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1、环境污染与防治 网络版 第 10 期 2006 年 10 月1废塑料综合利用研究进展废塑料综合利用研究进展殷永泉 苏元成 由丽娜 刘 翔（山东大学环境科学与工程学院，山东 济南 250100）摘要摘要 按照清洁生产的思路，从再生利用和资源化两个方面对国内外的废塑料综合利用手段和技术进行了回顾，分析了它们的优缺点，并对其研究前景进行了展望。关键词关键词 废塑料 综合利用 清洁生产 综述Review on comprehensive utility of waste plastics Yin Yongquan Su Yuancheng You Lina Liu Xiang. (School of
2、Environmental Science and Engineering, Shandong University, Jinan Shangdong 250100)Abstract: Based on the view of cleaner production, the measures and technologies of comprehensive utility of waste plastics were reviewed in two aspects between reuse and resources. Their advantages and disadvantages
3、were summarized and the future study was previewed.Keywords: Waste plastic Comprehensive utility Cleaner production Review塑料制品自 20 世纪问世以来，因具有质量轻、强度高、耐腐蚀、加工方便和美观实用等特点，广泛应用于各个领域。随着塑料制品消费量的不断增长，废塑料产生量也迅速增加。据有关资料统计，全世界塑料产品在 2000 年已超过 1 亿 t1，仅中国已超过 360万 t2。同时，由于塑料难于自然降解，它所造成的环境污染亦日趋严重。据报道，全世界每年向海洋和江河倾倒的塑
4、料垃圾，破坏了海洋生物的生存环境，造成海洋生物大量死亡；另外，大量塑料垃圾分散于土壤中，影响土壤的透气性，不利于作物生长3。废塑料的处理也成为全球性的问题4。常规的填埋法虽然投资少，容易处理，但它存在占用大量土地资源、影响土地通透性和渗水性、破坏土质、影响植物生长等缺点。焚烧法虽然有卓越的减量化效果，又能回收部分能源，但焚烧易产生轻质烃类、氮化物、硫化物以及其他的一些有毒物质，排放的废气可通过降雨进入农作物及食物链中，直接威胁人们的身体健康。因此，只通过末端治理治标不治本，要想真正解决我国废塑料的污染问题，还需要按照清洁生产的思路，采取废物减量化和资源化等措施才能实现。1 废塑料的再生利用废塑
5、料的再生利用废塑料的再生利用可分为简单再生利用和改性再生利用两大类。简单再生利用是指将回收的废塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒后直接加工成型5。改性再生利用是根据不同废塑料的特性加入不同的改性剂，使其转化成高附加值的有用材料6。废塑料经过改性后，机械性能得到改善或提高，可用于制作档次较高的塑料制品。1.1 简单再生利用废塑料的简单再生利用主要用于回收塑料生产及加工过程中产生的边脚料、下脚料等，也用于回收那些易清洗和挑选的一次性废弃品。该方法国内已经比较成熟，如利用废农膜压制花盆、盘、垃圾桶；利用废 PP 生产编织袋、打包带、捆扎绳、仪表盘、保险环境污染与防治 网络版 第 10 期 2006
