廢舊聚苯乙烯高效利用技術(shù)研究進(jìn)展

高萌，李勛章，凌佳輝，宮貴貞

（徐州工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇徐州221018）

聚苯乙烯塑料具有成本低、質(zhì)量好、傳熱系數(shù)低、機(jī)械性能良好、易著色、耐酸堿、防潮防震、穩(wěn)定性好、透明性好等眾多特點(diǎn)，其主要應(yīng)用于外包裝、隔熱、防潮、減震材料以及快餐等行業(yè)。很多聚苯乙烯塑料經(jīng)過一次使用后被丟棄，因其難降解，形成嚴(yán)重的“白色污染”。在資源日益匱乏的未來社會(huì)，可持續(xù)發(fā)展的理念尤其重要。廢舊塑料的回收再利用，使其變廢為寶，不僅有利于實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，且能更好地解決環(huán)境污染問題。本文就廢舊聚苯乙烯（WPS）塑料回收再利用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 高效利用技術(shù)

1.1 制備生產(chǎn)建筑材料

將WPS制得建筑材料，具備隔熱性好、隔音好、質(zhì)量輕及較高強(qiáng)度等特點(diǎn)，是WPS很好的回收利用方法。Masri等將泡沫聚苯乙烯與三種不同粒徑的棕櫚葉碎末進(jìn)行混合制備建筑復(fù)合材料，考查了復(fù)合材料的體積密度、彎曲模量、最大應(yīng)力和導(dǎo)熱系數(shù)，并用掃描電子顯微鏡對(duì)其形貌進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，該復(fù)合材料具有良好的纖維-基體界面結(jié)合狀態(tài)，彎曲模量和最大應(yīng)力分別為0.78 GPa和2.84 MPa，密度在542～824 kg/m，平均熱導(dǎo)率0.11～0.16 w/m.K，其可作為一種良好的隔熱材料應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。

1.2 制取有機(jī)高分子吸附劑

將WPS轉(zhuǎn)化為吸附劑是一種經(jīng)濟(jì)有效的處理方法，同時(shí)為廢水修復(fù)提供材料。與無(wú)機(jī)吸附劑相比，有機(jī)高分子吸附劑具有用量少，吸附速度快，并存鹽的影響小，pH值和溫度低，產(chǎn)生的污泥量少，以及帶有各種帶電基團(tuán)等優(yōu)點(diǎn)。因此，廣泛用于石油、印刷和造紙、染色、食品和化學(xué)工業(yè)等廢水的處理。Zhuang等將WPS制備成膜用于氣體的吸附（圖1）。Chaukura等用WPS為原料合成共軛微孔聚合物，并用濃硫酸活化表面引入磺酸基團(tuán)。

圖1 WPS制備吸附膜

材料的表面化學(xué)顯示芳香族-C-H和脂肪族-CH-的伸縮振動(dòng)都有所下降，確認(rèn)交聯(lián)成功。該吸附劑熱分解溫度高于300℃，表面不均勻。未磺化和磺化改性的吸附劑BET表面積分別為752 m/g和510 m/g?？紫斗植挤秶鷱闹锌椎轿⒖?。未磺化和磺化改性的吸附劑對(duì)剛果紅的最大吸附量分別為500 mg/g和357 mg/g。Paula等經(jīng)碳化和活化兩步制得活性炭，BET表面積高達(dá)2 700 m/g，孔容為1.2 cm/g，以小中孔為主，吸附亞甲基藍(lán)的最大吸附量為1 mg/g，如圖2所示。

圖2 WPS制備活性炭吸附亞甲基藍(lán)

1.3 制備離子交換樹脂

離子交換樹脂廣泛應(yīng)用于水處理、食品、化工生產(chǎn)等行業(yè)，具有優(yōu)良的性質(zhì)，吸附能力強(qiáng)，并且可再生使用。WPS可通過磺化作用，在苯環(huán)上引入磺酸離子，制成強(qiáng)酸性離子交換樹脂；通過傅克?；⒓景坊确磻?yīng)，可制備陰離子型交換樹脂。

