廢棄EPS塑料烤煙育苗漂盤的回收再利用*

郭得敏 景浩 熊巍

（西藏自治區(qū)煙草專賣局（公司），西藏 拉薩 850000）

聚苯乙烯（Expanded polystyrene，EPS）塑料具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高和易成型等特性，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)一次性包裝材料。2016年，全球生產(chǎn)的苯乙烯和EPS 的量達(dá)到1470 萬公噸和660 萬公噸［1］。過去十年，聚苯乙烯（Polystyrene，PS）占到全球塑料廢棄物量的10%，由于對(duì)其回收利用率較低，EPS 塑料廢棄物已經(jīng)成為主要的塑料廢棄污染物之一［2］。不合理的處置或者焚燒EPS 塑料會(huì)導(dǎo)致大量的有毒有害化學(xué)物質(zhì)滲入環(huán)境，或者產(chǎn)生大量的有害氣體如Cox，NOx和SOx等［3］。EPS 的單體苯乙烯（Styrene）是潛在致癌物，并且其對(duì)胃腸道、腎和呼吸系統(tǒng)具有毒性作用［4］。目前，對(duì)于EPS 塑料的回收再利用手段有限，主要通過熔融減容以后存儲(chǔ)在倉庫或者被掩埋或者被焚燒，未能有效的回收再利用，致使資源浪費(fèi)、環(huán)境污染。因此，如何科學(xué)合理的回收再利用廢棄EPS，成為綠色可持續(xù)發(fā)展面臨的重要問題。

EPS 塑料的熱值高，為了可持續(xù)的回收和再利用廢棄的EPS 塑料，可以用EPS 塑料生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品或者燃料，也可以與水泥或其它建筑材料混合，制造具有隔熱效果的輕型水泥。此外，還可以利用廢棄EPS 塑料制造復(fù)合材料、活性炭、碳納米管、膠黏劑等。為持續(xù)、高效的回收利用廢棄EPS塑料/EPS 漂盤，本文從EPS塑料潛在可行的6種利用途徑進(jìn)行系統(tǒng)綜述，以期為廢棄EPS塑料的合理回收利用提供參考。

1 廢棄EPS塑料制造建筑材料

從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度來說，混凝土是一種較為合適的載體去處理各種廢棄物。輕型混凝土（light?weight aggregate concrete，LAC）是近來年開發(fā)出的一類新型的建筑材料，是將常規(guī)混凝土中的骨料如石塊全部或部分替換為輕質(zhì)的材料如蛭石、膨脹珍珠巖、木材和塑料等制成容重范圍在800kg/m3至2000kg/m3之間的混凝土，由于其具有質(zhì)輕、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等特性，成為用途廣泛的新型建筑材料。EPS 廢棄塑料摻入的C 形板狀LAC 產(chǎn)品，抗壓強(qiáng)度大于35MPa，抗彎強(qiáng)度增加了31.5%至45.7%，并且使得產(chǎn)品的自重降低了20%［5］。非結(jié)構(gòu)性的輕型混凝土預(yù)制塊狀成品作為一種保溫和填充材料廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域［6］，這種混凝土預(yù)制件一般具有多孔的海綿結(jié)構(gòu)，以便空氣進(jìn)入，從而起到降低體積和重量，達(dá)到保溫的效果。

2 廢棄EPS塑料制造復(fù)合材料

木塑復(fù)合材料（Wood-Plastic Composite material，WPC）是一種將木粉或植物纖維與熱塑性塑料混合后，經(jīng)過物理和有機(jī)化學(xué)反應(yīng)聚合而成所制成的新型塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。傳統(tǒng)的WPC 主要用木粉作為填充材料，此外還會(huì)加入其它木質(zhì)纖維素填料，以增加其強(qiáng)度。近期，研究者將填充料的研究轉(zhuǎn)向于從農(nóng)業(yè)廢棄物中回收的大量生物質(zhì)，如谷殼、椰子殼和椰棗葉等作為木粉的替代材料［7］。Chun等利用玉米殼和EPS開發(fā)出一種新型的WPC材料，產(chǎn)品的抗張強(qiáng)度和吸水能力會(huì)隨著EPS 添加量的增加而下降，當(dāng)材料中EPS 的添加量從40wt%增加到70wt%時(shí)，產(chǎn)品的抗張強(qiáng)度和吸水能力分別下降52%和47%；當(dāng)EPS 的添加量為40wt%時(shí)，材料的抗張強(qiáng)度為17 MPa［8］。此外，回收EPS 塑料還可與廢棄的木材混合制作新型的刨花板，廢棄EPS 塑料可以作為木材顆粒的膠黏劑，且EPS 的加入可以顯著增加刨花板的耐水性，增加其耐用性［9］。