6、年 10 月2杆；利用废聚氯乙烯生产管材等。由于简单再生利用所得再生制品的性能欠佳，一般只能作档次较低的塑料制品。1.2 改性再生利用废塑料的改性再生利用包括物理改性和化学改性，物理改性包括填充改性、共混改性、增韧改性和增强改性，化学改性是指通过接枝、共聚等方法在分子链中引入其他链节和功能基团，或是通过交联剂等进行交联，或是通过成核剂、发泡剂对废塑料进行改性，使废塑料被赋予较高的抗冲击性能、优良的耐热性、抗老化性等，以便进行再生利用。废旧塑料的改性再利用发展前景广阔，越来越受到人们的重视。1.2.1 生产塑料“木材”美国 AFCO 公司率先开发生产了塑料“木材”。其方法是把各种废塑料粉碎加热成
7、熔融状态，再挤出成型，制成各种形状的塑料“木材”，其产品可除具有木材制品的特性外，还具有强度高、防腐、防虫、防湿、使用寿命长、可重复使用和阻燃等优点，可替代相应的天然木制品，还可运用锯、钉、钻等手段进行加工。1.2.2 生产胶粘剂利用废塑料生产胶粘剂是目前废塑料综合利用的有效途径之一。将废聚苯乙烯塑料溶于溶剂中成为均相溶液，再加入活化剂氧化亚铜、引发剂氧化苯甲酸丁脂，升温到90120，加入改性单体(丙烯腈、丙烯醇)，在反应釜中反应 2 h，使聚苯乙烯接枝上新的官能团，从而改变性质，然后加入填料如硅酸钙，便得到一种耐水性好、胶接强度高的白色粘稠状的胶粘剂。张忠明等7用甲苯、丙酮和乙酸乙酯作溶剂，
8、邻苯二甲酸二丁酯作为改性剂，甘油做增塑剂成功的制备了胶粘剂。马振荣等8利用废聚苯乙烯泡沫塑料制备不干胶时对制备工艺和产品的性能进行了优化，得出最适宜的工艺条件为：聚苯乙烯 2550(质量分数，下同)、二甲苯 1030、丙酮 10%30、邻苯二甲酸二乙酯 2040和香精适量。反应条件：加热温度 3550，反应时间 3550 min。陈中元等9以废聚苯乙烯为原料制备了改性乳液型胶粘剂，该胶粘剂同传统的胶粘剂相比具有产品稳定性好、粘接性高、成本低、性能好，还具有良好的防水、防潮和防腐性。宋学君等10利用废聚苯乙烯泡沫塑料为原料，石油裂解副产物为主要溶剂，研制出了一种低成本胶粘剂。由于该方法采用石油裂
9、解副产物为主要溶剂，以污治污且成本低廉，既治理了污染，又获得了良好的经济效益。1.2.3 生产涂料将废聚苯乙烯塑料、松香、甘油和氧化锌溶于溶剂中，制得聚苯乙烯改性树脂，再环境污染与防治 网络版 第 10 期 2006 年 10 月3加入各种填料与颜料，经研磨过滤可制成各种涂料。赵世永等11用废聚苯乙烯泡沫塑料作原料，乙酸乙酯、乙酸丁酯和甲苯作溶剂，邻苯二甲酸二丁酯作增韧剂，铁红作防锈颜料，松香作改性剂研制出了高性能防锈涂料。李万海等12选用二甲苯、乙酸乙酯和丁醇等作混合溶剂，采用松香作改性剂，邻苯二甲酸酯为增塑剂，非离子与阴离子乳化剂复合体系作乳化剂，60ZnO 与 40CaCO3作填料，环己
10、酮作防老剂制备了性能优良的涂料，该涂料具有常温下速干，防水防腐性能好，粘附力大，抗冲击力强等优点，可作为防水涂料与防腐涂料广泛应用。魏庆莉等13在最佳工艺条件下制备了一种均匀的乳白色涂料，该涂料耐水时间大于360 h，是较理想的水乳型防水涂料。1.2.4 应用于水处理废塑料改性后还可制成填料、助凝剂等应用于水处理。王雪燕等14在纤维阳离子改性剂 CMA 和十二烷基苯磺酸钠存在下，利用废旧塑料对阴离子型染料废水进行脱色研究取得了较好的效果，该方法具有脱色温度低、时间短、脱色率高、操作简单等优点。汪晓军等15对普通塑料进行亲水性改性，制得亲水性塑料悬浮填料。该填料在污水的好氧处理中可提高污水的处理
11、效率 210，而且大大提高了改性填料的挂膜速度与挂膜强度，提高了好氧生物膜法处理系统的抗冲击负荷能力。方战强等16以废聚苯乙烯泡沫塑料为原料，以浓硫酸为磺化剂，在催化剂 AF 的催化作用下，合成出强阴离子型高分子助凝剂聚苯乙烯磺酸钠(NaPSS)。该产品在混凝沉降试验中可提高沉降速度 3060，可以用于工业废水处理，在一定程度上可以代替已成熟的产品 PAM。2 废塑料的资源化废塑料的资源化塑料废物资源化，既可以节省和利用资源，降低处理费用，又可消除或减轻废塑料对环境的不利影响，是近年来废塑料资源化研究的焦点。资源化方法包括油化再生、高炉喷吹、与煤共焦化和固体燃料热能利用技术（RDF）等。2.1