1.4 制備燃料油或化學(xué)品

WPS可以通過熱解、干餾、超臨界等技術(shù)分解為燃料油和化學(xué)品替代化石資源。Hadi等考查了CuO/高嶺土和純高嶺土于400℃和450℃下催化WPS的熱解反應(yīng)，催化裂解產(chǎn)品收率為85%～99%，高于非催化熱解，熱解溫度400℃下的產(chǎn)率低于450℃下的產(chǎn)率，450℃下催化裂解產(chǎn)生更多的熱解油。這些油含有許多芳香物質(zhì)碳?xì)浠衔?，但CuO/高嶺土熱解產(chǎn)生油中含85%萘和大約13%的苯乙烯。

1.5 制備熱儲(chǔ)能材料

熱儲(chǔ)能可以解決熱能供需之間在時(shí)間和空間不匹配的問題?！皾摕醿?chǔ)能材料”由于其高儲(chǔ)能性密度和化學(xué)穩(wěn)定性，在各種工具中得到了廣泛的研究。Liu等用FeCl催化WPS的超交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)物作為形狀穩(wěn)定的熱能存儲(chǔ)保持材料，實(shí)現(xiàn)了原位相變材料封裝方案。石蠟的封裝率為68.7%，無(wú)泄漏。在該方法中使用的路易斯酸催化劑能夠被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的金屬氧化物。通過簡(jiǎn)單的堿處理，不僅減少了繁瑣的金屬物質(zhì)分離步驟，而且使外部導(dǎo)熱系數(shù)提高，與石蠟相比，導(dǎo)熱系數(shù)提高了61.0%。

1.6 制備電材料

WPS經(jīng)化學(xué)處理制備成多孔碳材料，由于其具有大比表面積、高導(dǎo)電性和良好的電容性能，可以作為超級(jí)電容器及其他電池材料。Zhang等以WPS為碳源，在二氧化硅存在下通過Friedel-Crafts反應(yīng)制備了一種簡(jiǎn)便有效的三維網(wǎng)狀多孔炭，其具有高達(dá)620 m/g的比表面積，制備多孔材料電流密度為1 A/g時(shí)碳的電化學(xué)容量約為208 F/g。在1 024.4 W/kg的功率密度下，可獲得22.5 W·h/kg的比能量。同時(shí)，在電流密度為5 A/g時(shí)，經(jīng)5 000次循環(huán)，電容保持率為94.3%。Urgunde等用丁硫醇鎳油墨催化WPS制得石墨碳，用做雙電層電容器，電流密度為1 A/g時(shí)電化學(xué)容量約為158 F/g，經(jīng)10 000次循環(huán)，電容保持率為90%，如圖3。

圖3 WPS制備電容器

1.7 生產(chǎn)油漆

將廢舊聚苯乙烯和松香、甘油、氧化鋅加入到溶劑中溶解，可制得聚苯乙烯改性樹脂,再加入填充料和著色劑，然后經(jīng)研磨過濾操作，可制成各種類型PS快干漆。該制品干燥快，化學(xué)穩(wěn)定性好,可應(yīng)用于各種設(shè)施的防腐。

1.8 制備涂料

聚苯乙烯支鏈上帶有苯基，同時(shí)又具有比較飽和的C-C鍵惰性結(jié)構(gòu)，因此具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，能在酸性、堿性和其他條件下保持原有的性質(zhì)不變，同時(shí)具有優(yōu)異的著色性能，是防腐涂料的良好基體材料。肖鑫等對(duì)WPS結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，制備了具有廣泛性能的防腐涂料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，涂層附著力好，化學(xué)穩(wěn)定性好，可適用于建筑墻體的裝飾和鋼件的防腐處理。

1.9 制備膠黏劑

WPS用苯類和酯類等溶劑溶解簡(jiǎn)單處理，再添加某些助劑和其他添加劑，配制成溶液，制作膠黏劑。這種方法投資低，操作簡(jiǎn)單，是WPS變廢為寶的有效利用技術(shù)。

2 結(jié)論

因大量WPS難降解，造成環(huán)境污染，其高附加值利用技術(shù)得到廣泛關(guān)注。本文就WPS的高效利用研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。WPS可用于制備建筑材料、吸附劑、儲(chǔ)能材料等，在實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用的同時(shí)減少“白色污染”。