。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(méi)有明顯的近紅外光譜信號(hào),因此難以通過(guò)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(wú)法識(shí)別的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)PET、PE、PVC、PP、PLA(聚乳酸)、PS等廢塑料的分選。此外,Kassouf等也利用中紅外光譜,結(jié)合獨(dú)立組分分析(ICA),以度實(shí)現(xiàn)了對(duì)PET,PE,PP,PS,PLA塑料的高效分選。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(shí)現(xiàn)分選的方法。1994年NationalRecoveryTechnologies公司實(shí)現(xiàn)了XRF分選塑料的商業(yè)化
,該公司利用X射線檢測(cè)確認(rèn)PVC制品后,通過(guò)空氣將檢測(cè)到的PVC塑料吹出,成功從塑料混合物中分離出PVC塑料。這臺(tái)機(jī)器被稱為Vinylcycle,是世界上臺(tái)光電分選機(jī)。綜上所述
,XRF分選技術(shù)是一種分選PVC的高效方法,但是對(duì)于被其他塑料制品覆蓋的PVC塑料仍難以被檢測(cè)。集成化、小型化是目前儀器的發(fā)展方向,手持式X射線熒光光譜分選設(shè)備也被開(kāi)發(fā)出來(lái),2023年,Chaine等對(duì)該儀器在WEEE塑料[以整個(gè)平板顯示設(shè)備(FPD)塑料外殼為例]工業(yè)化分選方面進(jìn)行了研究。綜上所述,XRF分選法是一種快速、無(wú)損且有效的分選技術(shù)。3.3
Raman光譜分選法
Raman光譜分選法是通過(guò)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,獲得樣品特征峰的位置和強(qiáng)度信息
,經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的Raman譜圖進(jìn)行對(duì)比,確定塑料種類,實(shí)現(xiàn)塑料的分選工作。近年來(lái)
,科學(xué)家們也在Raman光譜分選廢塑料方面進(jìn)行了研究。1999年總的來(lái)說(shuō)
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(guò)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
1998年
2011年,Boueri等利用240~820nm譜帶的激光誘導(dǎo)擊穿光譜法
綜上所述,LIBS分選法具有分析快
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(lái)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(hào)信息豐富且易于獲取
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(guò)外加高壓電或摩擦的方式使廢塑料帶電
1978年
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(guò)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2022年
總的來(lái)說(shuō)
—5—
溶劑分選
溶劑分選法是近年來(lái)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
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(lái),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(kāi)展了系統(tǒng)的研究。通過(guò)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(zhǎng),溶劑成本也不斷增加,經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題突出,同時(shí)整體能耗問(wèn)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,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(guó)對(duì)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(wèn)題,極大地限制了廢塑料的循環(huán)再利用進(jìn)程。針對(duì)上述存在的問(wèn)題
,未來(lái)可從以下幾個(gè)方面開(kāi)展研究以進(jìn)一步提升塑料分選技術(shù):開(kāi)發(fā)集成化
加大對(duì)溶劑分選技術(shù)的研究。溶劑分選具有操作簡(jiǎn)單
,塑料分離徹底、回收塑料質(zhì)量高等特點(diǎn),且回收料可進(jìn)一步作為原料進(jìn)行造?div id="d48novz" class="flower left">開(kāi)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,結(jié)合混合廢塑料自身的特性,對(duì)不同的分選技術(shù)進(jìn)行整合,提升分選效率,降低能耗,將分選技術(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮至更大化。綜上所述,開(kāi)發(fā)高效
、精準(zhǔn)度高、經(jīng)濟(jì)性佳且節(jié)能環(huán)保的廢塑料分選技術(shù)仍是未來(lái)需要研究、深耕的方向。新型、高效的廢塑料分選技術(shù)也將極大地促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,助力“雙碳”目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)。