شناور سازی و روش های آن در انواع پلاستیک ها

دستگاه لیبل گیر مواد شناور را از آن هایی که غرق می شوند جدا می کند. در مورد بازیافت PET، از آنجایی که بطری های PET به طور کامل دانه بندی می شوند، بخش بزرگی از آلودگی که باید حذف کنیم، درب بطری های پلاستیکی است که از پلاستیک PET ساخته نشده اند. در عوض، آن ها از پلی پروپیلن (PP) یا پلی اتیلن (PE) ساخته می شوند.

نحوه ی کار

دستگاه لیبل گیر از چگالی آب برای انجام جداسازی استفاده می کند. چگالی آب 1 گرم بر سانتی متر مکعب است، هر ماده ای که چگالی بیشتری داشته باشد غرق می شود در حالی که مواد با چگالی کمتر شناور می شوند. در مورد بازیافت بطری PET، هنگامی که جریان مواد وارد مخزن جداسازی شناور سینک پر از آب می شود، پلاستیک PET به پایین فرو می رود در حالی که درب بطری PP/PE به سمت بالا شناور می شود.

درام های چرخان با طراحی ویژه، مواد شناور (آلودگی) را به سمت جلو به سمت سیلو ذخیره سازی برای جمع آوری حرکت می دهند. نوار نقاله های پیچی در پایین مخزن جداسازی کار می کنند و تکه های PET را جمع آوری می کنند و به سمت ماشین آلات بعدی حرکت می کنند.

مشخصات فنی

در حالت ایده آل، ما می خواهیم مواد برای مدت زمان طولانی تری در آب خیس بخورند. این نه تنها به تمیز کردن بیشتر مواد اجازه می‌دهد، بلکه تضمین می‌کند که زمان کافی برای حرکت به ته مخزن به تمام تکه‌های PET در حال غرق شدن داده می‌شود. از این رو، یک مخزن جداسازی استاندارد 4 متری را با امکان افزایش آن تا 6 متر باید ارائه داده شود.

برای اطمینان از دوام مخزن جداسازی آب، فضای داخلی مخزن و همچنین درام های چرخان در بالا اصولا با ورق های گالوانیزه گرم و یا فولاد ضد زنگ نوع 304 ساخته شده است که به شدت در برابر اکسیداسیون (زنگ زدگی) و خوردگی مقاوم است.

روش شناور سازی

چکیده

حال به بررسی روش شناورسازی که در دستگاه لیبل گیر استفاده می گردد از طریق آزمایش می پردازیم.

شناورسازی، به عنوان یک فناوری کارآمد جداسازی زباله‌ی پلاستیکی می باشد و روشی موثر برای بهبود نرخ بازیافت زباله های بسته بندی است. پلی اتیلن ترفتالات (PET) که به طور گسترده در صنعت بسته بندی استفاده می شود، دارای مصرف بالای می باشد و ارزش بازیابی بالایی دارد. با هدف جداسازی PET از ضایعات بسته بندی پلاستیکی، از یک ستون شناور طراحی شده در آزمایشگاه برای بررسی اثرات پارامترها، همچون انواع عوامل مرطوب کننده و غلظت این عوامل، بر روی رفتار شناورسازی استفاده شد. بررسی های انجام شده برروی شناوری اولیه (primary floatation) موادی همچونPET، پلی وینیل کلرید (PVC)، پلی کربنات (PC)، پلی استایرن (PS) نشان داد که PS به عنوان ماده ی شناور بهینه می باشد و مواد فروکش کننده PET/PC/PVC زیر 70 میلی گرم در لیتر سدیم دودسیل سولفات به عنوان مرطوب کننده شناخته می شوند. به عنوان عامل مرطوب کننده هنگامی که mol/L 3 هیدروکسید سدیم برای تنظیم پلاستیک های مخلوط و 8 mmol/L دی بوتیل سبکات (DBS) به عنوان عامل مرطوب کننده استفاده شد، جداسازی PET/PC/PVC در شناورسازی یا همان فلوتاسیون ثانویه با نرخ شناور 3.56% بهینه سازی شد در حالتی که نرخ فلوتاسیون PC/PVC  97.45% و 92.91% بود. پس از دو مرحله غربالگری فلوتاسیون، خلوص PET بازیافتی در نهایت به 90.91 درصد رسید که نشان می‌دهد فرآیند شناورسازی توسعه ‌یافته می‌تواند به طور موثری PET را از چهار نوع پلاستیک مخلوط جدا کند.

