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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),也是實(shí)現(xiàn)廢塑料均質(zhì)化,保證后續(xù)工藝穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和產(chǎn)品穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟
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
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)、ABS、PET塑料的高效識(shí)別,識(shí)別的準(zhǔn)確度高達(dá)97.5%。2021年
,DuanQinyuan等利用近紅外光譜除了上述研究外
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(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,Kenny等利用XRF分選法實(shí)現(xiàn)了PET和PVC塑料的分選。2010年,Bezati等以PP塑料為例,通過(guò)添加不同的稀土氧化物為示蹤劑,提出了一種基于示蹤劑的XRF分選塑料方法。我國(guó)研究人員也在XRF分選塑料方面進(jìn)行了研究,2019年,姜紅利用XRF分選法先后實(shí)現(xiàn)了不同藥品鋁塑包裝片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
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
,Allen等利用Raman光譜實(shí)現(xiàn)了PE,PET,PP,PS,PVC等塑料的高效識(shí)別。2009年,Tsuchida等將高速Raman光譜和多元素分析方法應(yīng)用于在線傳感系統(tǒng)中,成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)回收廠中破碎塑料的高效識(shí)別分類,并通過(guò)判別分析的數(shù)值對(duì)塑料質(zhì)量進(jìn)行分類。隨后,董鵑等利用Raman光譜分選法實(shí)現(xiàn)了食品包裝塑料的分選鑒別總的來(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,從而識(shí)別塑料種類
1998年,Sattmann等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜法
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(shí)現(xiàn)了PP、PVC、聚四氟乙烯(PTFE)、POM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(lái)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
2011年,Serranti等研究并建立了基于波長(zhǎng)范圍為400~1000nm可見(jiàn)-近紅外和1000~1700nm近紅外的高光譜成像分析檢測(cè)技術(shù)
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,Pearse等利用摩擦靜電分選法
隨后
PVC是大宗塑料中帶負(fù)電后電性最強(qiáng)的塑料
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(zhǎng)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)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
2009年
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
、小型化、智能化的分選系統(tǒng),以提高分選技術(shù)的效率、精度以及便捷程度。加大對(duì)溶劑分選技術(shù)的研究
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)。