废旧聚苯乙烯高效利用技术研究进展

2021-12-02高萌李勋章凌佳辉宫贵贞

安徽化工 2021年6期

高萌，李勋章，凌佳辉，宫贵贞

（徐州工程学院材料与化学工程学院，江苏徐州221018）

聚苯乙烯塑料具有成本低、质量好、传热系数低、机械性能良好、易着色、耐酸碱、防潮防震、稳定性好、透明性好等众多特点，其主要应用于外包装、隔热、防潮、减震材料以及快餐等行业。很多聚苯乙烯塑料经过一次使用后被丢弃，因其难降解，形成严重的“白色污染”。在资源日益匮乏的未来社会，可持续发展的理念尤其重要。废旧塑料的回收再利用，使其变废为宝，不仅有利于实现资源的循环利用，且能更好地解决环境污染问题。本文就废旧聚苯乙烯（WPS）塑料回收再利用的研究进展进行综述。

1 高效利用技术

1.1 制备生产建筑材料

将WPS制得建筑材料，具备隔热性好、隔音好、质量轻及较高强度等特点，是WPS很好的回收利用方法。Masri等将泡沫聚苯乙烯与三种不同粒径的棕榈叶碎末进行混合制备建筑复合材料，考查了复合材料的体积密度、弯曲模量、最大应力和导热系数，并用扫描电子显微镜对其形貌进行了表征。结果表明，该复合材料具有良好的纤维-基体界面结合状态，弯曲模量和最大应力分别为0.78 GPa和2.84 MPa，密度在542～824 kg/m，平均热导率0.11～0.16 w/m.K，其可作为一种良好的隔热材料应用于建筑领域。

1.2 制取有机高分子吸附剂

将WPS转化为吸附剂是一种经济有效的处理方法，同时为废水修复提供材料。与无机吸附剂相比，有机高分子吸附剂具有用量少，吸附速度快，并存盐的影响小，pH值和温度低，产生的污泥量少，以及带有各种带电基团等优点。因此，广泛用于石油、印刷和造纸、染色、食品和化学工业等废水的处理。Zhuang等将WPS制备成膜用于气体的吸附（图1）。Chaukura等用WPS为原料合成共轭微孔聚合物，并用浓硫酸活化表面引入磺酸基团。

图1 WPS制备吸附膜

材料的表面化学显示芳香族-C-H和脂肪族-CH-的伸缩振动都有所下降，确认交联成功。该吸附剂热分解温度高于300℃，表面不均匀。未磺化和磺化改性的吸附剂BET表面积分别为752 m/g和510 m/g。孔隙分布范围从中孔到微孔。未磺化和磺化改性的吸附剂对刚果红的最大吸附量分别为500 mg/g和357 mg/g。Paula等经碳化和活化两步制得活性炭，BET表面积高达2 700 m/g，孔容为1.2 cm/g，以小中孔为主，吸附亚甲基蓝的最大吸附量为1 mg/g，如图2所示。

图2 WPS制备活性炭吸附亚甲基蓝

1.3 制备离子交换树脂

离子交换树脂广泛应用于水处理、食品、化工生产等行业，具有优良的性质，吸附能力强，并且可再生使用。WPS可通过磺化作用，在苯环上引入磺酸离子，制成强酸性离子交换树脂；通过傅克酰基化、季胺化等反应，可制备阴离子型交换树脂。

1.4 制备燃料油或化学品

WPS可以通过热解、干馏、超临界等技术分解为燃料油和化学品替代化石资源。Hadi等考查了CuO/高岭土和纯高岭土于400℃和450℃下催化WPS的热解反应，催化裂解产品收率为85%～99%，高于非催化热解，热解温度400℃下的产率低于450℃下的产率，450℃下催化裂解产生更多的热解油。这些油含有许多芳香物质碳氢化合物，但CuO/高岭土热解产生油中含85%萘和大约13%的苯乙烯。

1.5 制备热储能材料

热储能可以解决热能供需之间在时间和空间不匹配的问题。“潜热储能材料”由于其高储能性密度和化学稳定性，在各种工具中得到了广泛的研究。Liu等用FeCl催化WPS的超交联反应，产物作为形状稳定的热能存储保持材料，实现了原位相变材料封装方案。石蜡的封装率为68.7%，无泄漏。在该方法中使用的路易斯酸催化剂能够被转化为相应的金属氧化物。通过简单的碱处理，不仅减少了繁琐的金属物质分离步骤，而且使外部导热系数提高，与石蜡相比，导热系数提高了61.0%。

1.6 制备电材料

WPS经化学处理制备成多孔碳材料，由于其具有大比表面积、高导电性和良好的电容性能，可以作为超级电容器及其他电池材料。Zhang等以WPS为碳源，在二氧化硅存在下通过Friedel-Crafts反应制备了一种简便有效的三维网状多孔炭，其具有高达620 m/g的比表面积，制备多孔材料电流密度为1 A/g时碳的电化学容量约为208 F/g。在1 024.4 W/kg的功率密度下，可获得22.5 W·h/kg的比能量。同时，在电流密度为5 A/g时，经5 000次循环，电容保持率为94.3%。Urgunde等用丁硫醇镍油墨催化WPS制得石墨碳，用做双电层电容器，电流密度为1 A/g时电化学容量约为158 F/g，经10 000次循环，电容保持率为90%，如图3。

图3 WPS制备电容器

1.7 生产油漆

将废旧聚苯乙烯和松香、甘油、氧化锌加入到溶剂中溶解，可制得聚苯乙烯改性树脂,再加入填充料和着色剂，然后经研磨过滤操作，可制成各种类型PS快干漆。该制品干燥快，化学稳定性好,可应用于各种设施的防腐。

1.8 制备涂料

聚苯乙烯支链上带有苯基，同时又具有比较饱和的C-C键惰性结构，因此具有优良的化学稳定性，能在酸性、碱性和其他条件下保持原有的性质不变，同时具有优异的着色性能，是防腐涂料的良好基体材料。肖鑫等对WPS结构进行改性，制备了具有广泛性能的防腐涂料，生产工艺简单，生产成本低，涂层附着力好，化学稳定性好，可适用于建筑墙体的装饰和钢件的防腐处理。