废旧塑料的回收与利用

2021-01-09吴红亚周晓瑜

合成树脂及塑料 2021年2期

吴红亚，周晓瑜

（常州机电职业技术学院，江苏常州 213164）

我国是世界十大塑料制品生产国之一，其中，包装制品占32.59%，废旧塑料包装回收量大约占生产量的25%～33%［1-2］。由于回收网点众多以及从业人员流动性大，因此，对废旧塑料回收行业的监管也是难题。如果有适合的激励机制，很多人会主动参与废旧塑料回收，大幅提高回收量。通过区块链技术可以有效促进人们参与到废旧塑料回收工作中，并能提升对行业的监管力度。本文主要综述了利用区块链技术进行废旧塑料的回收，并分析了废旧塑料的回收与利用。

1 利用区块链技术进行废旧塑料的回收

区块链技术是基于去中心化的对等网络，使用开源软件将密码学原理、时序数据和共识机制相结合，保障分布式数据库中各节点的连贯和持续，使信息能及时验证且可追溯，但难以篡改和无法屏蔽［3-4］。区块链技术在塑料行业中的应用体现在对废旧塑料的资产化，利用数字钱包将废旧塑料的收集与劳动报酬结合，让塑料成为货币，使废旧塑料的收集工作更有意义。这种简单的方式有可能迅速改变世界。

塑料生产及加工过程的边角料、等外品和废品等由于品种单一、没有老化和被污染，可单独收集和处理，但大部分废旧塑料除了塑料品种复杂外，还与其他垃圾混在一起，数量大，分布广，品种多，体积大，给回收造成很大困难。为鼓励废旧塑料的收集与回收，Katz等在世界各地建立了塑料银行，利用区块链技术将废旧塑料变成货币进入到回收者的电子钱包，以激励人们自发回收废旧塑料。塑料银行通过在应用程序上生成个人的“塑料足迹”并转化成个人信用积分，可为回收者提供信用抵押以取得银行借贷。“塑料足迹”包括收集塑料的效率、累计数量和收集工作的质量，使人们更加积极主动参与废旧塑料的收集与回收［5］。废旧塑料的回收链条包括物品回收、工厂处理、工厂再生以及新物品销售等环节。由于回收流程大多是线下的，普通用户难以查询，回收流程监管困难。

北京抱朴再生文化传播有限公司［6-8］公开了一种基于区块链的回收物品上链方法，流程中的回收节点、业务节点、工厂节点、销售节点都是经过全球回收标准认证机构认证过的官方区块链节点。回收节点根据回收用户输入操作接收物品信息（包括回收人、回收时间、物品名称以及回收站点名称等），并用自身私钥对上述物品信息签名，得到第一签名。回收节点发送第一签名和物品信息给业务节点，业务节点用自身私钥对第一签名和物品信息进行签名，得到第一交易证明。业务节点将第一交易证明和物品信息、第一签名和物品信息作为两条数据连同物品信息打包成第一区块。该区块被区块链系统完成共识后存储在区块链上。工厂节点根据工厂用户的输入操作接收物品处理信息（包括工厂名称、成品制造时间、成品名称以及成品编号等），用自身私钥对物品处理信息进行签名得到第二签名，并将第二签名和物品处理信息发送给业务节点，业务节点用自身私钥对第二签名和物品处理信息进行签名，得到第二交易证明。业务节点将第二交易证明和物品处理信息、第二签名和物品处理信息作为两条数据打包成第二区块，第二区块被区块链系统完成共识验证后存储在区块链上。工厂节点根据出厂用户的输入操作接收成品出厂信息（包括成品名称、成品出厂时间、成品编号、工厂名称以及成品目的地名称等），并用自身私钥对所述成品出厂信息进行签名，得到第三签名。工厂节点发送第三签名和成品出厂信息给业务节点，业务节点用自身私钥对第三签名和成品出厂信息进行签名，得到第三交易证明；业务节点将第三交易证明和成品出厂信息、第三签名和成品出厂信息作为两条数据打包成第三区块，第三区块被区块链系统完成共识验证后存储在区块链上。同样，销售节点根据销售用户的操作，接收成品销售信息并用自身私钥对成品销售信息进行签名，得到第四签名。销售节点发送第四签名和成品销售信息给业务节点，业务节点用自身私钥对第四签名和成品销售信息进行签名，得到第四交易证明；业务结点将第四交易证明和成品销售信息、第四签名和成品销售信息作为两条数据，打包成第四区块，完成区块链系统共识验证后存储在区块链上。由于需要销售的成品数量与出厂的成品数量应当一一对应，因此，该对应关系也存储在区块链上，即第四交易证明的数量与第三交易证明的数量一一对应。另外，第一交易证明的数量与第二交易证明的数量也相对应，相当于一个回收物品经过工厂处理后可以产出一个或多个成品，或者多个回收物品经过工厂处理后可以产生一个成品。如10个500 mL的塑料瓶对应1件防晒服。用户在区块链上可以查询全流程的回收数据，并且更符合监管的要求。