由于木塑復(fù)合材料重要的是由各種塑料、木粉組成，而且所有的塑料和木粉之間的密度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了木材表觀的密度，如此就導(dǎo)致木塑復(fù)合材料的表觀密度增加，改變強(qiáng)重比，從而導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用范圍受到限制。為此,我們可以通過向其他木塑復(fù)合材料中適量地添加一些發(fā)泡劑，進(jìn)而生產(chǎn)出其他木塑復(fù)合材料，來減少其整體的密度。發(fā)泡式木塑復(fù)合材料不僅具有木塑復(fù)合材料密度大的特殊優(yōu)點(diǎn)，也因?yàn)閮?nèi)部有良好的氣泡狀結(jié)構(gòu)，而具有鈍化裂紋的尖端、阻止裂紋擴(kuò)散的特征，從而使我們可以有效地解決木塑復(fù)合材料的延展性、脆性大和抗沖擊應(yīng)力低等缺點(diǎn)，并且有效地降低了其材料的密度，大幅減少了原材料的耗費(fèi)，提高了隔音、防火和保溫性能。

3 催化熱裂解廢棄EPS生產(chǎn)高附加值產(chǎn)物

催化快速熱解技術(shù)是熱轉(zhuǎn)化技術(shù)中具有潛力的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)的副產(chǎn)物包括固體生物質(zhì)炭和氣體產(chǎn)物，可以直接燃燒提供熱解部分熱量，或者將生物質(zhì)炭還田改善土壤質(zhì)量，具有環(huán)境友好的特點(diǎn)，適用于EPS 廢棄物的處置和利用［10］。（1）劉賢響等人通過分子裂解法的方式把epEPS 分子改變后形成了聚苯乙烯。影響因素EPS 氣體裂解率和催化苯乙烯反應(yīng)選擇性的影響因素主要可以包括兩個(gè)主要方面，即氣體反應(yīng)時(shí)間溫度及其持續(xù)反應(yīng)時(shí)間，催化氣體裂解和熱催化裂解反應(yīng)過程中，隨著氣體反應(yīng)時(shí)間溫度的不斷提高，裂解率和催化苯乙烯的反應(yīng)選擇性也可能會(huì)逐漸有所增大。而且,隨著裂解反應(yīng)時(shí)間的不斷推移，裂解反應(yīng)速率逐步不斷增大，苯乙烯的化學(xué)選擇性也不斷大大減少。（2）EPS 反應(yīng)催化劑在石油裂解的反應(yīng)過程中，催化劑的實(shí)際使用量由2.0%以上逐漸增加或達(dá)到8.0%時(shí)，裂解產(chǎn)油率由75%以上逐漸減少或達(dá)到61.2%，產(chǎn)油率相應(yīng)控制在90.0%以上［11］;該反應(yīng)催化劑的實(shí)際使用量與其反應(yīng)副產(chǎn)品中的α-二羥甲基對(duì)二苯乙烯的主要選擇性化學(xué)成分呈正比。（3）EPS 這種裂解制取方式所需要制取的三氯苯乙烯制品具有原料生產(chǎn)成本低、工藝步驟簡等幾大特點(diǎn),不僅由于能夠有效節(jié)約三氯乙苯，而且還由于能夠充分有利于利用空氣凈化工業(yè)環(huán)境,具有較高的工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)應(yīng)用效益。

4 廢棄EPS塑料制造多孔納米材料

廢棄的EPS 塑料可用來制作多孔的有機(jī)聚合材料，是良好的吸附材料，可以有效去除廢水中的有機(jī)污染物。León-Condés 等利用磺化作用將廢棄EPS 和氧化鐵納米粒子（iron（II）oxide nanoparticles，F(xiàn)eO-NPs）合成FeO-NPs+SWPS 復(fù)合材料，該材料具有較好的吸附性能［12］。隨后，該研究小組又利用γ 射線輻照廢棄的EPS 用以降低其聚合度，然后磺化經(jīng)γ 射線輻照EPS，將其作為氧化鐵納米粒子載體，該化合物可以用于去除紡織廢水中的靛藍(lán)胭脂紅染料，在30 分鐘的平衡時(shí)間內(nèi)，吸附容量最大可以達(dá)到20mg/g［13］。

近年來，研究者利用廢棄的EPS 塑料制備電紡納米纖維，該纖維材料具有較好的過濾與吸附作用，其主要作用有去除空氣中的溶劑，或者吸附污水中的植物油和機(jī)油，其對(duì)污水中油的吸附能力能夠達(dá)到124 g/g［14］，可以應(yīng)用于含油廢水的治理。Abdul 等利用電紡絲技術(shù)將廢棄的EPS 制成形貌控制的電紡納米纖維墊，該纖維墊的機(jī)械強(qiáng)度高、表面超疏水好，可以應(yīng)用于空氣中溶劑/揮發(fā)性成分的過濾［15］。Sow 等利用回收的PS 塑料通過溶液吹塑法合成高附加值的亞微米光纖，該方法選取環(huán)境友好的乙酸乙酯，合成的亞微米光纖可以應(yīng)用于油水分離［16］。

