今天很多塑料其实无法回收

大量废塑料进入垃圾场

你或许以为,只要我们尽可能地把饮料瓶、塑料袋和酸奶杯等从其他垃圾中分拣出来,或者尽可能多地让塑料垃圾进入蓝色的分类垃圾桶,就会让塑料远离填埋场和海洋。但实际并非如此。今天大多数塑料都是无法回收的,它们最终还会被填埋或进入海洋。

只有很少一部分塑料能被回收

塑料回收 难度很大

塑料回收利用听上去很好,但做起来很难。现在很多塑料都不可回收。食品包装膜因是多层不同塑料的复合材料,若要回收,不同塑料很难分开:塑料购物袋因过于轻薄,在传送带上很容易与其他材料纠缠在一起;酸奶杯和其他物品中包含的聚丙烯塑料通常也不会被回收;回收一堆包含各种聚丙烯的“大杂烩”。会产生一种黑色、难闻的聚丙烯塑料,制造商不愿使用。

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通常只有两类塑料被回收。其一是装饮料的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET);其二是装牛奶和清洗剂的高密度聚乙烯(HDPE)。目前这两类塑料加起来只占全球塑料垃圾总量的大约1/4。而且,当这些塑料被回收时,它们的用处也不大了。因为回收PET塑料,需要重新熔化,这会改变PET塑料的性能。因此,必须添加全新的PET与回收的PET混合,才能制成结实的最终产品;而回收混合的杂色HDPE碎片所产生的一种暗色塑料,只能用于生产公园长椅和垃圾桶,因为只有这类东西才对颜色的要求不太高。

塑料回收的难度之大,正是世界上到处都有塑料垃圾的一大原因。据统计,2018年美国回收塑料垃圾2700万吨,但其中被再生利用的只有300万吨。而在全球的总共630亿吨塑料垃圾中,只有9%被回收利用,另外12%被焚烧,其余近80%都堆在垃圾场中或进入水体。

通常只有以上两类塑料能被回收

现在,就连在世界上最高的喜马拉雅山山顶和最低的马里亚纳海沟底部部被发现有塑料垃圾的存在。难怪科学家疾呼:必须尽快减少塑料垃圾!有人提议,用生物可降解材料替代塑料。但这些替代材料往往不如普通塑料结实,而且价格昂贵。由于塑料垃圾不可能会很快降解、消失,因此目前看来不可能采用单一方法来解决塑料垃圾的难题。为此科学家正在努力搞清这些塑料垃圾的来龙去脉,研发各种塑料回收再生的方法。现在,其中一些技术有可能较快被投入应用,另一些则仅在实验室研究中曙光初露。

甘蔗渣制成的一次性杯子

系列溶剂 分拣塑料

塑料回收的最大难题之一,就是每一种塑料都必须被分门别类地进行处理。有科学家形容道,大多数塑料之间就像水与油那样不相混合。例如,清洗剂的瓶体为聚乙烯(PE),盖子为聚丙烯(PP)。如果把这两种塑料一起熔化,再做成瓶子,那么瓶子会非常易碎,完全没法使用。

因此,塑料垃圾回收利用的第一步就是通过人工和机器对这些塑料垃圾进行分类,然后进行滴洗、碾碎、熔化和重塑。这样处理一些简单的塑料垃圾(如饮料瓶和牛奶罐)很有效,但无法处理像消毒剂罐(罐体、曲柄和盖子分别采用不同品种的塑料生产)这样的塑料制品。包含多层不同塑料的食品包装膜(复合材料)最难处理,因为想分开这些不同的层太难。全球每年生产1亿吨食品包装膜,它们被弃后无法再利用,只能进入垃圾填埋点和自然界。

为解决回收混合塑料的问题,一个科学团队发明了一种应对复杂的混合塑料的新技术。该技术采用一系列的溶剂,从45复合材料制品中分别单独溶解一种塑料成分。其中的关键技术是,必须选择合适的溶剂,每次只能溶解一种塑料。研究人员用该技术对一种由聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和乙烯-聚乙烯醇其聚物(EVOH)制作的阻氣膜(食品保鲜膜)进行试验:首先,将这种复合薄膜放在甲苯溶剂中进行搅拌,溶解掉PE层;然后,用一种叫作二甲基亚砜(DMSO)的溶剂溶解掉EVOH;再抽出剩余的PET薄膜。之后再从不同的溶液中回收其他两种塑料。

这一技术几乎可从复合膜中回收所有类型的塑料。对回收的PE、PET和EVOH的材料进行测试后显示,这种溶剂清洗法对每种材料的回收率超过了95%。这表明,这些溶剂可被用于剥离比包装膜更大型的塑料部件。因此,至少从理论上说,通过该技术可分别回收像消毒剂罐和其他不同形状、大小的复合塑料容器中的塑料。

该团队的下一步计划是寻找能溶解更多塑料种类(例如聚苯乙烯和发泡聚苯乙烯)的溶剂。但要让该技术有效分离所有复杂的混合塑料,还需要做大量的工作。

塑料容器上的数字代表什么?