مقدمه

پلاستیک به دلیل عملکرد عالی که نزدیک به 30 درصد از کل مواد را تشکیل می دهد، به طور گسترده در صنعت بسته بندی استفاده می شود. بسته بندی های پلاستیکی معمولاً ترموپلاستیک ها هستند، از جمله پلی اتیلن (PE)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی پروپیلن (PP)، پلی استر (PET)، پلی استایرن (PS)، پلی کربنات (PC) و غیره. از آنجایی که 80 درصد بسته های پلاستیکی ظرف یک سال دور ریخته شد، بسته بندی ها، منبع اصلی پلاستیک های بازیافتی هستند. پلی استر (PET) نقش مهمی در صنعت بسته بندی ایفا می کند. مصرف سالانه PET برای بطری های نوشیدنی در سراسر جهان بیش از 10 میلیون تن است و تولید و مصرف آن همچنان هر سال 10 تا 19 درصد افزایش می یابد. به عنوان یک نوع مواد بسته بندی، پلی استر (PET) به راحتی بازیافت می شود و فرآیند بازسازی عظیمی دارد. محل دفن زباله محل اصلی زباله های پلاستیکی و همچنین منبع اصلی آلودگی پلاستیکی است. اگر قرار باشد زباله های پلاستیکی به طور موثر بازیافت شوند، میزان بسته بندی زباله در زباله های جامد شهری به نصف کاهش می یابد.

فرآیند بازیافت زباله های پلاستیکی شامل جداسازی، پیش تصفیه، ذوب، دانه بندی، قالب گیری و غیره است. جداسازی، یک پیوند کلیدی در این فرآیند است. فلوتاسیون یک روش جداسازی با توجه به شناورپذیری مختلف ذرات پلاستیک است. این می تواند خواص سطحی پلاستیک را به روش های فیزیکی و شیمیایی تنظیم یا تغییر دهد و پلاستیک های مخلوطی را که تفاوت های کمی در چگالی دارند جدا کند. با استفاده از تفاوت‌های شناورپذیری پلاستیک، شناورسازی می‌تواند پلاستیک‌های مخلوط را که تفاوت‌های کمی در چگالی و بار دارند، جدا کند. فلوتاسیون به دلیل هزینه کم، دقت و کارایی بالا در زمینه جداسازی زباله های پلاستیکی مورد توجه قرار گرفته است. مخلوط PVC، PC، POM توسط فلوتاسیون با لیگنین سولفونات، اسپان و امولسیفایرها جدا می شود و نرخ بازیابی سه نوع پلاستیک به ترتیب 90.17، 83.16 و 99.12 درصد می باشد. مخلوط PVC و PET را توسط NaOH از قبل پردازش می کنند و آن ها را با شناور کردن با سورفکتانت غیر یونی جدا می کنند، در حالی که نرخ بازیابی PVC و PET همگی به 95٪ رسید. در این مقاله روش شناورسازی PET از بسته بندی زباله مورد مطالعه قرار گرفته که نتایج برای بهبود نرخ بازیافت PET مهم است.

مواد آزمایش و روش ها

مواد مورد استفاده

پلاستیک های اصلی در ضایعات بسته بندی پلاستیکی عبارتند از PE ،PP ،PET ،PVC ،PS و PC. چگالی هر یک از آن ها در جدول نشان داده شده است. بدیهی است که پلی اتیلن و PP به دلیل نسبت سبک ترشان در برابر آب، می توانند مستقیماً با روش جداسازی چگالی از هم جدا شوند. در این تحقیق چهار پلاستیک بسته بندی پرکاربرد (PET ،PVC ،PC و PS) را به عنوان مواد آزمایشی فلوتاسیون انتخاب شده اند. اندازه ذرات پلاستیک 3 الی 8 میلی متر می باشد.