2 废旧塑料的分选和利用

从城市生活垃圾中收集的废旧塑料绝大多数为包装塑料（如包装膜、饮料瓶、塑料容器等），这些固体废物多由聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚苯乙烯、聚氯乙烯（PVC）等制成。对废旧塑料进行有效分选，能够提升塑料再生利用价值，使资源得以充分利用。分选过程主要基于废旧塑料的形状、密度、尺寸、颜色和化学组成进行。目前，常用的方法有风选法、浮选法、静电分离法、泡沫浮选法、熔体过滤法、近红外分光光度法和X射线衍射法［9］。

临沂市清宇环境资源综合利用研究院［10］公开了一种使用无机盐颗粒进行热收缩的处理方法，从废旧塑料中分选聚乙烯类和聚丙烯类塑料。废旧塑料经塑料粉碎机剪切破碎后与质量分数为0.05%的氢氧化钠溶液混合，在30 ℃条件下反复揉搓洗涤后，用清水洗净至中性，进行脱水烘干至干度为98.0%。然后放入装有氯化钠颗粒的密闭加热装置中，将温度逐渐升至140 ℃并保持3 min。随后迅速利用自然风将其冷却，用孔径380 μm振动筛筛除氯化钠颗粒；再用孔径1 700 μm的振动筛筛分出聚乙烯颗粒。最后分别在废旧塑料造粒设备中制成颗粒，筛分出的聚乙烯和聚丙烯的纯度均在95%以上。新兴县景如锋塑料有限公司［11］公开了一种分离PET与PVC混合固体塑料的方法。常见的矿泉水饮料瓶、食物托盘等多以PET为原料，PVC是回收PET材料中常见的杂质，两者外观极为相似且密度相近。根据相似相溶原理，利用PET，PVC的溶解度差异，调配合适的溶剂使PVC表面溶胀发黏，黏附上铁粉，利用磁力将PVC吸附去除。由于溶剂与PET的溶解度差异很大，PET不会发生任何反应，因此实现了PET与PVC的分离。如配制正己烷、甲苯、丙酮体积比为60∶20∶20的混合溶剂，放入直径为0.15 mm的铁粉并完全浸润，溶剂与铁粉的体积比为1∶10。将混合塑料破碎成表面积为1～3 cm2的片状或块状，放入处理过的铁粉，并搅拌混合均匀，铁粉与塑料体积比为1∶4。用磁棒吸附，未被吸附的固体塑料即为PET。将黏附铁粉的PVC浸入稀盐酸溶液中，稀盐酸与铁粉反应生成氯化亚铁，当铁粉完全溶解后回收PVC。回收溶液浓缩结晶析出氯化亚铁晶体。经过这种方法处理后，PVC回收率为97.7%，PET纯度达99.6%。

废旧塑料可以通过加入不同的改性剂转化为高附加值的材料。路洪州等［12］使用废旧热塑性聚丙烯塑件制备了回收改性料。将报废汽车进行人工拆解并将热塑性构件按材料分类，分拣出聚丙烯塑件。采用两级破碎获得1 mm以下的热塑性聚丙烯粉末混合物，使用铁磁分选分离出金属碎屑，再进行高压静电分选，分选出铜丝等金属碎屑。将分选后的聚丙烯破碎料充分搅拌混合，破碎料性能为：熔体流动速率（MFR） 13 g/10 min，弯曲强度16 MPa，模量980 MPa，灰分质量分数17.5%，拉伸强度19 MPa。然后制造改性粒料。将聚丙烯破碎料颗粒40 phr、改性剂60 phr在高速搅拌机中混合均匀，加入螺杆混炼挤出机于190 ℃熔融挤出，制成粒径为2 mm的聚丙烯颗粒，于40 ℃干燥1 h，冷却后包装入库。改性剂由30.0 phr低MFR聚丙烯K8303（中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司生产），25.0 phr聚烯烃弹性体POE 7467（美国杜邦公司生产），3.0 phr硅烷偶联剂A-150，3.0 phr聚乙烯蜡，0.5 phr抗光老化剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，1.1 phr抗氧化剂（4-甲基-苯酚与二环戊二烯和异丁烯的反应产物），5.0 phr滑石粉组成。改性后的聚丙烯性能为：MFR 14 g/10 min，弯曲强度20 MPa，模量1 246 MPa，灰分质量分数15.2%，拉伸强度18 MPa。使用该改性聚丙烯制造的汽车保险杠漆膜，产品经过90 ℃，500 h耐热老化后，表面没有出现明显龟裂斑点变色现象，产品经冷热交变实验后没有出现变形扭曲裂缝，冷热交变收缩率小于等于0.3%。产品经抗冲击实验后，整体无变形、破损和其他异常现象，漆膜外观涂装效果良好，漆膜附着力等级为0级，漆膜硬度小于2B，漆膜光泽满足要求，漆膜鲜映性为0.1，符合行业标准。使用该改性热塑性聚丙烯注塑成型的汽车保险杠，耐寒冲击性、耐热后尺寸变化率、耐候性、耐热老化性均符合行业标准。