许多塑料产品都在一个标志回收的三角框内标注有一个数字,然而,只有标注数字1(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和数字2(高密度聚乙烯)的塑料产品才能被广泛回收,其余塑料产品通常都透入垃圾场,不被回收。

PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)

包括装水和软饮料的塑料瓶、沙拉盒、饼干托、沙拉酱和花生替容器。

HDPE(高密度聚乙烯)

包括装牛奶和果汁的塑料瓶、冷藏袋、装洗发水和去垢剂的塑料瓶。

PVC(聚氯乙烯)

包括装化妆品的塑料容器和商用保鲜膜。

LDPE(低密度聚乙烯)

包括挤压成型的塑料瓶和塑料袋、保鲜膜及垃圾袋。

PP(聚丙烯)

包括微波炉用盘碟、装冰激凌的塑料盒、装奶酪的塑料容器和清洗剂瓶盖。

PS(聚苯乙烯)

包括CD碟片盒、一次性塑料杯、塑料餐具和录像带盒子。

其他类型的塑料

包括水冷却瓶、柔性薄膜和复合塑料包装材料。

新型增容剂 提高结合力

或许还有一些化学方法可以让多层膜和其他塑料混合物能被回收利用。一种被称为“增容剂”的添加剂有助于不同塑料的混合,因此,未经分类处理的塑料可被视为一体来处理。但没有什么“万能”增容剂能让每一种塑料都能混合在一起。现有的增容剂没有被广泛采用的原因是它们的效力不够,而且添加大量增容剂来处理塑料,成本高昂。

目前聚乙烯和聚丙烯这两种塑料加起来,占全球塑料总量的一半以上。一个科学团队为处理聚乙烯和聚丙烯开发了一种高效增容剂。这种新型增容剂夹杂有两段聚丙烯和两段聚乙烯,这种交替片段在塑料混合物中能抓取相同类型的塑料分子,从而把原本不能混合的聚乙烯和聚丙烯结合到一起。

由于新型增容剂中每个增容剂分子都有两个(而不是一个)聚乙烯和两个聚丙烯连接段,所以它的效力比之前那些增容剂的增容效果都更好。在首次测试中,该团队添加这种新型增容剂成功让聚乙烯段和聚丙烯段接合。这两种塑料原本很容易相互分离,但在它们之间添加这种新型增容剂后,不管怎样扯它们都不会分离。在第二次测试中,该团队将新型增容剂混合到聚乙烯和聚丙烯的混合物中,只需1%的新型增容剂就造出了强度很高的混合塑料。通常其他增容剂的浓度必须达到10%,才能把聚乙烯和聚丙烯结合起来。

目前,这种新型增容剂的研发仍在继续,距离实际应用还有一段时间。

化学回收 崭露头角

就算所有的塑料垃圾部容易被回收,也不能解决世界性的塑料再生难题。因为目前塑料的回收工作存在的一些难题,严重限制了可回收塑料的可用性。

首先,再生塑料会承袭原始塑料所有的染料、阻燃剂和其他添加剂的外观和品质。回收塑料实际上是一种非常复杂的混合物,很少有制造商能够使用混合了各种特性的再生塑料来制造新产品;第二,再加工过程会让塑料分子中的一些化学键断裂,从而影响再生塑料的强度和黏度。将塑料垃圾回收后再熔融重新成型塑料制品,就好比在微波炉内再加热比萨饼,加热后的比萨饼成分基本不变,但肯定不如新鲜比萨饼好吃。况且,塑料的回收利用次数是有限的,不能再回收利用的塑料,通常不得不被填埋处理。

要想解决这两个问题。可能得依赖于一种新的回收途径——化学回收。

组成塑料的分子叫作聚合物,聚合物是由更小的单体组成的。采用加热和添加化学试剂,有可能将聚合物分解成单体.再将这些单体与染料和其他添加剂分离,然后将纯净的单体重新聚合,成为性能良好的新塑料。化学回收就是在分子水平上将塑料分解。这是一种可以无限次生产纯新塑料的方法。

