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低成本快速高效固废循环再利用等离子体技术环境材料。

关键词： 固废回收、等离子体技术、反应快速

应用领域

废旧纺织纤维的高值循环利用

成果简介

白色污染，因不可降解高分子材料的随意丢弃与不健全的回收机制产生的环境污染物，已是当下环境污染问题中被老生常谈的一个问题。白色污染带来的危害离我们并不遥远。例如，丢弃的塑料流入海洋后，在海水、阳光等共同作用下，破裂为颗粒，形成微塑料甚至纳米塑料。这些小颗粒被鱼类食用，鱼类又被我们享用。所以，不夸张地说，“天道有轮回”，我们吃进了自己丢掉的塑料垃圾。需要说明的是，白色污染这个说法稍有不妥。因为废弃塑料品只是放错位的资源。近些年这样的提法已经少了很多。当下我们还在加大针对塑料品的环保力度：可降解塑料的研发愈发火热，市面上也出现了不少纸制替代品。但是，不可降解高分子材料的长期使用与积累仍然留下了大量待处理的废弃塑料。如应对新冠疫情产生的废弃口罩以及退役锂电池中废旧隔膜材料。这些塑料在环境中自然降解需要超过500年之久。若放任不管，我们以后恐怕只能生活在塑料的海洋中了。 除塑料制品的回收利用外，传统处理「白色污染」的方法是填埋与焚烧。填埋只是缓兵之策，并不治本；焚烧虽能抹除废弃物，但燃烧往往增加碳排放、产生有毒气体、消耗大量能源，无法可持续利用。近年来主要通过机械回收和化学回收两种方法以分解不可降解高分子材料。但机械回收需预分类等多个循环步骤，回收成本高；化学回收则需要设计各种专属催化剂，且催化剂寿命有限，大规模处理各种高分子材料存在困难。申请人结合微波技术，开发了碳纤维引子产生等离子体，碳纤维吸收微波后，碳纤维表面（特别是尖端处）会累积大量电子。当聚集的电子足够多时，它们产生的强大电场可将一些电子脱离碳表面而进入到附近氮气中，造成气体分子电离、加速、碰撞。最终形成等离子放电。一旦发生等离子体放电，碳纤维表面温度将于数秒内升至3000 K以上 ，并将隔膜废料、废旧塑料等快速炭化同时产出氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯等化工生产的高价值气体原燃料，其中氢气高达40%。申请人提出该技术有以下优势：1)微波等离子炭化过程具有自增强特点。由于高分子炭化后形成的余碳会附着在碳材料表面，提高表面崎岖程度，使下次放电更剧烈，炭化效果更好；2)等离子体放电引起的高温只在碳材料表面，而盛放碳材料的反应器器壁温度在炭化过程中未发生明显变化。因此，反应器无需使用耐高温材料，便于降低制造成本；3)微波等离子体炭化过程可于数秒内完成，便于兼容新能源转化来的间断性电能。该技术能在数秒之内将常见不可降解塑料转变为高度石墨化的碳与多种化工原料。

经济效益与社会效益

不可降解高分子材料的长期使用与积累留下了大量待处理的废旧固弃物。此外，新冠疫情产生的废弃口罩以及大量退役锂电池中废旧隔膜材料也大大增加了白色污染物的总量。不可降解塑料在环境中自然降解需要超过500年之久。该技术实现减少碳排放、加速碳循环、迈向碳中和、创建无废城市等多项经济效益与社会效益。