全球合成树脂产量已达2亿吨,塑料大量消费后的处置成为全球环保热点。目前处理消费后塑料的方法有以下几种:1。填埋;2.焚烧;3.堆肥;4.回收利用;5.使用可降解塑料。
第一节塑料回收方法
塑料回收后的回收方法有:熔融回收、热裂解、能量回收、回收化工原料等方法。
(1)熔融再生熔融再生是一种将废塑料重新加热塑化以加以利用的方法。根据废塑料的来源,这种方法可分为两类:一是从树脂厂和加工厂的边角料中回收的清洁废塑料的回收利用;二是各种塑料制品使用后混合在一起的回收。前者叫纯再生,可以生产出性能更好的塑料制品。后者称为复合回收。一般只能制备性能要求相对较差的塑料制品,回收工艺复杂。
(2)热裂解热裂解法是将精选的废塑料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利用废塑料燃烧时产生的热量的一种方法。
(4)回收化工原料,某些种类的塑料,加入聚氨酯可以水解得到合成中的原料单体。这是一种通过化学分解将废塑料回收为化工原料的方法。
(5)其他,除了上面提到的废塑料的回收利用方法,还有各种利用废塑料的方法,如将废聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后掺入土壤中,改善土壤的保水、通风、排水性能,或与水泥混合作为填料制成轻质混凝土,或加入粘合剂压制成垫层材料等。
塑料的回收再利用和塑料固体废物的处理以石油和煤为原料生产塑料以取代天然高分子材料经历了一个艰难的过程,整整一代杰出的化学家努力实现了目前塑料优异的物理化学特性和耐久性。由于其重量轻、耐用、外观漂亮和价格低廉,塑料已经取代了大量的传统包装材料,并促成了包装工业的一场革命。然而出乎人类胶水意料的是,恰恰是塑料的这些优良特性,产生了大量的耐用塑料垃圾。大量使用废弃塑料包装后,已成为环境的一大危害。主要原因是这些塑料垃圾很难处理,无法分解变成粉尘。在现有的城市生活垃圾中,塑料的比例已经达到15%-20%,而且大部分是一次性塑料包装制品。塑料废弃物的处理不仅是塑料行业的问题,也是引起国际社会广泛关注的公害。
为了满足保护地球环境的需要,世界塑料加工业开发了许多新的环保技术。在节约资源方面,主要是提高产品的老化性能,延长使用寿命,多功能和合适的产品设计;在资源再利用方面,主要研究塑料废弃物的高效分选、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、水溶性材料和可食性膜;减量化技术方面,主要研究废塑料的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,尽量使产品更薄。在CFC替代品的开发中,我们主要研究二氧化碳发泡技术;在替代品的研究方面,主要是开发PVC和PVDC的替代品。
目前,城市塑料固体废弃物的处理方法主要有三种:填埋、焚烧和资源化。由于国情不同,各国存在差异。美国以填埋为主,欧洲和日本以焚烧为主。采用填埋处理,由于塑料的质量一般较轻,不易腐烂,填埋后会变成软基,以后很难使用。采用焚烧处理,由于塑料热值大,容易损坏窑炉,焚烧后产生的气体会促进全球变暖,部分塑料在焚烧过程中还会释放出有害气体污染大气。用回收的方法,由于人工消耗大,回收成本高,缺乏相应的回收渠道,目前回收量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,回收塑料具有重要意义。因此,目前世界各国都投入了大量的人力物力,开发各种废旧塑料回收利用的关键技术,致力于降低塑料回收利用的成本,开发其适用的应用领域。
一、热能回收方法
大多数塑料由石油制成,主要是碳氢化合物,它们可以燃烧。例如,聚苯乙烯比染料油燃烧更多的热量。有专家认为,将塑料垃圾送入焚烧炉燃烧,可以为供暖或发电提供热量,因为86%的石油染料都是直接燃烧的,只有4%被制成塑料制品。塑料用完后作为热能送去燃烧是很正常的。热能的利用是塑料回收的最后方法之一,不可小觑。然而,许多环保组织反对燃烧塑料。他们认为,燃烧所有乱七八糟的化学物质会产生有毒气体。比如PVC有一半是氯,燃烧时散发的氯气具有很强的腐蚀性和破坏力,是造成恶英的罪魁祸首。
