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廢塑料回收再生料技術(shù)
發(fā)布時(shí)間: 2017-05-15 18:43 3461 次瀏覽
世界合成樹脂的產(chǎn)量已達(dá)2億t ,大量消費(fèi)后塑料的處理問題已成為當(dāng)今地球環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)。目前,消費(fèi)后塑料的處理有下述幾種途徑:1填埋:2焚燒:3堆肥化;4回收再生;5采用降解塑料。
塑料回收再生方法
塑料回收后再生方法有：熔融再生，熱裂解，能量回收，回收化工原料及其他等方法。
(1) 熔融再生熔融再生是將廢舊塑料重新加熱塑化而加以利用的方法。從廢舊塑料的來源分，此法又可分為兩類：一是由樹脂廠，加工廠的邊角料回收的清潔廢塑料的回收;二是經(jīng)過使用后混雜在一起的各種塑料制品的回收再生。前者稱單純再生，可制得性能較好的塑料制品;后者稱復(fù)合再生，一般只能制備性能要求相對較差的塑料制品，且回收再生過程較為復(fù)雜。
(2) 熱裂解 熱裂解方法是將挑選過的廢舊塑料經(jīng)熱裂解制得燃燒料油，燃料氣的方法。
(3) 能量回收 能量回收是利用廢舊塑料燃燒時(shí)所產(chǎn)生熱量的方法。
(4) 回收化工原料，一些品種的塑料，加了聚氨酯可通過水解獲得合成時(shí)的原料單體。這是一種利用化學(xué)分解廢舊塑料變成化工原料進(jìn)行回收的方法。
(5) 其他，除了上述廢舊塑料的回收方法外，還有各種利用廢舊塑料的方法，如將廢舊聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后混入土壤中以改善土壤的保水性，通氣性和排水性，或作為填料同水泥混合制成輕質(zhì)混凝土，或加入粘合劑壓制成墊子材料等。
塑料的回收再用與塑料固體廢棄物的處理
用石油和煤為原料生產(chǎn)塑料來替代天然高分子材料，曾經(jīng)歷了一條艱難的歷程，整整一代******的化學(xué)家為實(shí)現(xiàn)目前塑料所具有的優(yōu)良理化特性和耐用性能付出了辛勤的勞動(dòng)。塑料以其質(zhì)輕、耐用、美觀、價(jià)廉等特點(diǎn)，取代了一大批傳統(tǒng)的包裝材料，促成了包裝業(yè)的一場革命。但是出乎人膠預(yù)料的是，恰恰是塑料的這些優(yōu)良性能性制造了大量耐久不腐的塑料垃圾。用后大量丟棄的塑料包裝物已成為危害環(huán)境的一大禍害，其主要原因***是這些塑料垃圾難以處理，無法使其分解并化為塵土。在現(xiàn)有的城市固體廢棄物中，塑料的比例已達(dá)到15%-20%，而其中大部分是一次性使用的名類塑料包裝制品。塑料廢棄物的處理已不僅是塑料工業(yè)的問題，現(xiàn)已成為公害國際社會的廣泛關(guān)注。
為了適應(yīng)保護(hù)地球環(huán)境的需要，世界塑料加工業(yè)研究出許多環(huán)保新技術(shù)。在節(jié)省資源方面，主要是提高產(chǎn)品耐老性能、延長壽命、多功能化、產(chǎn)品適量設(shè)計(jì);在資源再利用方面，主要是研究塑料廢棄物的高效分選，分離技術(shù)、高效熔融再生利用技術(shù)、化學(xué)回收利用技術(shù)、******生物降解材料、水溶性材料、可食薄膜;在減量化技術(shù)方面，主要是研究廢棄塑料壓縮減容技術(shù)、薄膜袋裝容器技術(shù)，在確保應(yīng)用性能的前提下，盡量將制品薄型化技術(shù);在CFC代用品的開發(fā)方面，主要是研究二氧化碳發(fā)泡技術(shù);在替代物的研究方面，主要是開發(fā)PVC和PVDC代用品。
在城市塑料固體廢棄物處理方面，目前主要采用填埋、焚燒和回收再利用三種方法。因國情不同，各國有異，美國以填埋為主，歐洲、日本以焚燒為主。采用填埋處理，因塑料制品質(zhì)大體輕，且不易腐爛，會導(dǎo)致填埋地成為軟質(zhì)地基，今后很難利用。采用焚燒處理，因塑料發(fā)熱量大，易損傷爐子，加上焚燒后產(chǎn)生的氣體會促使地球暖化，有些塑料在焚燒時(shí)還會釋放出有害氣體而污染大氣。采用回收再用的方法，由于耗費(fèi)人工，回收成本高，且缺乏相應(yīng)的回收渠道，目前世界回收再用僅占全部塑料消費(fèi)量的15%左右。但因世界石油資源有限，從節(jié)約地球資源的角度考慮，塑料的回收再用具有重大的意義。為此，目前世界各國都投入大量人力、物力，開發(fā)各種廢舊塑料回收利用的關(guān)鍵技術(shù)，******于降低塑料回收再用的成本的開發(fā)其合適的應(yīng)用領(lǐng)域。
