廢棄塑料處理和回收利用研究進展

蔣寧 趙騰 裴桐鶴 相晨宇 李秋林 劉亞冰

【摘?要】隨著時代的發展，在我們享受著塑料制品帶來便利的同時，又不得不面對每年數千萬噸的塑料廢棄物。本論文主要介紹一些廢棄塑料的分類，處理和利用方法。

【關鍵詞】塑料分類;廢棄塑料處理;回收利用;功能材料

早在20世紀80年代，塑料的總產量就已經超過金屬材料。到2004年為止塑料的全世界總產量已經超過1×109噸[1]。我國的塑料工業在進入上個世紀90年代后才開始飛速發展，1998年塑料衍生品的產量增至15×106噸并且逐年增長，到2010年已經達到5.8×107噸，我國已成為國際上塑料制品的生產大國[2]。

1.塑料的分類

自1907年比利時人貝克蘭實現了酚醛樹脂的工業化生產之后，各種工藝合成的塑料產品便大量出現，常用的塑料分為通用塑料和工程塑料。根據組成不同又可以分為以下幾種：（1）聚對二甲酸乙二（醇）酯（簡稱PET或PETP），它是對苯二甲酸與乙二醇的縮聚物，呈乳白色或淺黃色的，透明，不透氣，不透水。生活中是透明礦泉水瓶。（2）聚乙烯（簡稱PE）由乙烯單體經過自由基聚合而成的復合物。PE樹脂是無味、無毒的白色粉末或顆粒，外觀呈乳白色，PE膜的透水率低，但是透氣性較大，適用于防潮包裝。（3）聚氯乙烯（簡稱PVC）由氯乙烯單體經過自由基聚合而得的聚合物，是20世紀60年代以前產量最大的樹脂品種之一。是一種白色或淡黃色的粉末，難燃，在火焰上能燃燒，離火即熄滅，是良好的醫用材料。（4）聚丙烯（簡稱PP）由丙烯單體經過自由基聚合而成的聚合物，具有良好的電絕緣性、耐化學腐蝕性、無毒、無臭和無味。聚丙烯樹脂為白色蠟狀固體，易燃。聚丙烯主要由于汽車配件的制造，比如保險杠和輪殼罩，生活中的聚丙烯塑料制品的回收大多是汽車上的塑料。（5）聚苯乙烯（簡稱PS）由苯乙烯單體經過自由基聚合反應合成的聚合物。聚苯乙烯無色、無毒和無臭，其最大的優點是透光性能優異，多用于一般光學儀器、透明燈具、燈罩等。

2.廢棄塑料的主要回收及利用方式

塑料制品在工農業生產、日常生活中是十分常見的材料，且每年的塑料制品的產量也在日益增長，使用之后形成的白色污染如何回收和利用也成為科學研究的熱點，白色污染是我們急需要解決的問題。目前，回的收廢棄塑料多數是工程廢棄塑料，作為消費品形成的消費廢棄塑料的回收利用問題仍需要解決。

2.1 廢棄塑料的傳統回收法

文獻資料顯示，廢棄塑料的通常回收處理方法有兩種[3]。（1）填埋法。此法具有成本低，對空間的利用效率低等特點，是一種在世界范圍內被普遍使用的廢棄塑料處理方法。但該方法即增加土地資源高效利用的負擔還污染土壤，妨礙地下水的滲透和流通。因此，大量填埋塑料垃圾并不是一種高效的、可持續的廢棄塑料處理方法。（2）焚燒法。這種處理方法具有高效性、可大量處理、成本低等優勢，而且有機物有可燃性并能放出熱能。但在燃燒時會產生CO、HCl、HCN、氰化物等有害物質造成環境的二次污染，成本也比較高。

由此可見，找到一種行之有效的方法集中處理廢棄塑料并將其變廢為寶就變得尤為重要并且意義重大。

2.2 塑料廢棄物傳統利用

塑料廢棄物回收利用是收集廢棄塑料、再加工或者重新制造出新的產品并向市場推出這些產品的過程，具體方式如下：

（1）生物回收，指的是利用微生物，如細菌、真菌、酵母等去降解這些廢棄物，然后進行再利用。（2）機械回收，主要是將一些熱塑性塑料如PE、PP、PET等，轉變為可以二次使用的原料。主要包括以下幾個步驟：收集、辨別、分類、碾壓、清洗、干燥、分離、研磨、微粒化。在回收的過程中，塑料的化學結構沒有什么大的改變。（3）化學回收指的是將這些廢棄塑料轉變為單體或者碳氫化合物，這些產物主要用來再次合成塑料或者用于別的化學合成。

回收再利用這些廢棄物不僅可以為再消費提供原材料，而且有利于降低人們對日益減少的自然資源的依賴。

3.塑料廢棄物回收利用新技術

隨著科學技術的不斷進步，開發回收再利用的新市場，尤其是將這些廢棄塑料轉變為高附加值的功能材料，如各種結構新穎的碳材料等等，將有可能對今后廢棄塑料的回收再利用起到一定的促進作用。

（1）以回收利用的塑料為有機原材料，與過渡金屬結合制備金屬有機骨架材料。2019年，陳永新將廢棄塑料預處理得到對苯二甲酸，與多金屬氧酸鹽（polyoxometalates，POMs）及過渡金屬配合物陽離子結合，形成PET-Z-POMOFS多空網絡結構材料，可用于作為光催化降解材料，但此技術仍僅限于實驗室技術[4];（2）塑料及相關有機材料在壓力下的碳化。近年來，基于有機材料制備結構新穎的碳材料的研究備受關注，比如碳纖維、富勒稀、碳納米管、石墨稀等，這些結構新穎的碳材料的制備方法大部分是通過高溫處理有機前驅體來獲得的。

4. 結論

現有的廢棄塑料處理方式都有著這樣或者那樣的弊端，加之塑料制品應用之廣、產量之大、種類之多，在未來一段時間之內廢棄塑料數量的劇烈增長會給人類賴以生存的環境造成巨大的沖擊。因此，探尋行之有效的方法將其變廢為寶尤為重要且意義重大。

參考文獻：

[1]奧斯瓦爾特·鮑爾·布林克曼 奧伯巴赫·施馬赫騰貝格·國際塑料手冊·任冬云·第四版·化學工業出版社，2010（6），32-34.

[2]張玉龍 孫敏·塑料品種與性能手冊[M]·北京：化學工業出版社，2012（2）327-333.

[3]王文廣 田雁晨 呂通建·塑料材料的選用[M]·北京：化學工業出版社，2007（2）15-22.

[4]Chen Y.J.，Lan Y. Q，et al，Polyoxometalate-Induced Ef?cient Recycling of Waste Polyester Plastics into Metal–Organic Frameworks，Cite this：CCS Chem. 2019（1），561–570.

全國大學生創新創業項目（202010191075）

（作者單位：吉林建筑大學材料科學與工程學院）