技术研究 | 废弃塑料瓶外表污染物的成分分析方法

塑料制品在流通使用报废整个过程中，势必受到各种污染，在其表面形成不同类型的附着污染物。表面污染物会影响废弃塑料瓶回收再利用过程中的分选识别精度，并直接影响再生塑料产品的质量，因而必须对废旧塑料表面污染物进行必要的清洗，污染物的成分对清洗过程中洗涤剂的选择以及清洗工艺的制定至关重要。

目前针对废旧塑料瓶表面污染物成分的研究较少，本研究采用红外光谱仪、显微红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分别检测了废弃塑料瓶外表面液体及粉末固体污染物的成分及相对含量，可以为回收厂在塑料瓶回收过程中对污染物定向清洗以及清洗后的污水处理提供指导。

废弃塑料瓶:取自广东某地区某塑料回收厂货场扎装料，其瓶源主要来自广东地区生活类废弃包装瓶。

2.1 液体污染物成分分析

2.1.1 红外光谱测试

图1 废弃塑料瓶表面液体污染物红外光谱

利用红外光谱仪对废弃塑料瓶表面液体污染物进行红外光谱扫描，可以对其成分中含有的主要官能团进行分析。结果显示，其红外光谱的主要吸收峰在3009、2926、2855、1746、1654、1463、1377、1238、1163、1100、914、723cm^－1附近。结合红外光谱特征峰可知，液体污染物主要为饱和及不饱和长链脂肪酸酯的混合物。液体污染物主要成分与食用油成分接近，结合塑料瓶的生活来源分析，废弃塑料瓶表面会沾染各种食用油脂。

2.1.2 气相色谱质谱分析测试

图2 废弃塑料瓶表面液体污染物总离子流图

图2为所采集废弃包装瓶表面液体污染物样品的保留时间色谱图，在对总离子流图中的各峰经质谱扫描后经过质谱数据库系统NIST14检索，结合人工图谱分析，得到各保留时间的化学成分，并用离子流峰面积归一化法计算各组分的相对含量，如表1所示。

其中相对含量较高的脂肪酸、脂肪酸酯、植物油甾醇，通常存在于植物油中，在废弃塑料瓶中也能发现大量食用油、辣椒油、酱油等包装容器。邻苯二甲酸酯常用作塑料增塑剂，容易迁移至塑料表面而被萃取出来。芥酸酰胺则为塑料常用的爽滑剂、开口剂，易于析出塑料表面。双酚A则通常来自于环氧树脂粘接剂、涂料等的残留。

表1 废弃塑料瓶表面液体污染物GC-MS分析结果

2.2 粉末污染物成分分析

2.2.1 显微红外光谱测试

图3 废弃塑料瓶表面粉末污染物显微红外光谱

利用显微红外光谱仪对粉末样品进行表面红外光谱扫描，分别选取多个粉末样品点测试红外光谱图，见图3，与标准谱图库数据对比分析，结合人工图谱分析结果，粉末1主成分为高岭土;粉末2主成分为碳酸钙；粉末3主成分为云母；粉末4主成分为石英；粉末5主成分为碳酸钙。由结果可知，废弃塑料瓶外表面的粉末固体污染物主要为无机矿物，主要是因为塑料瓶在丢弃过程中会接触泥沙、粉尘等。

2.2.2 气相色谱质谱分析

通过乙醇对粉末污染物进行萃取过滤后，再进一步对其可溶解成分进行测试，测试结果如图4所示。图4为所采集废弃包装瓶表面粉末污染物样品的保留时间色谱图，在对总离子流图中的各峰经质谱扫描后经过质谱数据库系统NIST14检索，结合人工图谱分析，得到各保留时间的化学成分，并用离子流峰面积归一化法计算各组分的相对百分含量，如表2所示。

图4废弃塑料瓶表面粉末污染物总离子流图

表2废弃塑料瓶表面粉末污染物GC-MS分析结果

采用红外光谱、显微红外光谱，结合GC-MS的分析手段，可以测试废弃塑料表面液体和粉末污染物的成分。分析结果表明，废弃塑料瓶表面污染物为多种组分的混合物，主要成分包含油脂类、矿物类、添加剂类等。油脂类主要为植物油和矿物油，矿物类主要为碳酸钙、云母、石英、高岭土等，添加剂类主要有邻苯二甲酸脂类增塑剂、芥酸酰胺开口剂等，以及双酚A等残留。本测试结果为废弃塑料瓶回收行业进行清洗及废水处理等后续研究提供了基础。