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塑料回收中的再生材料技术

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塑料回收中的再生材料技术
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编辑时间 : 2020-06-04

  


  世界合成树脂产量已达到2亿吨,大量消耗后的塑料处理已成为保护地球环境的热点。目前,处理消费后塑料有几种方法:1填埋法:2焚烧法:3堆肥法;4.回收和再生;5使用可降解塑料。

  塑料回收方法

  塑料回收后的再生方法包括:熔融再生、热裂解、能量回收、化学原料回收等方法。

  (1)熔化、再生、熔化和再生是对废塑料进行再加热和塑化以利用它们的方法。无锡废旧物资回收从废塑料的来源来看,这种方法可分为两类:一类是回收从树脂厂和加工厂的边角料中回收的清洁废塑料;第二是各种塑料产品混合在一起使用后的回收。前者称为纯再生,可以生产出性能更好的塑料制品。后者被称为复合再生。一般来说,只能制备性能要求相对较差的塑料产品,回收过程更加复杂。

  (2)热裂解热裂解法是从选定的废塑料中通过热裂解制备燃料油和燃气的方法。

  (3)能量回收能量回收是一种利用废塑料燃烧产生的热量的方法。

  (4)回收化工原料、部分塑料,在合成过程中通过水解加入聚氨酯获得原料单体。这是一种通过化学分解成化学原料来回收废塑料的方法。

  (5)除了上述回收废塑料的方法外,还有各种使用废塑料的方法,如粉碎废聚苯乙烯泡沫塑料并将其混入土壤中以改善土壤的保水性、通风性和排水性,或将其与作为填料的水泥混合制成轻质混凝土,或添加粘合剂将其压制成垫层材料等。

  塑料的回收再利用和塑料固体废弃物的处理

  以石油和煤为原料生产塑料来替代天然高分子材料经历了一个艰难的过程。目前,整整一代杰出的化学家都在努力实现塑料优异的物理化学性能和耐久性。塑料以其重量轻、经久耐用、外形美观、价格低廉等特点取代了大量的传统包装材料,为包装行业的一场革命做出了贡献。然而,出乎意料的是,正是塑料的这些优异性能产生了大量耐用且无腐蚀性的塑料废料。大量废弃的塑料包装已经成为对环境的主要危害。主要原因是这些塑料废物难以处理,不能分解成灰尘。在现有的城市固体废物中,塑料的比例已经达到15%-20%,而且大部分都是一次性的著名塑料包装产品。塑料废物的处理不仅是塑料工业的一个问题,而且现在已经成为国际社会的一个公害。

  为了满足保护地球环境的需要,世界塑料加工业发展了许多新的环保技术。在节约资源方面,主要是提高产品的耐老化性,延长其使用寿命,使其多功能化,并对产品进行适当的设计。在资源再利用方面,主要研究塑料废弃物的高效分离、分离技术、高效熔融回收技术、化学回收技术、完全生物降解材料、水溶性材料、可食性膜。在减量技术方面,主要研究废塑料压缩减容技术和薄膜袋装容器技术。在保证应用性能的前提下,产品应尽可能的薄化。在氯氟化碳替代品的开发中,主要研究二氧化碳发泡技术。在替代品的研究中,主要发展聚氯乙烯和PVDC替代品。目前,垃圾填埋、焚烧和回收是处理城市固体塑料垃圾的三种主要方法。由于国情不同,不同的国家有不同的做法,美国主要是填埋,欧洲、日本主要是焚烧。采用填埋处理,因为塑料的质量一般较轻,不易腐烂,这将导致填埋场成为一个软地基,今后将难以使用。由于塑料的高热值,焚烧很容易损坏炉子。此外,焚烧后产生的气体会加剧全球变暖。一些塑料在焚烧过程中也会释放有害气体,污染大气。由于劳动密集型、回收成本高以及缺乏相应的回收渠道,回收仅占全球塑料消费总量的15%左右。然而,由于世界石油资源有限,从节约地球资源的角度来看,塑料的回收具有重要意义。为此,世界各国都投入了大量的人力物力来开发各种回收废旧塑料的关键技术,并致力于降低塑料回收成本和开发合适的应用领域。


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  热量回收方法

  大多数塑料使用石油作为原料,主要成分是碳氢化合物,可以燃烧。例如,聚苯乙烯比染料油燃烧更多的热量。一些专家认为,将塑料垃圾送入焚化炉燃烧可以为加热或发电提供热量,因为86%的石油染料是直接燃烧的,只有4%被制成塑料制品。当热能燃烧时,塑料用完后再送出去是正常的。热能的使用是塑料回收的最后方法之一,不可低估。然而,许多环保团体反对燃烧塑料。他们认为这种燃烧方法会燃烧所有杂乱的化学物质,从而产生有毒气体。例如,聚氯乙烯的一半是氯。燃烧过程中释放的氯具有很强的腐蚀性破坏力,是导致二恶英的罪魁祸首。

