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、強度高和易成型等特性，被廣泛應用于生產(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 塑料會導致大量的有毒有害化學物質(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，并且其對胃腸道、腎和呼吸系統(tǒng)具有毒性作用［4］。目前，對于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、環(huán)境污染。因此，如何科學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，抗壓強度大于35MPa，抗彎強度增加了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)性的輕型混凝土預制塊狀成品作為一種保溫和填充材料廣泛應用于建筑領(lǐng)域［6］，這種混凝土預制件一般具有多孔的海綿結(jié)構(gòu)，以便空氣進入，從而起到降低體積和重量，達到保溫的效果。

2 廢棄EPS塑料制造復合材料

木塑復合材料（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)過物理和有機化學反應聚合而成所制成的新型塑料復合結(jié)構(gòu)材料。傳統(tǒng)的WPC 主要用木粉作為填充材料，此外還會加入其它木質(zhì)纖維素填料，以增加其強度。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)品的抗張強度和吸水能力會隨著EPS 添加量的增加而下降，當材料中EPS 的添加量從40wt%增加到70wt%時，產(chǎn)品的抗張強度和吸水能力分別下降52%和47%；當EPS 的添加量為40wt%時，材料的抗張強度為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遠超過了木材表觀的密度，如此就導致木塑復合材料的表觀密度增加，改變強重比，從而導致實際應用范圍受到限制。為此,我們可以通過向其他木塑復合材料中適量地添加一些發(fā)泡劑，進而生產(chǎn)出其他木塑復合材料，來減少其整體的密度。發(fā)泡式木塑復合材料不僅具有木塑復合材料密度大的特殊優(yōu)點，也因為內(nèi)部有良好的氣泡狀結(jié)構(gòu)，而具有鈍化裂紋的尖端、阻止裂紋擴散的特征，從而使我們可以有效地解決木塑復合材料的延展性、脆性大和抗沖擊應力低等缺點，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，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，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選擇性的影響因素主要可以包括兩個主要方面，即氣體反應時間溫度及其持續(xù)反應時間，催化氣體裂解和熱催化裂解反應過程中，隨著氣體反應時間溫度的不斷提高，裂解率和催化苯乙烯的反應選擇性也可能會逐漸有所增大。而且,隨著裂解反應時間的不斷推移，裂解反應速率逐步不斷增大，苯乙烯的化學選擇性也不斷大大減少。（2）EPS 反應催化劑在石油裂解的反應過程中，催化劑的實際使用量由2.0%以上逐漸增加或達到8.0%時，裂解產(chǎn)油率由75%以上逐漸減少或達到61.2%，產(chǎn)油率相應控制在90.0%以上［11］;該反應催化劑的實際使用量與其反應副產(chǎn)品中的α-二羥甲基對二苯乙烯的主要選擇性化學成分呈正比。（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,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)濟社會應用效益。

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聚合材料，是良好的吸附材料，可以有效去除廢水中的有機污染物。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胭脂紅染料，在30 分鐘的平衡時間內(nèi)，吸附容量最大可以達到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油，其對污水中油的吸附能力能夠達到124 g/g［14］，可以應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，該纖維墊的機械強度高、表面超疏水好，可以應用于空氣中溶劑/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）的化學特性。［17］。因而,活性炭在各種化學作用中對于液體、氣態(tài)環(huán)境中的無機或有害物質(zhì),以及橡膠、顆粒等均具有極強的吸附能力,使得其成為活性炭在各個領(lǐng)域得到廣泛應用。從上述的文獻報道可以看出，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成分，或者用來制備碳化學電極等。

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，由其再生制成的膠粘劑制品被廣泛應用于紙、玻璃等生活必備用品。EPS 等都屬于一種改性高分子復合材料，因此，其活性高和溶劑的化學穩(wěn)定性良好,并且同時具有較高的固體化學和物理機械上的穩(wěn)定性，但是，其活性高的低分子材料結(jié)構(gòu)復合材料及其中的一種芳香族苯環(huán)基質(zhì)集團，會直接大大降低其與聚苯乙烯鏈接環(huán)節(jié)的化學柔順性，從而直接導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，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一定時間，如此出料后即可得到一種拉伸剪切強度優(yōu)于市售白乳膠的粘合劑［20］。在實際中，我們使用同樣的復合溶劑溶解EPS，也能使用改性劑鄰苯二甲酸二丁酯進行改性共聚反應，再適當加入其它助劑（如增填料、塑劑等）混合攪拌得到膠粘劑。根據(jù)膠體化學及EPS 分子結(jié)構(gòu)特點，我們以廢棄EPS 為主要原料，制備出具有一定粘結(jié)強度和穩(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、實用的膠黏劑，并且該類膠黏劑的應用較為廣泛。但是，較少有文獻報道基于EPS 塑料的膠黏劑的粘結(jié)行為，定量描述其物化特性和機械特性報道較少。

7 結(jié)論

綜上所述，本文從廢棄EPS 塑料的物理和化學特性著手，探討了幾種潛在的、具有生產(chǎn)應用價值的廢棄EPS 塑料的回收處理方式。回收的廢棄EPS 塑料生產(chǎn)輕型混凝土及其預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，是優(yōu)質(zhì)的化學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。