塑料回收技术知识详解

塑料回收技术知识详解
目前，实现双碳目标、减少塑料污染、促进循环经济的发展成为全球关注的重点。

为此，包括美国、欧盟、中国等在内的国家和地区均提出了相应的解决方案—废塑料回收再利用：将废塑料经过科学的回收加工过程，得到可重新利用的再生塑料或清洁能源。

废塑料的回收再利用是能够有效减少塑料污染的重要方法之一。

一、塑料回收技术介绍
随着科学理论研究不断深入和工艺技术水平快速发展，多种塑料回收技术被提出并付诸实际应用。

目前，初级回收（二次挤出）、二级回收（机械回收，也称物理回收）、三级回收（化学回收）和四级回收（能量回收）是目前较为普遍的四种回收工艺技术。

1、初级回收（二次挤出）
初级回收，也称为二次挤出（Re-extrusion）或闭环回收（Close-loop recycle），仅仅适用于与原生材料性质相似，且未受到污染的废弃塑料，多为原生塑料生产厂中已被确认为干净的废弃边角料。

该回收方法通过收集单一、干净的塑料碎片并将其重新熔融挤出，能获得与原塑料性质相似的回收塑料。

此方法工艺简单，工艺花费低，能够将废弃的塑料重新加工成塑料产品，提高企业的经济效益，但由于其对于原材料的选择具有较强限制性，因此通常较难实现大批量塑料的回收。

初级回收工艺流程图
2、二级回收（机械回收）
机械回收（Mechanical recycle）在20世纪70年代已经开始推行和商业化，主要是指利用机械手段将固体塑料废物回收成塑料产品，通过分拣、粉碎、清洗、干燥、重新造粒、固相增粘等技术手段，重新制备特性相同/相似的塑料产品，实现废弃塑料的回收再利用。

在机械回收中，对塑料的分离、洗涤和制备是其中的关键。

以PET塑料为例，其一般工艺如下图所示：
机械回收工艺流程图
（1）粉碎：将大片状的塑料剪切或锯切，进一步将其粉碎成小片状的塑料片。

（2）人工筛选/浮选/磁选/光选等：不同类型的塑料片根据其外观/密度/性质/光学性能等的不同在流水上进行筛选和除杂，将筛选后的所需的塑料碎片输入进下一阶段。

（3）清洗和干燥：清洗手段包括热水洗、碱-表面活性剂清洗、摩擦清洗等，通过不同的清洗手段尽可能将塑料上的污染物清除干净，并通过风干去除塑料中的水分。

（4）熔融挤出：高温使塑料熔融，然后将其以颗粒的形式挤出，生产出单聚合物塑料。

（5）固相增粘：固相增粘分为连续式和间歇式，主要经过结晶-干燥-预热-增粘等工艺，在真空或高纯氮的情况下将单体进行缩合聚合反应，增加再生塑料的粘度、提高再生塑料的分子量和进一步去除其中的污染物。

然而，机械回收也存在较为明显的不足：通常只能用于单一聚合物材质的塑料，且回收前的塑料废弃物成分越复杂，污染越严重，越难通过机械回收的方式去除其中的杂质。

此外，机械回收过程本身也易导致塑料在回收工艺过程中的降解：由于聚合物形成的化学反应多为可逆反应，因此在回收过程中易收到温度、酸碱性、光氧化、机械应力的影响，使长链的聚合物发生降解成小分子化合物，从而导致塑料性能的下降，并可能伴随有新的污染物产生，虽然采用固相增粘能够有效提高再生塑料的分子量，但其成本也会相对较高。

3、三级回收（化学回收）
如图所示，化学回收(Chemical recycle)主要指通过催化将塑料分解为中间体或单体，这些中间体或单体既可以用来合成具有初始材料性质的塑料（闭环回收），也可以用于合成另外的材料（开环回收或升级回收）。