回收熱能法
大部分塑料以石油為原料，主要成分是碳?xì)浠衔铮梢匀紵缇郾揭蚁┤紵臒崃勘热玖嫌瓦€高。有些專家認(rèn)為，把塑料垃圾送入焚化爐燃燒，可以提供采暖或發(fā)電的熱量，因?yàn)槭腿玖?6%都直接燒掉了，其中只有4%制成了塑料制品，塑料用完以后再送去當(dāng)熱能燒掉是很正常的，熱能使用是塑料回收的***后方法之一，不容輕視。但是許多環(huán)保團(tuán)體反對焚燒塑料，他們認(rèn)為，焚燒法把亂七八糟的化學(xué)品全部集中燃燒，會產(chǎn)生有毒氣體。如PVC成分中一半是氯，燃燒時(shí)放出的氯氣有強(qiáng)烈的侵蝕破壞力，而且是引起惡英的元兇。
目前，德國每年有20萬噸的PVC垃圾，其中30%在焚化爐里燃燒，燒得人心惶惶，法律不得不對此擬定對策。德國聯(lián)邦環(huán)境局已規(guī)定所有的焚化爐都必須符合每立方米廢氣值低于0.1ng(納克)的限量。德國的焚化爐空氣污染標(biāo)準(zhǔn)雖然已經(jīng)屬于世界公認(rèn)的高標(biāo)準(zhǔn)，但仍然沒有敢說燃燒方法不會因機(jī)械故障放出有害物質(zhì)，所以可以預(yù)見，各國環(huán)保團(tuán)體仍將大力反對焚化法回收熱能。
分類回收法
作為塑料回收，***重要的是進(jìn)行分類。常見的塑料有聚苯乙烯、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，這些塑料的差別一般人很難分辨。現(xiàn)在的塑料分類工作大都由人工完成。***近機(jī)器分類有了新的研究進(jìn)展，德國一家化學(xué)科技協(xié)會發(fā)明以紅外線來辨認(rèn)類別，既迅速又******，只是分揀成本較高。
化學(xué)還原法
研究人員開始設(shè)法提煉出塑料內(nèi)化學(xué)成分以便再利用。所采用的工藝方法是將聚合物的長鏈切斷，恢復(fù)其原有的性質(zhì)，裂解出的原料可用來制作新的塑料。有些方法是通過加入化學(xué)元素促使相結(jié)合的碳原子化學(xué)裂解，或是加入能源促成其熱裂解。
德國拜爾公司開發(fā)出一種水解式化學(xué)還原法來裂解PUC海綿墊。試驗(yàn)證明，化學(xué)還原法在技術(shù)上是可行的，但它只能用來處理清潔的塑料，例如生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的邊角粉末和其他塑料廢料。而家庭里使用過的沾染上其他污物的塑料，***很難用化學(xué)分解法處理。這種還原法的應(yīng)用，要到21世紀(jì)才會大量利用水解法處理廢料。一些新的化學(xué)分解法還在研究過程中，美國福特汽車公司目前正在將酯解法運(yùn)用于處理汽車廢塑料件。
美國倫塞理工學(xué)院研制出一種可分解塑料廢棄物的溶液，將這種已申請了專利的溶液和6種混合在一起的不同類型的塑料一起加熱。在不同的溫度下，可分別提取6 種聚合物。實(shí)驗(yàn)中，將聚苯乙烯塑料碎片和有關(guān)溶液在室溫條件下混合成溶解態(tài)，將其送入一個(gè)密封的容器中加熱，再送入壓力較低的“閃蒸室”中，溶液迅速蒸發(fā)(可回收再手)，剩下的***是可再次利用的純聚苯乙烯。
據(jù)稱，研究所用的提純裝置，每小時(shí)可提純1kg聚合物。紐約州政府與尼加拉.摩霍克電力公司正打算聯(lián)手建造一座小規(guī)模試驗(yàn)性工廠。投資者聲稱，該廠建成后，每小時(shí)可回收4t聚合物原料。其成本僅為生產(chǎn)原料的30%，具有十分明顯的商業(yè)價(jià)值。
氫化析解法
很多專家認(rèn)為，氫化作用可用于處理混合塑料制品。將混合的塑料碎片置入氫反應(yīng)爐內(nèi)，加以特定溫度現(xiàn)壓力，便能產(chǎn)生合成原油和瓦斯等原料。這種處理方法可用于處理聚氯乙烯廢料，其優(yōu)點(diǎn)是不會產(chǎn)生有毒的二惡英與氯氣。采用這種方法處理混合塑料物品，根據(jù)不同的塑料成分，可將其中的60%-80&的成分煉成合成原油。德國巴斯夫等國家三家化學(xué)公司在共同的研究報(bào)告中指出，氫化作用為熱裂解法的***優(yōu)良方式，析解出的合成原油品質(zhì)量好，可用來煉油。
