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塑料废弃物回收与再生

作者:www.cqzzsjcn来源:www.cqzzsjcn 日期:2018年10月15日 22:03

塑料制品以其质轻、防水、耐用、产品美观、生产技术成熟等特点受到广泛应用且呈逐年增长趋势,我国已成为世界上十大塑料制品生产国之一,同时也是第一大塑料材料消费国。塑料科技带来巨大的物质文明的同时,大量塑料废弃物的出现向人们提出了严峻的挑战,但也给予了我们新的机遇。塑料废弃物导致的污染俗称“白色污染”,它正日益引起人们的极大关注,漠视其存在或进行不恰当的处理将会造成一些严重的危,如:⑴环境中的塑料废弃物不易腐烂,堆放造成垃圾场增多,污染点增加;⑵塑料薄膜如农膜进入土壤,不易分解解阻止土壤的透气性,使土质变坏,影响农作物生长;⑶塑料废弃物已占海洋漂浮物的60%以上,危及海洋生命和海运安全。

  因此,回收处理和利用塑料废弃物已到了不可忽视的地步。目前,对于塑料废弃物的回收利用技术可以分为五个方面。

  1废旧塑料的直接再生利用和改性再生利用此类利用是废旧塑料利用的最主要方法,其技术投资与成本相对较低,成为许多国家作为再生资源利用的主要方法,两者均已有较为成熟的工艺。与改性再生利用相比,直接再生利用的技术投资和成本相对更低,选用也更为普遍,但改性再生利用是发展方向。

  1.1直接再生利用这是将回收的废旧塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒后直接进行成型加工,其中也包含加入适当的助剂组分(如稳定剂,防老化齐剂着色剂等)进行配合,加入这些助剂只是起到改善加工性能、外观或抗老化作用,并不能提高再生制品的基本性能。日本一建筑公司将废旧泡沫塑料粉碎后经红外线照射加热,其体积减少到20%以下,再与特殊水泥混合,制成“米花糖”状的建筑材料,作为低成本的隔音材料,具有很好的隔音效果,用途很广。

  1.2改性再生利用这是将再生料通过机械共混或化学接枝进行改性的技术如增韧、增强、并用、复合、活化粒子填充的共混改性,以及交联、接枝、氯化等化学改性。经过改性的再生制品的性能尤其是力学性能可得到较为显著的改善或提高,可作为档次较高的再生制品。但工艺路线较为复杂,有时需要特定的机械设备。几乎所有的热塑性废塑料均可经过收集分拣清洗粉碎干燥后热熔,用各种塑料成型加工设备,生产再生塑料板材、管材、棒材、零部件,容器等。例如,对国家已明令禁止使用的一次性发泡聚苯乙烯(EPS)泡沫餐具,也可改性再生利用,可解决该餐具禁而不绝的问题。

  方法如下,首先可采用完全皂化方法清洗EPS泡沫餐盒,经清洗并干燥后的EPS泡沫再加以粉碎并利用单螺杆挤出机进行消泡,熔融挤出后造粒,与LDPE共混改性。所得LDPE/PS复合材料拉伸强度高于纯LDPE而其断裂伸长率,冲击强度相对与回收料有非常显著的提高,可用于生产低强度要求的产品,如盖线板,日常杂件等。流程图如所示。

  泡沫餐盒;浸泡池粗碎搅热水冲洗干粉碎共混再生制品废弃EPS泡快餐盒改性再生流程废塑料的化学降解技术其基本原理是将废旧塑料制品中原树脂高聚物进行较彻底的大分子链分肖解使其回到低分子状态,有的组份就是其单体,其它组份是基本有机原料。化学降解与降解温度、催化剂、降解设备密不可分。一般说来,降解均有一个最佳降解温度点或温度范围,且绝大多数废塑料的裂解实践中均加入催化剂,其催化剂主要是硅铝类化合物,见表1,也有用其他金属氧化物的,但报道较少。由于塑料的导热性差,加热后会变成难以输送的高粘度熔体且在废塑料的高温分解时会产生炭沉积于反应器壁,造成排放困难,所以专门的降解设备十分必要,其中槽式、管式和流化床式反应器研究应用较多。