  目前,德国每年有20万吨聚氯乙烯废料,其中30%被焚烧在焚化炉中,造成恐慌。法律必须对此制定对策。德国联邦环境署规定,所有焚烧炉必须满足每立方米废气不超过0.1纳克的限制。虽然德国的焚烧炉空气污染标准在世界上被公认为高标准,但它仍然不敢说燃烧法不会因机械故障而释放有害物质。因此,可以预见,各国环保组织仍将强烈反对焚烧法回收热能。

  分类回收法

  作为塑料回收,最重要的是分类。普通塑料包括聚苯乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯等。普通人很难区分这些塑料之间的区别。目前大多数塑料分拣工作都是手工完成的。江苏厂房拆除最近,机器分类有了新的研究进展。一个德国化学科技协会发明了红外线来识别类别,这是快速和准确的,但分拣成本相对较高。

       化学还原法

  研究人员开始尝试提取塑料中的化学成分进行再利用。所采用的工艺方法是切断聚合物的长链以恢复其原有性能,并且裂解的原料可用于制造新的塑料。一些方法是添加化学元素来促进结合的碳原子的化学裂解,或者添加能量来促进它们的热裂解。

  德国拜耳公司开发了一种水解化学还原法来裂解PUC海绵垫。试验证明,化学还原法在技术上是可行的,但它只能用于处理清洁塑料,如生产过程中产生的角粉和其他塑料废料。然而,被家庭中使用的其他污染物污染的塑料很难通过化学分解进行处理。这种还原方法的应用要到21世纪才会使用水解法来处理废物。一些新的化学分解方法仍在研究中。美国福特汽车公司目前正在将酯分解法应用于汽车废塑料部件的处理。

  伦斯理工学院开发了一种可以分解塑料垃圾的解决方案。这种专利解决方案与六种不同类型的塑料混合在一起加热。在不同的温度下,可以分别提取6种聚合物。在实验中,聚苯乙烯塑料碎片和相关溶液在室温下混合成溶解状态,然后被送到密封容器中加热,然后被送到具有较低压力的“闪蒸室”。溶液迅速蒸发(手可以回收),剩下的是可以重复使用的纯聚苯乙烯。

  据说研究中使用的净化装置每小时可以净化1公斤聚合物。纽约州政府和尼亚加拉莫霍克电力公司正计划联合建造一个小型试点工厂。投资者称,工厂建成后,每小时可以回收4吨聚合物原料。其成本仅为生产原料的30%,具有非常明显的商业价值。

  氢化分解法

  许多专家认为氢化可以用来处理混合塑料产品。将混合后的塑料碎片放入氢气反应炉中,通过施加特定的温度和电流压力,可以生成合成原油、气体等原料。该处理方法可用于处理聚氯乙烯废弃物,具有不产生有毒二噁英和氯的优点。根据不同的塑料成分,用这种方法处理的混合塑料制品的60%-80%可以转化为合成原油。德国、巴斯夫和其他国家的三家化学公司在一份联合研究报告中指出,加氢是热裂解的最佳方法,所得原油质量好,可用于炼油。

  位于列克星敦的肯塔基大学发明了一种将废塑料转化为高质量塑料燃料油的方法。这种方法生产的燃料很像原油,甚至比原油更轻,更容易提炼成高辛烷值的燃料油。用废塑料生产的燃料油不含硫,杂质很少。塑料和煤用类似的方法液化。而且可以生产高质量的燃料油。

  研究人员将各种塑料与沸石催化剂、四氢化萘等混合。然后把它们放入一个叫做“管式炸弹”的反应炉中,用氢气加压并加热,将大分子塑料分解成更小分子量的化合物,这一过程类似于原油处理中的组合。处理后的废塑料出油率很高,聚乙烯塑料瓶的出油率可达88%。当废塑料和煤以大约11的比例混合和液化时,可以获得更高质量的燃料油。在评估了这种工艺方法的经济效益后,估计从废塑料生产燃料油将在5-10年内转化为高炉效益。目前,德国已经开始建造一个反应堆,希望在博特普每天生产200吨塑料燃料。

  降级设计方法

  设计产品时,研发部门会考虑回收和拆卸的需要。对于适合在美国回收的材料,考虑的焦点不是哪种塑料最适合制造单个零件,而是可以广泛使用的材料。这是观念上的革命性变化。

  为了便于回收,设计师开始在设计产品时避免使用各种塑料。宝马计划在新车设计中减少40%的塑料种类,以促进废旧塑料的回收利用。汽车工业之所以减少使用塑料的种类并在设计中考虑附加费,主要是为了赢得重视环境保护和被消费者欣赏的良好形象。目前,这种设计理念正在逐渐影响整个塑料加工行业。

  然而,各领域的努力仍未能消除目前市场上使用的20种塑料中的任何一种。毕竟,产品的多样性导致塑料类型的不断变化,例如,用于生产电子计算机的塑料不同于用于生产汽车的塑料。