美國列克星敦肯塔基大學(xué)發(fā)明了一種廢塑料變成******塑料燃料油的工藝方法。用這種方法生產(chǎn)的燃料很像原油，甚至比原油更輕，更容易提煉成高辛烷值的燃料油。這種用廢塑料生產(chǎn)的燃料油不含硫磺，雜質(zhì)也極少。采用類似方法把塑料與煤一起液化。也能生產(chǎn)出******燃料油。
研究人員在沐浴器中把各種塑料和沸石催化劑、四氫化萘等混合在一起，然后放進(jìn)一種稱之為“管道炸彈”的反應(yīng)爐里，用氫加壓并加熱，促使大分子塑料分解成分子量較小的化合物，這一工藝過程類似于原油處理中的化合。廢塑料經(jīng)此處理后產(chǎn)油率很高，聚乙烯塑料瓶的出油率可達(dá)88%。當(dāng)廢塑料和煤以大致1：1的比例混合和液化時(shí)，可以得到更為******的燃料油。經(jīng)過此工藝方法的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評估后預(yù)計(jì)，采用廢塑料生產(chǎn)燃料油會在5-10年內(nèi)變得蛻變具有高爐效益。目前，德國已開始在博特普建立一座有希望日產(chǎn)200t塑料燃油的反應(yīng)爐。
減類設(shè)計(jì)法
研究開發(fā)部門在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)***考慮到回收和拆卸處理的須要，美國適宜回收的材料，考慮的******不在于制作個(gè)別的零部件應(yīng)采用哪一種塑料***為理想，而是考慮可以廣泛動(dòng)用的材質(zhì)，這是在構(gòu)思上的革命性轉(zhuǎn)變。
為了有利于回收，設(shè)計(jì)人員開始在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)避免使用多種塑料，美國寶馬公司準(zhǔn)備在其新車設(shè)計(jì)中減少40%的塑料種類，目的是方便廢塑料的回收。汽車工業(yè)之所以降低塑料使用種類，并且在設(shè)計(jì)上考慮加收性，主要是期望贏得重視環(huán)保的優(yōu)良形象，受到消費(fèi)者的欣賞。目前，這種設(shè)計(jì)構(gòu)思正逐漸感染整個(gè)塑料加工業(yè)。
不過各方面的努力仍然無法使市場上通行的20種塑料中的任何一種絕跡。畢竟產(chǎn)品聽多樣性導(dǎo)致了塑料品種類別的千變?nèi)f化，例如生產(chǎn)電子計(jì)算機(jī)使用的塑料和生產(chǎn)汽車使用的塑料***不一樣。
為此，專家建議制定有關(guān)回收標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定特種行業(yè)只能使用指定的材料，否則無法控制有效的回收，電子與汽車行業(yè)都已開始制定這樣的標(biāo)準(zhǔn)。
世界電子電氣市場對廢棄塑料回收利用已引起重視，國際商用機(jī)器公司(IBM)已開始將計(jì)算機(jī)和商用機(jī)器的塑料部件進(jìn)行標(biāo)碼，并在開發(fā)可回收再用的塑料電子部件和簡化拆卸設(shè)備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，同時(shí)還考慮取消元件的表面著色，控制塑料添加劑的外部粘合劑的用量減少使用不利用回收的工藝部件及外加零件。
廢棄汽車零部件的回收工作也有了很大的進(jìn)展，許多國家都是以可回收的易回收作為汽車塑料件原料選用和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提。有些國家已制定了有效有汽車塑料件標(biāo)準(zhǔn)回收號碼和回收計(jì)劃，并在考慮制定有助于拆卸和分揀汽車塑料的統(tǒng)一標(biāo)志體系。歐美等國還在研究化學(xué)解聚法回收汽車塑料。
生物降解法
在積極開發(fā)塑料回收再利用技術(shù)的同時(shí)，研究開發(fā)生物降解成為當(dāng)今世界各國塑料加工業(yè)的研究熱點(diǎn)。研究人員希望開發(fā)出一種能在微生物環(huán)境中降解的塑料，以處理大量一次性使用塑料，特別是地膜及多包裝廢棄物對農(nóng)田、山林、海洋的污染。研究目標(biāo)是開發(fā)出一種在使用過程中可以******其名項(xiàng)使用性能，而一旦用完廢棄后，可被環(huán)境中的微生物分解，從而******進(jìn)入生態(tài)循環(huán)的塑料。同時(shí)，這種塑料的生產(chǎn)成本較低，具有相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性。如果是這樣的生物分解性塑料，在使用后***可與普通生物垃圾一起堆肥，而不必花費(fèi)很大代價(jià)進(jìn)行收集、分類和再生處理。而且，分解產(chǎn)物進(jìn)入生態(tài)循環(huán)，不產(chǎn)生資源浪費(fèi)問題。