5 廢棄EPS塑料制造活性碳材料

活性炭主要是由各種合成煤、木質(zhì)、合成樹脂以及植物果殼等各種富含大量碳素的各種固體化學(xué)物質(zhì)等作為主要原料,經(jīng)過各種高溫加熱碳化、活化劑熱處理和特殊加工工藝制造而得合成,具有發(fā)達(dá)的彈性孔隙分子結(jié)構(gòu)和非常大的比重和表面積（500m2/g～3000m2/g）的化學(xué)特性。［17］。因而,活性炭在各種化學(xué)作用中對(duì)于液體、氣態(tài)環(huán)境中的無機(jī)或有害物質(zhì),以及橡膠、顆粒等均具有極強(qiáng)的吸附能力,使得其成為活性炭在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從上述的文獻(xiàn)報(bào)道可以看出，利用廢棄的EPS 塑料可以制備附加值較高的多孔活性炭材料，該材料具有較高的比表面積（2700 m2/g）和總孔容（＞1.4 cm3/g）［18］，可以用來作為吸附材料吸附化學(xué)成分，或者用來制備碳化學(xué)電極等。

6 廢棄EPS塑料制造膠黏劑

制作膠粘劑也是廢棄EPS 塑料再利用的一個(gè)重要途徑，將廢棄EPS 塑料作為原料制備膠粘劑工藝簡單、成本較低，而且制備出的膠粘劑粘性好、干燥快，又具有防水、抗凍等優(yōu)點(diǎn)，由其再生制成的膠粘劑制品被廣泛應(yīng)用于紙、玻璃等生活必備用品。EPS 等都屬于一種改性高分子復(fù)合材料，因此，其活性高和溶劑的化學(xué)穩(wěn)定性良好,并且同時(shí)具有較高的固體化學(xué)和物理機(jī)械上的穩(wěn)定性，但是，其活性高的低分子材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其中的一種芳香族苯環(huán)基質(zhì)集團(tuán)，會(huì)直接大大降低其與聚苯乙烯鏈接環(huán)節(jié)的化學(xué)柔順性，從而直接導(dǎo)致其中黏附力的明顯下降，所以，必須通過它將改性溶劑引入活性基質(zhì)集團(tuán)，這樣我們才能大大提高其中的黏結(jié)力［19］。

將乙酸乙酯、甲苯和丙酮與EPS 相溶組成混合溶劑，再加入增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯以及填料、引發(fā)劑過氧化二苯甲酰和改性劑（松香、酚醛樹脂、順丁烯二酸酐），攪拌使之均勻，并在一定溫度下回流使之反應(yīng)一定時(shí)間，如此出料后即可得到一種拉伸剪切強(qiáng)度優(yōu)于市售白乳膠的粘合劑［20］。在實(shí)際中，我們使用同樣的復(fù)合溶劑溶解EPS，也能使用改性劑鄰苯二甲酸二丁酯進(jìn)行改性共聚反應(yīng)，再適當(dāng)加入其它助劑（如增填料、塑劑等）混合攪拌得到膠粘劑。根據(jù)膠體化學(xué)及EPS 分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們以廢棄EPS 為主要原料，制備出具有一定粘結(jié)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的EPS 乳液鑄造粘結(jié)劑不含苯環(huán)，其粘結(jié)性和韌性都有很大提高，而且成本低廉，低毒環(huán)保［21］。綜上，利用廢棄的EPS塑料可以制備經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的膠黏劑，并且該類膠黏劑的應(yīng)用較為廣泛。但是，較少有文獻(xiàn)報(bào)道基于EPS 塑料的膠黏劑的粘結(jié)行為，定量描述其物化特性和機(jī)械特性報(bào)道較少。

7 結(jié)論

綜上所述，本文從廢棄EPS 塑料的物理和化學(xué)特性著手，探討了幾種潛在的、具有生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值的廢棄EPS 塑料的回收處理方式?；厥盏膹U棄EPS 塑料生產(chǎn)輕型混凝土及其預(yù)制材料是一種較好的能夠大量回收利用EPS 塑料的方法，但是其產(chǎn)品在質(zhì)量特性方面還有較大的改進(jìn)空間；廢棄EPS 生產(chǎn)活性吸附材料如活性炭、活性納米材料也是一個(gè)較好的方向，該產(chǎn)品一般具有高比表面積，高總孔容的特點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的化學(xué)污染物吸附材料或者是雜化電極的載體；通過將廢棄EPS 催化裂解可以得到質(zhì)量較高的生物油產(chǎn)品，尤其是苯乙烯單體，開發(fā)前景廣闊，其限制性因素主要在于催化裂解的時(shí)間、溫度和催化劑類型；廢棄EPS 的催化裂解廢棄EPS 在生產(chǎn)木塑材料、納米吸附材料和在制備膠黏劑方面都有應(yīng)用，主要的限制因素在于生產(chǎn)成本與產(chǎn)出效率之間的平衡關(guān)系以及產(chǎn)品的自身性能是否具有市場競爭性。