  为此,专家建议制定相关回收标准,规定特殊行业只能使用指定材料,否则无法控制有效回收。电子和汽车行业已经开始制定这样的标准。

  世界电子电气市场非常重视废旧塑料的回收利用。国际商用机器公司(IBM)已经开始标记计算机和商用机器的塑料部件,并正在开发可回收塑料电子部件和简化拆卸设备的产品结构。与此同时,它还在考虑消除部件的表面着色,控制塑料添加剂的外部粘合剂的量,并减少使用不可回收的工艺部件和附加部件。废弃汽车零部件的回收利用也取得了很大进展。许多国家将可回收和易于回收作为汽车塑料零件原材料选择和产品设计的先决条件。一些国家已经为汽车塑料部件制定了有效的标准回收编号和回收计划,并正在考虑开发一个有助于拆卸和分类汽车塑料的统一标识系统。欧洲、美国和其他国家也在研究化学解聚来回收汽车塑料。

  生物降解方法

  在积极发展塑料回收技术的同时,生物降解的研究和开发已经成为全世界塑料加工行业的研究热点。研究人员希望开发一种可以在微生物环境中降解的塑料,以应对大量一次性塑料,特别是塑料薄膜和多包装废物对农田、森林和海洋的污染。研究目标是开发一种塑料,在使用过程中能保证其名品的使用性能,一旦用完丢弃,可被环境中的微生物分解,从而完全进入生态循环。同时,这种塑料的生产成本相对较低,具有相应的经济性。如果使用这种可生物降解的塑料,它可以与普通的生物垃圾一起堆肥,而不必在收集、分类和再生上花很多钱。此外,分解产物进入生态循环,不会造成资源浪费的问题。

  在生物降解塑料的研发中,世界各国都投入了大量的资金和人力,投入了大量的精力进行研究。塑料加工行业普遍认为生物降解塑料是21世纪的新技术课题。

  20世纪80年代后期,为了解决垃圾袋的降解问题,在美国玉米商的推动下,添加淀粉的聚乙烯塑料袋作为可生物降解塑料在欧美大受欢迎。然而,由于聚乙烯不降解,其应用研究已经大大减少。正是因为淀粉原料丰富,价格低廉,许多研究人员仍在从事这项研究,希望通过各种配方技术在降解性方面取得突破。

  目前开发的主要技术路线包括微生物发酵合成、利用天然高分子(纤维素、木质素、甲壳素)合成化学合成等。已经开发了一些可生物降解塑料的水溶性树脂,但是总的来说,它们的生产成本没有满足工业大规模生产的要求。

  经过几年的研究,德国拜耳公司研究纤维产品的专家已经制造出一种可以完全分解成腐殖质的塑料。江苏废铜废铝回收由这种塑料制成的包装薄膜可以在土壤中迅速分解和“分解”,并在10天内回归自然。根据环保组织的评估,这种塑料及其分解的中和剂对环境和人类都是安全可靠的。该公司开发的新塑料是由硬纤维素和聚氨酯混合而成的。新塑料埋在土壤中后,它可以成为土壤中微生物的美味食物。快速繁殖的微生物能迅速将物质完全消化成腐殖质。用这种材料制成的家用保鲜膜可以在14天后完全粉化,8周后减轻80%的重量。由这种材料制成的培养物的营养钵在植入土壤几周后被均质化成腐殖质,从而作为堆肥。因为这项新技术的生产成本太高了。它是普通塑料的几倍,所以目前很难实现工业化生产。

  在应用试验方面,经过多年的努力,我国在生物降解聚乙烯地膜的研究项目上取得了初步成功。生物降解地膜样品已经在小范围内开发和测试。从技术成熟度来看,还没有达到大规模推广的应用水平。中国尚未涉足添加剂光降解塑料领域。美国多年来一直使用光降解塑料作为瓶装饮料的吊环。以色列和加拿大已经尝试了光降解塑料薄膜,但是还没有大规模应用的报道。

  据预测,如果将生物降解塑料的产业化研究计算为100,目前的发展研究仅处于30的相对阶段,产业化有望在2000年后实现。目前,美国在这项技术的研发方面处于领先地位,在欧洲排名第二,在日本排名第三。

  总的来说,在生物降解塑料的研究和开发中仍有许多难题需要解决。首先,对塑料降解的定义没有统一的理解,也就是说,生物降解到底是什么意思?换句话说,可生物降解塑料的分解时间有多长?此外,分解后的产品应该添加什么?最终产品是二氧化碳和水,还是任何形式的残留物对实际应用无害?其次,目前还没有公认的、统一的方法来评价生物降解塑料。目前,美国材料测试学会、日本工业标准协会和国际标准化组织都在积极开展这项工作。尽管美国材料试验学会已经正式公布了许多结果,但它们不能完全应用于塑料废物的实际处理。