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废弃塑料降解与回收再利用方法及发展趋
文章作者admin: 时间:2021-10-12 08:56
目前应用广泛的塑料制品是以化石资源为原料生产得到的石油基塑料,主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等,但是由于其高分子量以及高分子稳定性,石油基塑料在自然环境中几乎不会被降解,久而久之堆积为大量的白色污染。针对治理环境污染,如何高值化再利用废弃塑料的问题,国内外学者已经做了大量的研究,可概括为物理法和化学法。大庆油田设计院有限公司综述了目前针对废弃塑料降解与回收再利用的物理方法和化学方法,并对未来的发展趋势进行展望。

1 物理法

物理法回收塑料大部分是直接造粒或者改性后作为塑料新料再次使用,主要涉及到塑料四级回收方法的一级回收和二级回收一级回收是对未受污染的塑料进行简单回收,以便在类似的应用中再次使用,虽然一级回收的成本很低,但它的缺点是重复使用周期有限且并不适用大多数实际情况,但仍有一些学者另辟蹊径,结合尺寸效应等简单方法实现了废弃塑料的高值化利用。

 

废弃塑料的二级回收是一个包括分类、清洗、熔融和重新成型加工的的复杂过程,对塑料的物理性能和尺寸形式要求并不严格,如建筑和包装材料。目前二级回收主要是将废弃塑料作为回收填料与其它材料成型加工再次应用于建筑、包装以及管材等相关领域。除了废弃PE的二级回收与再利用外,研究者们还进行了包括废弃PVC、废轮胎树脂纤维、脂肪族聚酯(PBS)、聚烃基脂肪酸酯(PHA)以及聚乳酸(PLA)塑料等的回收再利用以及在自然环境中降解行为的研究等。

2 化学法

化学法回收废弃塑料主要涉及到四级回收方法的三级回收和四级回收,其中三级回收主要是化学回收,四级回收主要为能量回收。目前针对于废弃塑料的回收过程过于依赖物理法回收也就是一级回收和二级回收,因为物理法回收的运行成本低,需要的专业技术少,因此占所有回收操作的75%以上

 

2. 1 热解

热解,是指塑料在催化剂的作用下高温裂解,分子链分解成更小的中间产物。这种方法的一个主要优点是,它可以处理不同类型塑料的混合物,并能够减轻废塑料中各种有机、无机或生物残留物的负面影响,大多数热解研究都集中于最大化液体油产率和优化质量上。目前研究者已经对PP,PE,PS等废弃塑料的反应条件进行了优化,其中PS的液体燃料产量最高。

 

2. 2 化学溶剂

化学溶剂靶向降解是塑料废物非特异性分解的替代方法。这种方法在理论上提供了更高的效率和更低的能量输入,并产生了更高比例的纯降解产物,从而产生了更高的经济价值。例如:一种环境友好回收PS的方法,该过程包括在柠檬烯中溶解PS和使用SC-CO2除去溶剂,最佳反应条件为高压(10 MPa)、低温(30℃)和中等浓度(0.4 g/mL),PS的回收率可达95%以上。

 

2. 3 单体共聚

单体共聚是指利用与低成本单体共聚的方法,向聚合物材料的分子链上引入可降解基团的策略,在维持原材料优异性能的同时,赋予聚合物交联网络可降解性和回收再加工性。

物理法(一级、二级回收)和化学法(三级、四级回收)的优势及劣势见下表。

3  废弃塑料再生利用发展趋势

为了更好地对废弃塑料进行再生利用,未来处理方法应朝着环境友好、经济性高的方向发展,具体体现在如下几个方面:

 

(1)提高废弃塑料的分拣技术。目前的废弃塑料回收研究大多是针对某种特定塑料成分,然而实际情况中多种不同性质的塑料往往是大量掺杂在一起的,针对某一种成分进行回收处理可能会导致新的废弃物污染。或开发经济实用的新型增容剂兼顾复杂多样的塑料组分,提高不同组分之间的相容性以达到废弃物的良好性能和高值化利用。

 

(2)采用化学法处理废弃塑料时,往往伴随着高温、高压等苛刻条件,操作难度性大且有安全隐患。未来应更倾向于寻找条件温和、将废弃塑料可控碳化的生产工艺,同时寻找安全、无毒副作用且使用寿命长的催化剂以应对工业生产。

 

(3)目前已经有了一些从分子设计的角度上合成可降解聚合物的研究,但整体流程成本较高且制备难度较大,大多数研究设计仍停留在实验室阶段,难以工业化。制备合成工艺简单且价格低的可降解聚合物具有较好的研究潜力。

 

(4)生物酶技术作为一种环境友好手段降解废弃塑料而广受关注,然而目前发现的可降解塑料的生物酶种类有限,降解效率不高,且降解机理仍不明确,各类研究还处在起始阶段,这都成为了制约生物酶塑料降解发展的关键问题。继续探索研究生物酶降解技术,对于解决塑料污染问题具有重大意义。

 

(5)大力发展生物可降解塑料制品以及积极寻找传统塑料的替代品。目前已经报道了一些以仿生结构受启发制备的高性能塑料替代品,该种材料集成了多种优异的宏观特性,展现出比塑料薄膜更突出的综合性能,在光电转换、柔性电子器件等领域具有竞争力。为了更好地防治塑料污染,发展新一代可持续塑料替代材料迫在眉睫。


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