عوامل مرطوب کننده مورد استفاده در تحقیق عبارت بودند از سدیم دودسیل سولفات (SDS)، کربوکسی متیل سلولز سدیم (SCMC)، نونیل فنولت زایلات-7 (NP-7)، دیوکتیل فتالات (DOP) و دی بوتیل سبکات (DBS) برای تنظیم PET از هیدروکسید سدیم (NAOH) استفاده شد.

مواد مورد استفاده در آزمایش

شناورسازی پلاستیک های مخلوط بر اساس تفاوت در قابلیت شناورسازی بین انواع مختلف پلاستیک است. تفاوت های کمی را می توان با اصلاح و تنظیم افزایش داد، که باعث بهبود نرخ شناوری می شود. در فرآیند آزمایش فلوتاسیون، PS ابتدا از مخلوط PET/PVC/PC/PS و سپس PET از مخلوط PET/PVC/PC جدا شد.

پلاستیک PS هدف اولیه بود. چند گروه از مخلوط پلاستیکی PET/PVC/PC/PS با نسبت 2:1:1:1 با وزن خالص 200 گرم در نظر گرفته شد و در مواد مرطوب کننده (SDS, SCMC, NP-7) در غلظت های مختلف به مدت 15 دقیقه مرطوب شد. فشار مخزن هوای محلول زیر 0.20 مگاپاسکال تنظیم شد و مایع شناور از پایین ستون فلوتاسیون برای تشکیل یک مخلوط همگن در حال افزایش از گاز و آب پخش شد. پس از اینکه سیال فلوتاسیون به طور پایدار در گردش بود، پلاستیک های مخلوط پس از پیش تصفیه به فیدر اضافه و در ستون جدا شدند. سپس پلاستیک‌های شناور و پلاستیک‌های غرق‌شونده به ترتیب جمع‌آوری و در دمای 50 درجه سانتی‌گراد خشک شدند تا نرخ شناور و نرخ فرورفتگی محاسبه شود. پس از جداسازی PS، PET، پلاستیک مورد نظر با خلوص بالا از مخلوط PET/PVC/PC جدا می‌شد. ابتدا مخلوط پلاستیکی PET/PVC/PC در 3 mol/L در محلول NaOH به مدت 15 دقیقه آغشته می شود و سپس در مواد مرطوب کننده (DOP,DBS) در غلظت های مختلف به مدت 15 دقیقه دیگر مرطوب می شود. با توجه به فرآیند شناورسازی فوق، پس از عملیات پیش تصفیه، پلاستیک های مخلوط جدا شده و نرخ شناور و غرق شدن آنها محاسبه می شود.

نتایج

شناور سازی اولیه PET/PVC/PC/PS و عوامل موثر بر آن

در آزمایش‌های شناورسازی، فشار مخزن هوای محلول تجهیزات شناور 0.20 مگاپاسکال به طور پایدار باقی ماند تا حباب‌های شناور کافی تضمین شود. سه نوع عامل مرطوب کننده (SDS ،SCMC ،(NP-7 در غلظت های مختلف برای مرطوب کردن مخلوط پلاستیک به مدت 15 دقیقه استفاده شد، که پلاستیک ها را خیس تر می کند و بنابراین راحت تر فرو می رود. اثرات شناور مخلوط پلاستیک، نرخ شناور PC و PVC همگی با افزایش غلظت SDS کاهش یافت و نرخ شناور PC و PVC صفر می باشد، نرخ شناور PET حدود 0 بود، در حالی که نرخ شناور PS 100% باقی می ماند. اثرات مرطوب کنندگی SCMC روی PC و PVC به عنوان SDS خوب نبود و نرخ شناور PC و PVC به ترتیب بالای 20% و 10% باقی ماند که نشان دهنده راندمان جداسازی ضعیف بود. عامل مرطوب کننده NP-7 یک اثر اصلاح کننده قوی بر روی آن چهار پلاستیک داشت، هنگامی که غلظت NP-7 بیش از 15 میلی گرم در لیتر بود، نرخ شناور PS به طور قابل توجهی کاهش یافت و جداسازی موثر PS را دشوار کرد. بنابراین، هنگامی که 70 میلی گرم در لیتر از SDS به عنوان عامل مرطوب کننده استفاده می شود، مخلوط PET/PVC/PC/PS به یک اثر شناورسازی بهینه دست می یابد که نرخ شناور PS نزدیک به 100٪ است و نرخ فرورفتگی PET ،PVC و PC همه 100٪ است. بنابراین PS به طور کامل از پلاستیک های مخلوط جدا شد.