愉悦家纺有限公司［13］使用废旧衣物和废旧PET瓶片作为主体原料进行改性处理，制备了复合板材。将回收的废旧PET瓶分类分选，通过粉碎机粉碎成面积为0.09 cm2的片状。将100.0 phr废旧PET瓶片、7.0 phr硬脂酸盐和1.5 phr邻苯二甲酸酯加入球磨机中，控温60 ℃，在200 r/min的转速下球磨30 min，烘干过150 μm筛，得到改性PET粉末。将废旧衣物消毒烘干，去除非柔性部件，撕碎成块，改性处理，开松成絮，风送入仓，制得改性衣物纤维絮。将改性衣物纤维絮与改性PET粉末混合后，放入高速搅拌机中，控温110 ℃，转速为600 r/min，搅拌时间40 min，得到改性混合主体料。将乙烯类共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯7 phr，氢氧化铝20 phr，颜料5 phr，4,4′-亚甲基双（2,6-二叔丁基苯酚）4 phr，双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯4 phr，聚乙烯蜡乳液5 phr混合后，放入高速搅拌机中，控温130 ℃，转速为600 r/min，搅拌时间20 min，得到混合增强料。将改性混合主体料与混合增强料放入高速搅拌机中，控温200 ℃，转速为1 000 r/min，搅拌40 min，熔融复合得到混匀熔体。使用双螺杆造粒机对混匀熔体进行造粒，螺杆转速为300 r/min，喂料转速400 r/min，挤出温度180 ℃，得到复合颗粒。使用双螺杆挤出机将冷却后的复合颗粒挤出成型，螺杆转速20 r/min，挤出温度180 ℃，螺杆油温度70 ℃，模具温度200 ℃。将复合颗粒挤出成型、注塑成型或模压成型，定长分切，自然冷却至室温定型，得到废旧衣物与PET瓶片复合板材。经过原料改性处理，PET与废旧衣物纤维絮的相容性以及界面相互作用力增强，具有很好的黏性。复合板材弹性模量、抗压、抗拉、抗弯、抗疲劳强度等力学性能提高，可耐受-40～70 ℃的环境，并在高温条件下不易变型和氧化分解，耐磨性强，尺寸稳定，含水率和吸水率低，使用寿命长。

周美珍等［14］以废旧聚苯乙烯泡沫塑料为主要原料，经过预处理、溶解、在混合溶剂中的过滤搅拌、乳化、分散、过滤等步骤，使用体积比为3∶2∶1的二甲苯、乙酸乙酯、丙酮作为混合溶剂，以十二烷基苯磺酸钠/壬基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂（OP-10）作为乳化剂，选用邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂，采用正交试验法进行实验，得出涂料的最佳制备条件：泡沫塑料8 g，混合溶剂35 mL，邻苯二甲酸二丁酯1.5 g，乳化剂OP-10 1.2 g和十二烷基苯磺酸钠0.3 g。所制乳液涂料在常温条件下的防水防腐性能好，黏附力大，抗冲击力强且涂膜光亮，并且生产成本低廉，制备工艺简单。

废旧塑料还可以通过热分解油化技术、超临界水油化技术以及共焦化技术进行分解处理，得到如乙烯、苯乙烯、焦油等化工原料和燃料油、液化气等燃料，实现废旧塑料的资源化利用和无害化处理［15-16］。综合利用废旧塑料可以减少环境污染，促进绿色循环低碳发展，提高资源循环利用率。