12、 热分解油化技术废塑料热分解油化技术是指通过加热或加热同时加入一定的催化剂使塑料分解制取燃料油和燃料气的方法，它主要包括热解法、热解催化改质法和催化热解法。废塑料热解制燃料油技术在世界范围内已有成功的先例，在我国的研究也较多。刘以荣等17利用不同的废塑料进行热解实验，发现热解产物受原料种类的影响，PS、PP、PE 热降解产物的液体收率高，而对于废 PET，难以用单独热降解的方法生产燃料油。Pinto 等18也研究了原料对产物的影响，发现原料中 PE 的增加会导致产物中烷烃含环境污染与防治 网络版 第 10 期 2006 年 10 月4量的增加；PS 的增加可使产物中芳烃增加；更多的 PP 有利
13、于烯烃的生成；增加 PS 和PP 有利于增加产物的辛烷值。刘公召等19研究了原料和催化剂对产油情况的影响，结果表明以聚丙烯或聚苯乙烯为原料时，催化剂加入量对轻质油收率的影响不大，而以聚乙烯为原料时，轻质油收率随催化剂加入量的增加而明显升高。杨震等20使用自制的含大孔径分子筛的 NLG 系列催化剂对聚烯烃类塑料进行热解，热分解后油的产率、油品中汽油馏分和质量等指标均比较理想，而且催化剂可重复再生，成本低廉。Sharratt 等21利用流化床反应器对 HDPE 进行催化热解，由于该实验使用了 HZSM-5催化剂，使裂解反应在可低温条件下进行，还可增加产物中小分子碳氢化合物的含量。程水源等22研究了
14、不同比例的聚乙烯和聚丙烯在不同催化剂下产油情况，发现聚丙烯比例越高，液体回收率和汽油组分产率就越高，复合催化剂比单一催化剂效果要好。李晓祥等23采用热解催化改质法对聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）混合塑料进行了热解研究，得出 PE、PP、PS 三种塑料的最佳热解反应温度分别为 430 、410 和 360 ，最佳催化改质温度为 350 。Wang 等24将热塑性塑料 PE、PP、PS、PET 和 ABS 与废润滑油一起进行共炼，发现与废润滑油共炼后无需高压加氢过程就可生产优质的油品，反应最佳条件为反应温度460，反应时间 30 min，在此条件下 HDPE 和 LDPE 均能达
15、到最高产率（99%）。Yanika 等25采用红泥作为催化剂和 Cl 元素的吸收剂对 PVC 进行脱氯研究，发现350下 1 h 脱氯效率即可超过 90%。热分解油化技术的优势是：产生的氮氧化物、硫氧化物等公害物较少；生成的气体或油能在低空气比下燃烧，废气量较少，对大气的污染较少；热分解残渣中，腐败性有机物量少；排出物密度高，结构致密，废物大大被减容；能转换成有价值的能源。热分解油化技术存在的问题是：处理的原料单一；生产出的油达不到国家标准；催化剂价格高、寿命短、设备投资大，使得回收利润很低；工艺流程较为复杂，操作较困难，不能进行规模化生产。总之，为了使该技术商业化必须结合废塑料收集、分类、预
16、处理等和后处理中的烃类精馏、纯化等技术，才能使该技术具有竞争性。2. 2 超临界水油化技术超临界水油化技术是采用超临界水为介质，对废塑料实现快速、高效分解的方法，由于该方法具有分解速度快、二次污染少而且比较经济等优点，成为国内外研究的焦点26-27。马沛生等28对 PS 以及 PS/PP 混合塑料进行超临界水降解，研究发现 PS 可在 380 、1 h 内完全降解；PS/PP（质量比 7/3）可在 390 、1 h 内完全降解。侯彩霞等29研究了 PE 以及 PE/PS 混合塑料的超临界水降解情况，当反应温度为环境污染与防治 网络版 第 10 期 2006 年 10 月5440、反应时间为 30 min 时，PE 和 PE/PS 混合物完全降解为液体和气体。苏晓丽等30以 PE 为原料进