شناورسازی ثانویه PET/PVC/PC و عوامل موثر بر آن

برای تنظیم تجهیزات فلوتاسیون در شرایط بهینه برای شناورسازی ثانویه DOP و DBS ترکیبات بسیار آبگریز هستند که به راحتی روی سطح پلاستیک جذب می شوند. پلاستیک های مخلوط را به مدت 15 دقیقه تحت غلظت های مختلف DOP و DBS از قبل پردازش می کند که می تواند پلاستیک ها را آبگریزتر کند و شناور بودن بهتر کند. اثرات DOP در غلظت های مختلف بر راندمان فلوتاسیون DOP ویسکوزیته تاثیر خاصی دارد. جذب بیش از حد DOP باعث می شود که پلاستیک ها به یکدیگر بچسبند، در نتیجه اثرات شناورسازی کاملا نامنظم بود.

قبل از تنظیم پلاستیک های مخلوط با استفاده از DOP، پلاستیک ها با محلول NaOH به میزان 3 mol/L به مدت 15 دقیقه پردازش شدند تا تجمع پلاستیک کاهش یابد. NaOH همچنین می تواند شناور بودن PET را کاهش دهد. نرخ شناور بهینه PET ،PV و PVC به ترتیب با 5.21، 88.77 و 73.90 درصد، تحت DOP به میزان 9 میلی مول در لیتر به عنوان عامل مرطوب کننده به دست آمد. با این حال، خلوص PET به اندازه کافی بالا نبود.

راندمان فلوتاسیون با استفاده از DBS بسیار بهتر از DOP است. تحت 8 mmol/L دی بوتیل سبکات (DBS) به عنوان عامل مرطوب کننده، جداسازی PET/PC/PVC در فلوتاسیون ثانویه اثر بهینه را با نرخ شناور PET 3.56% و نرخ شناور PC/PVC به ترتیب 97.45% و 92.91% به دست آورد. هدف از جداسازی PET از چهار نوع پلاستیک بسته بندی مخلوط اساساً محقق شده است. پس از دو مرحله غربالگری فلوتاسیون، خلوص PET بازیافتی در نهایت به 90.91 درصد رسید.

فرآیند تکنیک شناورسازی

PET با توجه به قابلیت شناور بودن پلاستیک های مختلف به ترتیب نزولی از پلاستیک های مخلوط جدا شد. در مقایسه با سایر تکنیک‌های جداسازی پلاستیک‌ها مانند جداسازی دستی و جداسازی الکترواستاتیکی، سیستم جداسازی در این تحقیق به دلیل هزینه کم و کارایی بالا برای وضعیت فعلی صنعت حفاظت از محیط زیست مناسب‌تر است.

خلاصه

این تحقیق به بررسی تکنیک شناور سازی (floatation) و اثرات پارامترها بر اساس ستون فلوتاسیون طراحی شده در آزمایشگاه پرداختیم. گونه ها و غلظت عوامل مرطوب کننده تأثیر زیادی بر جداسازی فلوتاسیون پلاستیک های مخلوط دارند. دو مرحله غربالگری فلوتاسیون به ترتیب هنگام استفاده از سدیم دودسیل سولفات 70 میلی گرم در لیتر و دی بوتیل سبکات 8 میلی مول در لیتر به عنوان عوامل مرطوب کننده، اثر بهینه را به دست آوردند. با توجه به فرآیند فلوتاسیون که توسط آزمایشات ایجاد شده است، 90.91٪ از PET در خلوص را می توان به طور موثر از مخلوط PET/PVC/PC/PS جدا کرد.