目前德国每年有20万吨PVC垃圾,其中30%在焚烧炉中焚烧,让人恐慌,法律不得不制定对策。德国联邦环境署规定,所有焚烧炉必须满足每立方米废气低于0.1ng(纳克)的限制。德国的焚烧炉空大气污染标准已经属于国际公认的高标准,但它仍然不敢说燃烧方式不会因为机械故障而释放有害物质,因此可以预见,各国的环保团体仍然会大力反对焚烧方式回收热能。
二。分类回收法
作为塑料回收,最重要的是分类。常见的塑料有聚苯乙烯、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。这些塑料的区别一般人很难分辨。目前大部分的塑料分类工作都是人工完成的。最近,机器分类有了新的研究进展。德国一个化学技术协会发明了红外线识别类别,快速准确,但分拣成本高。
三。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。采用的工艺方法是切断聚合物的长链,恢复其原有的性能,裂解后的原料可用于制造新的塑料。有些方法是通过添加化学元素来促进结合碳原子的化学裂解,或者通过添加能量来促进热裂解。
德国拜耳公司开发了水解化学还原法来破解PUC海绵垫。实验表明,化学还原法在技术上是可行的,但只能用于处理清洁塑料,如边角粉等制造过程中产生的塑料废弃物。然而,被其他污染物污染的家庭使用的塑料很难通过化学分解进行处理。这种减量化方法的应用要到21世纪才会广泛使用水解法处理废物。一些新的化学分解方法还在研究中,美国福特汽车公司目前正在将酯化法应用于汽车废塑料件的处理。
伦斯勒理工学院(Rensselaer Institute of Technology)开发了一种可以分解塑料垃圾的解决方案,这种专利解决方案是将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提取六种聚合物。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,然后送入密封容器加热,再送入压力较低的“闪蒸室”,溶液在这里迅速蒸发(可回收),剩下的就是可以重复利用的纯聚苯乙烯。
据说研究中使用的净化装置每小时可以净化1kg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立一个小规模的试验工厂。投资者声称,该工厂建成后,每小时可回收4吨聚合物原料。其成本仅为原材料的30%,具有明显的商业价值。
四。氢化分解法
许多专家认为,氢化可用于处理混合塑料产品。将混合的塑料碎片放入氢气反应炉中,通过施加特定的温度和压力,可以生产合成原油和气体等原料。这种处理方法可用于处理PVC废料,其优点是不会产生有毒的二恶英和氯气。用这种方法处理混合塑料制品,根据塑料成分的不同,可将其中的60%-80%炼制成合成原油。德国巴斯夫等国的三家化工公司在联合研究报告中指出,加氢是最好的热裂解方式,分析出的合成原油质量好,可用于炼油。
美国列克星敦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工艺。这种方法生产的燃料很像原油,甚至比原油还轻,更容易炼制成高辛烷值的燃料油。这种用废塑料生产的燃料油不含硫,杂质少。用类似方法用煤液化塑料。还能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。在浴槽中,然后把它们放入一个叫做“管道炸弹”的反应炉中,用氢气加压加热,使大分子塑料分解成分子量更小的化合物。这个过程类似于原油处理中的组合。经过这种处理后,废塑料的出油率很高,聚乙烯塑料瓶的出油率可达88%。当废塑料和煤以大约1: 1的比例混合和液化时,可以获得更高质量的燃料油。对这种工艺方法的经济效益进行评估后,预测用废塑料生产燃料油将在5-10年内转化为高炉效益。目前,德国已经开始在博特普建设反应堆,预计每天生产200吨塑料燃料。
动词 (verb的缩写)简化设计方法
在设计产品时,R&D部门考虑回收和拆卸的需要。对于适合在美国回收的材料,考虑的重点不是哪种塑料应该最适合制作单个零件,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,设计师在设计产品时开始避免使用多种塑料。美国宝马公司将在其新车设计中减少40%的塑料种类,以促进废塑料的回收利用。汽车行业之所以减少使用的塑料种类,在设计上考虑附加性,是期望赢得重视环保的优秀形象,得到消费者的欣赏。目前,这种设计理念正逐渐感染整个塑料加工行业。