不同的塑料需要采用不同的化学回收方法,一些塑料比另一些容易被拆解。目前最有望采用化学回收的塑料是PET,因为PET最易被拆解。科学家正在尝试用微生物产生的酶来分解PET。一种叫复合角质酶的微生物能分解植物叶面的蜡质覆层,而这种酶也能把PET分解成单聚物——乙二醇和对苯二甲酸。

這种复合角质酶就像是—把分子剪刀。但因为这种酶是为了分解植物材料而非分解塑料而进化出来的,所以对于拆解塑料来说它并不理想。为了让它更好地拆解PET。科学家重新设计了复合角质酶的活性部位,即沿着PET对接点位用另一些氨基酸替换原来的氨基酸。他们用经过修改的复合角质酶处理PET塑料瓶之类的彩色塑料片,对每克PET施加3毫克这种酶,结果显示:在大约10小时内90%的塑料片被分解。与之对比,用未经修改的复合角质酶处理,只有50%塑料片被分解。科学家运用修改过的复合角质酶处理对苯二甲酸单体,结果制造出了和原来塑料瓶一样结实的再生塑料瓶。目前,对PET的化学回收已经产业化。

其实,化学回收在过去三四年中已开始崭露头角,但大多数化学回收技术因为成本高昂或耗能高而无法投入商用。

微生物和酶类为降解塑料带来了希望

微生物来帮忙

由微生物自然产生的一种酶对聚对苯二甲酸乙二醇酯的分解率约为50%。这种酶的修改版本的分解率达到80%以上。若将对每克PET采用1毫克酶增加到3毫克,分解率更高——达到90%。

可控反应 尚待未来

像聚乙烯和聚丙烯之类的其他塑料,很难通过化学回收进行分解。例如,拆解聚乙烯分子所需要的温度超过400℃。在如此高温下,化学过程十分紊乱。塑料分子的分解不可控,会产生一些复杂化合物的混合物,这些混合物可作为燃料但不可用于生产新材料。

一些科学家最近提出,可在比较温和的条件下,以更可控的方式来部分分解那些坚固的塑料,从而生产其他类型的有用分子。他们找到了一种方法,能把聚乙烯转变成烷基芳烃化合物,这类化合物可用作洗发水、清洗剂及其他产品中的生物可降解成分。在这一转变过程中,聚乙烯被置入温度设定在280℃的反应器,在包含铂纳米颗粒的催化剂的条件下进行<cite 反应。

聚乙烯是一种长链分子,其中氢原子连接到可长达上万个碳原子的一根聚合分子主链上。铂能很好地打断碳—氢键。而在反应器中产生氢,铂催化剂则利用氢来打破分子主链上的碳—碳键,实际上就是把主链砍成小段。因为这一反应的温度只有280℃,所以反应可控、有序,被砍成的分子短链每节只有大约30个碳原子长度。这些“碎片”接著组合为烷基芳烃化合物特有的那种六边环结构。

在反应器中经过24小时后,大多数产物都是液体,而大多数液体都是烷基芳烃类。在实验中,一只低密度聚乙烯塑料袋中大约69%的塑料被转化为液体,一只高密度聚乙烯瓶盖中大约55%的塑料被转化成液体。反应过程中产生的烃气可被用来产生热量,推动塑料再生工厂中的化学反应。

目前,这种可控反应仍停留在实验室阶段,和其他许多塑料再生思路一样,距离商业化操作还很远。科学家指出,解决塑料回收难题需要多管齐下,多种技术并用。

将塑料废物转化为有用产品

让塑料不再一次性

今天生产的塑料因从来就没有被设计成可以多次使用的,这就是让塑料回收(尤其是让回收塑料崭新如初)非常困难的原因所在。科学家正在思考:下一代塑料该是什么样的?怎样设计出永远不会进入垃圾场的塑料?怎样设计一种聚合物,在有需要时立即分解它?

最近,有科学家正在设计一种名为PDK(聚二酮烯胺)的聚合物。PDK能够在相对温和的条件下让化学键断裂,断裂反应所需能量强度远低于目前分解任何塑料所需要的能量强度。只需把塑料浸入pH值为1或2的一种酸性溶液中,就足以断开其单体之间的键。PDK单体可被用来无限次地制造新的塑料。

常用的塑料(例如PET和聚乙烯)都很便宜,因此让这些塑料能真正回收利用在商家看来并无必要,毕竟生产这些新塑料便宜,而回收塑料反而贵。现在,真正意义上的回收塑料依然是科学家的一个梦想。但再过几十年,破解全球塑料危机或许不会再是纸上谈兵。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午8:58。
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