目前，化学回收中常用的分解方法溶剂分解、热解和气化等，而针对目前最普遍的塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），最常用的化学回收方法是溶剂分解，包括有醇解、氨解、水解、糖酵解。

醇解：主要是指部分种类塑料在醇介质中在高温高压下发生降解，通过控制温度、压力、催化剂、醇的种类等关键参数，可以获得多种不同特性的材料。

其中，常用的醇条件有甲醇、超临界乙醇、正丁醇、亚临界/超临界异辛醇等；常
用的催化剂有酸和碱、金属氢氧化物、氧化物和盐。

氨解：主要是指部分种类塑料在20℃-100℃下在有机胺（主要是甲胺、乙按、乙醇胺和无水正丁胺、）条件中发生键断裂，生成相应的单体，对于此反应，在动力学上常需催化剂或微波辐射技术来促进反应的进行。

水解：水解主要是通过“攻击”塑料一个水分子，使一个酯键的链断裂，形成一个羧基。

常规的水解反应需要较严苛的条件，包括200℃-250℃，压力在1.4-2 MPa之间和较长的反应时间，它既可以发生在酸性的环境下，也可以发生在碱
性或中性的环境下。

糖酵解：是指部分塑料的酯键发生降解被羟基官能团取代，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的糖酵解需要与合适的乙二醇等反应等到对苯二甲酸双羟乙酯或其他寡聚物，为了促进糖酵解的发生，常用的技术手段有有加入催化剂（氧化钙、纳米颗粒催化剂等）、水热条件和微波催化等。

化学回收工艺流程图
4、四级回收（能源回收）
能源回收(Energy recycle)是指利用塑料燃烧时产生的热量、蒸汽和电力形式等能源。

由于塑料在燃烧时具有很高热值，且在燃烧时产生水和二氧化碳和其他石油基燃料相似，因此被认为是可利用型能源。

一般认为，塑料在焚烧后能减少90％-99％，能有效缓解废弃塑料的环境污染问题。

目前较常用的能量回收工艺有三种：
（1）炉排技术（垃圾直接一级燃烧共焚烧）
对于城市收集的废弃塑料，除了金属外，能利用大约850℃进行焚烧获得重复使用的炉渣和9-13（兆焦耳/公斤）能量，在美国拥有超过190个焚烧炉，而在欧洲中，德国拥有超过53个焚烧炉，超过1070万吨/年的处理能力。

可通过此技术有效减少化石燃料的消耗。

（2）流化床和二级焚化
鼓泡流化床一般是常用于高塑料成分生活垃圾燃烧中，是指在475℃和64 bars的过热蒸汽条件下，通过优化催化剂的种类比例、能够有效的减少包括NO 和CO等气体的释放。

（3）回转窑和水泥窑燃烧
回转窑焚烧的主要技术之一是BSL技术，能够将固体、流体和气体废塑料流加工成有用的原料和能源，可加入天然气使废塑料在回转窑中直接燃烧，主要用于处理富含高氯化的废塑料混合物。

此外，学者们还在对其他回收技术进行研究，例如生物回收技术，有学者成功利用生物酶降解PET，再进行同级或升级回收。

然而，塑料在燃烧过程中容易产生一些污染物例如挥发性有机化合物、烟雾（颗粒物）、颗粒结合重金属、多环芳烃、多氯二苯并呋喃和二噁英等，目前针对这些污染物常用的消除方法主要有：
（1）向燃烧室通氢；
（2）烟气冷却；
（3）酸中和；
（4）活性炭添加或过滤。

此外，能源回收碳排放量高、耗能高，不利于双碳目标的实现。

二、不同回收工艺的比较
不同的回收工艺在适用性方面各有其优缺点，本文对以上四种不同回收工艺进行了比较，企业可根据其所需要回收的塑料材质种类、再生后的塑料用途、技术水平、资金投入等实际情况选择适当的回收工艺。

不同回收工艺的比较。