然而,各方面的努力仍然无法让市场上的20种塑料中的任何一种消失。毕竟产品的多样性导致塑料的品种和品类千变万化。例如,生产电子计算机所用的塑料不同于生产汽车所用的塑料。
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、汽车行业已经开始制定此类标准。
世界电子电器市场已经关注了废塑料的回收利用。国际商业机器公司(IBM)已经开始对计算机和商用机器的塑料部件进行标记,正在开发可回收的塑料电子部件,并简化拆卸设备的产品结构。同时还考虑取消零部件表面着色,控制塑料添加剂的外胶用量,减少回收工艺件和外件的使用。
废旧汽车零部件的回收也取得了很大进展。在许多国家,可回收和易回收是汽车塑料件原材料选择和产品设计的前提。一些国家制定了有效的汽车塑料件标准回收编号和回收计划,并正在考虑制定有助于汽车塑料拆解和分类的统一标识制度。欧美国家还在研究化学解聚回收汽车塑料。
不及物动词生物降解方法
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成为世界各国塑料加工业的研究热点。研究人员希望开发一种可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垃圾对农田、山脉和海洋的污染。研究目标是开发一种在使用过程中能保证其名称和物品使用性能的塑料,一旦用完丢弃,可被环境中的微生物分解,从而彻底进入生态循环。同时,这种塑料的生产成本低,具有相应的经济性。如果是这样的生物降解塑料,使用后可以和普通生物垃圾一起堆肥,不用花很多钱进行收集、分类和回收。而且分解产物进入生态循环,没有资源浪费。
在生物降解塑料的研发方面,世界各国都投入了大量的财力和人力,花费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。
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生物降解塑料在欧美风靡一时。然而,由于聚乙烯不能降解,其应用研究已大大减少。但由于淀粉的原料丰富且廉价,许多研究者仍在从事这项研究,希望通过各种配方技术在降解性上有所突破。
目前已开发的技术路线主要有微生物发酵合成法、化学合成法利用天然高分子(纤维素、木质素和甲壳素)合成法等。,并开发了一些生物降解塑料的水溶性树脂,但总的来说,其生产成本还没有达到工业化大生产的要求。
德国拜耳公司研究纤维制品的专家经过几年的研究,制成了一种可以完全分解成腐殖质的塑料。用这种塑料制成的包装膜,在土壤中能迅速分解解体,10天内就能回归自然。根据环保组织的鉴定,这种塑料及其分解的中性物对环境和人类是安全可靠的。该公司开发的这种新型塑料是由坚硬且不可延伸的纤维素和聚氨酯混合而成的。这种新塑料埋入土壤后,可以成为土壤中微生物的美味食物,快速繁殖的微生物可以迅速将这种物质完全消化成腐殖质毛。由这种材料制成的家用保鲜膜可以在14天后完全粉化,8周后重量减少80%。这种材料用来做培养物的营养钵,种在土里几个星期后,变成腐殖质,充当堆肥。因为这种新技术的生产成本太高。是普通塑料的好几倍,目前很难实现商业化生产。
在应用实验方面,经过多年的努力,我国在生物降解聚乙烯地膜研究项目上取得了初步成功,开发了生物降解地膜样品,并进行了小规模试验。从其技术成熟度来看,还没有达到大规模推广应用的程度。我国尚未涉足添加型光降解塑料领域。光降解塑料在美国已用于瓶装饮料的提环多年,在以色列和加拿大也尝试过光降解塑料薄膜,但还没有大规模应用的报道。
据预测,生物降解塑料的产业化研究如果按100计,目前的开发研究也只是处于30的相对阶段,预计2000年后才能实现产业化。目前,美国在这项技术的研发方面处于领先地位,欧洲和日本紧随其后。
总的来说,生物降解塑料的研究和开发还有许多问题需要解决。首先,对塑料降解的定义没有统一的认识,即生物降解指的是什么?也就是说,生物降解塑料的分解时间是多久确定的?另外,分解产物要加什么?最终产品是二氧化碳和水,还是对实际应用无害的任何形式的残留物?
其次,生物降解塑料没有通用的评价方法。目前,美国试验材料协会、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。虽然美国ASTM正式颁布了多项成果,但并不能完全适用于塑料垃圾的实际处理。