  表1聚烯烃热裂解用催化剂催化剂商品名种类氧化铝,色层分离用二氧化硅凝胶贵金属氧化物一Y沸石,二氧化硅一氧化铝,H―Y沸石,碱性氧化物,0. 2.1解聚(Depolymerization)是将塑料高聚物降解成单体或其它的化学原料,使其可再用于合成高分子等,这项技术要求废旧塑料比较干净,添加剂的去除,单体的纯化是技术关键。解聚又可分为水解(Hydrolysis)和醇解(Alcoholysis)。

  2.2热裂解(Pyrolysis)是指塑料在无氧条件下高温(大于500°C)进行的裂解。以德国重伯油公司10t/d工试装置为例,将由垃圾回收中心的混合废塑料在699~800°C和1000°C下加热30min可分解得35%~58%的柴油和23%~40%的煤气。中国石油大学研究指出,在促进剂作用下单独热解废聚乙烯可得油品与合格地赔,蜡产率50% ~90%,制取蜡较制取油品的经济效益更高。英美也有类似专利。

  2.3氢解(Hydrogenation)是在氢气高压(氢气压力30MPa左右)低温(小于500C下)条件下进行的。其裂解产物纯度底于热裂解产物,可在炼油厂直接精炼,加氢裂解需要预先进行严格的分离和粉碎,需要昂贵的设备投资。德国V.O.AG公司的2X 104t/a废塑料处理装置在460~490C和20MPa下,以氢碱为催化剂,可将混合废塑料分解为80%液体燃料和其它产物。2.4气化(Gasification)是指废旧塑料在很高温度(高达1500C)进行降解,其产物为CO和氢气,可用于制备甲醇及有关产品。

  德国在聚合物材料裂解方面进行了多年的研究工作,Deutsch―ReifenNelHunststoffe热分解公司和Salzgitter热分解公司已建立了。

  表2国外已工业化生产的生物降解塑料概况国家公司主要成分商品名称生产能力(t/a)价格(美元/kg)美国淀粉美国英国意大利聚乙烯醇一淀粉合金我国已把“光/微生物降解塑料地膜”列入国家重点科技攻关项目,取得了长足的进步,覆盖几个月后裸地部分可分解为4cmX 4cm以下的碎片,对土壤水运动,土壤容量,重度、孔隙、团聚体三相比和重金属成分含量等进行研究的结果表明其对土壤均不造成污染,对农作物生长不产生影响。韩昌泰等研究的非淀粉型可控光和生物降解地膜取得初步成果。完全生物降解性塑料PLLA制成的农用薄膜也已使用。

  就目前而言,降解塑料在品质上不如普通塑料而在价格上还高于普通塑料,同时其自然降解的性质还有待于研究,此外,降解塑料由于添加了其他物质而不利于塑料的再生利用。

  5填埋填埋(landfill)是处理废旧塑料的最下策的方法,但是其所需成本最低,掩埋就是深埋塑料废弃物,至少不影响地表植物的生长。填埋作为垃圾的最终处理方式具有一定的特点:⑴处理成本较低;(2处理技术相对简单,利于推广普及;⑶填埋可选用非耕地作为厂址,如:滩地、山谷、洼地、沟渠等;⑷无须对垃圾进行预处理。在填埋过程中,需要对填埋单元进行防渗处理等,并用无毒无害的覆盖材料按规定的技术要求覆盖垃圾表面,并且对收集到的渗滤水等进行处理。在填埋基础上再逐步论证和建设焚烧厂等废旧塑料处理设施。

  从以上的方法可以看出,废塑料的综合利用除直接再生利用外,较为经济的方法是采用改性再生利用,而对于污染严重且不好分选的废塑料或采用热分解(回收油品或产生单体中间体等树脂原料)或采用焚烧(利用能量)最后才采用填埋的方法。

  塑料废弃物有着极其广泛的应用,特别是随着人们对环境污染问题的日益关注和可持续发展战略的实施,废旧塑料的回收与利用将会得到更大的拓展,并产生巨大的经济效益和社会效益,推进该领域相关技术的深入研究和发展。

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