在生物降解塑料的研究開發(fā)方面，世界各國都投入了大量財(cái)力和人力，花費(fèi)了很大的精力進(jìn)行研究。塑料加工業(yè)普遍認(rèn)為，生物降解塑料是21世紀(jì)的新技術(shù)課題。
80年代末，為了解決垃圾袋的降解問題，在美國玉米商的推動(dòng)下，添加淀粉的聚乙烯塑料袋被作為生物降解塑料在歐美風(fēng)靡一時(shí)。但由于其中的聚乙烯不能降解，故其應(yīng)用研究已大大降溫。只是由于淀粉的原料來源豐富，而******便宜，目前仍有不少研究者在從事這方面的研究，希望通過各種配方技術(shù)，在降解性方面有所突破。
目前開發(fā)的技術(shù)路線主要有微生物發(fā)酵合成法、利用天然高分子(纖維素、木質(zhì)素、甲殼質(zhì))合成法的化學(xué)合成法等，并已開發(fā)出一些生物降解塑料的水溶性樹脂，但總的說來，其生產(chǎn)成本都未達(dá)到工業(yè)化批量生產(chǎn)的要求。
德國拜爾公司研究纖維制品的專家們經(jīng)過數(shù)年研究，制成的一種可以******分解為腐殖質(zhì)的塑料。用這種塑料制成的包裝薄膜，可以在土壤中迅速分解“分化瓦解 ”，10天之內(nèi)可以回歸大自然。根據(jù)環(huán)保組織的鑒定，此種塑料及其分解后的中和物對環(huán)境和人類均是安全******的。該公司研制成功的這種新型塑料，是將堅(jiān)硬而不易延伸的纖維素與聚氨酯混和制得。把這種新型塑料埋入土中后，可成為土壤中微生物的可口佳肴，迅速繁殖的微生物很快能將這種材料******消化成為腐殖質(zhì)發(fā)。
將這種材料制成的一種家用保鮮膜，14天后可******成為粉末，8周后會失去80%的重量。用這種材料制作培養(yǎng)物的營養(yǎng)缽，植入土中數(shù)周后均化為腐殖質(zhì)，充當(dāng)起堆肥的角色。由于這項(xiàng)新技術(shù)的生產(chǎn)成本太高。是普通塑料的數(shù)倍，因而目前很難實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)。
在應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方面，經(jīng)過多年的努力，我國在生物降解聚乙烯地膜研究項(xiàng)目上已取得初步成功，開發(fā)出了生物降解地膜試樣，并進(jìn)行了小面積的試用，從其技術(shù)成熟性方面看來，尚未達(dá)到大面積推廣的應(yīng)用的程度。我國對添加型光降解塑料領(lǐng)域尚未涉足。美國將光降解塑料用于瓶裝飲料的提環(huán)已有多年，以色列和加拿大對光降解地膜均有試用，但未見大面積應(yīng)用的報(bào)道。
據(jù)預(yù)測，如將生物降解塑料的工業(yè)化研究算作100的話，目前的開發(fā)研究只處于30的相對階段，預(yù)計(jì)2000年以后，可望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。目前，美國對這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)研究處于******地位，歐洲居次，日本第三。
總的來說，在生物降解塑料研究開發(fā)中還有許多有待攻克的難題。首先，對塑料降解的定義尚無統(tǒng)一的認(rèn)識，即生物分解究竟意味著什么?也***是說生物降解塑料的分解時(shí)間究竟確定為多長?另外，分解的產(chǎn)物應(yīng)上什么?***終產(chǎn)物究竟是二氧化碳和水，還是對實(shí)際應(yīng)用無害的任何形態(tài)的殘留物?其次，對生物降解塑料的評價(jià)試驗(yàn)尚無世界公認(rèn)的統(tǒng)一的方法。目前美國材料試驗(yàn)協(xié)會、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織都在積極開展這方面的工作，雖然美國ASTM已正式頒布了多項(xiàng)結(jié)果也不能******套用到實(shí)際塑料垃圾的處理中。
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