磷鎢酸對鋁塑復(fù)合材料的分離效應(yīng)研究 總結(jié)：

摘要: 我國是鋁塑復(fù)合材料消費量最大的國家之一，但其回收率卻很低。本研究以綠色無污染、高酸性的磷鎢酸作為鋁塑分離劑，考察了磷鎢酸濃度、液固比、分離溫度對鋁塑分離時間和鋁塑損失率的影響。研究結(jié)果表明，磷鎢酸是一種優(yōu)異的分離劑，在濃度為0.6 mol/L，液固比為300 L/kg，分離溫度為90℃條件下，鋁塑完全分離時間為32 min，鋁塑損失率為12.9%。開發(fā)低揮發(fā)性且綠色環(huán)保的固體雜多酸有望成為實現(xiàn)鋁塑高效分離回收的新型分離劑。

綱要：

1. 簡介鋁塑復(fù)合材料是一種由鋁箔和低密度聚乙烯塑料(LDPE)復(fù)合而成的新型包裝材料，具有極佳的阻隔、耐腐蝕、防潮等性能，并且機械加工性能較好，易于加工成型，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、日用品等領(lǐng)域 [1] [2] [3]。Gente V.等人 [6] 采用高溫氣化方法，利用塑料和鋁箔的熔點不同使其分離。磷鎢酸是一種固體酸，對環(huán)境無污染，溶于水后不揮發(fā)，其酸性較H2SO4、HNO3、HCl相比更強。采用水力疏解的方式，以除去利樂包外層的聚乙烯和紙板層，得到了試驗所用的鋁塑復(fù)合物。隨著溫度的升高，單位體積的活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速率加快，分離所需的時間變短，鋁箔的損失率變小。當溫度為90℃時鋁箔的損失率相對較低，為12.9%，完全分離鋁塑復(fù)合物所需時間縮短為32 min。在磷鎢酸濃度為0.6 mol/L時，完全分離鋁塑復(fù)合材料所需時間縮短，為32 min，鋁箔的損失率為12.9%。當液固比小于50 L/kg時，由于磷鎢酸溶液的體積太小，部分鋁塑復(fù)合材料無法完全接觸到分離劑，使得分離速率慢、時間長，鋁箔損失率高。當液固比為300 L/kg時，完全分離鋁塑所需時間最短為32 min，此時鋁箔的損失率也最小。Figure 4. The effect of liquid-solid ratio on the separation of aluminum-plastic composites圖4. 液固比對鋁塑復(fù)合物分離的影響4. 結(jié)論選用綠色環(huán)保的固體磷鎢酸作為鋁塑復(fù)合材料的分離劑，具有分離效率高、環(huán)境污染小等優(yōu)勢。

內(nèi)容：

1. 簡介鋁塑復(fù)合材料是一種由鋁箔和低密度聚乙烯塑料(LDPE)復(fù)合而成的新型包裝材料，具有極佳的阻隔、耐腐蝕、防潮等性能，并且機械加工性能較好，易于加工成型，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、日用品等領(lǐng)域 [1] [2] [3]

近年來，我國對鋁塑復(fù)合材料的使用量逐年上升，而回收率僅為20%左右 [4]

鋁塑復(fù)合材料的合理回收不僅可以緩解其隨意丟棄造成的環(huán)境污染問題，而且回收的鋁箔和塑料可變廢為寶，具有很高的社會效益

鋁塑回收的方法很多，包括物理分離方法，如氬氣電解 [5]、高溫氣化分離 [6]、高壓靜電分離等技術(shù)

Gente V.等人 [6] 采用高溫氣化方法，利用塑料和鋁箔的熔點不同使其分離

該類技術(shù)分離效果好，但對設(shè)備的要求較高

化學(xué)方法包括酸溶劑法分離 [7]、堿溶劑法分離 [8] [9] 和有機溶劑法分離 [10]

堿溶劑法分離是將鋁箔全部溶解后回收塑料，再從堿液中提取鋁箔，分離效率較低；有機溶劑法多以氯仿、丙醚、乙醚、甲苯為分離劑 [11]，對環(huán)境的污染較大；酸法分離具有分離效率高，分離效果好等優(yōu)勢是目前最常用的分離方法

常用的酸性分離劑包括硝酸、鹽酸、甲酸、硫酸等 [12] [13] [14]，張等人 [15] 以甲酸為分離劑，通過溶解鋁塑界面的氧化鋁使得鋁塑完全分離

但甲酸揮發(fā)性強，分離后的廢液對環(huán)境污染較大

因此亟需尋求一種對環(huán)境無污染、酸性高、分離效率高的酸性分離劑

磷鎢酸是一種固體酸，對環(huán)境無污染，溶于水后不揮發(fā)，其酸性較H2SO4、HNO3、HCl相比更強

本文以磷鎢酸為酸性分離劑，研究了磷鎢酸的使用量、分離溫度、固液體對鋁塑分離效率及鋁箔損失率的影響

2. 實驗2.1. 材料與設(shè)備利樂包由利樂公司提供，磷鎢酸(≥98%)購自阿拉丁

2.2. 鋁塑復(fù)合材料的制備本研究以利樂包中鋁塑復(fù)合材料為例，其結(jié)構(gòu)如

圖1所示

鋁塑復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)由內(nèi)而外包括LDPE1層、LDPE粘合劑、鋁箔層和LDPE2層

將利樂包四角裁開，用去離子水對其多次清洗后晾干，得到紙鋁塑復(fù)合物

采用水力疏解的方式，以除去利樂包外層的聚乙烯和紙板層，得到了試驗所用的鋁塑復(fù)合物

將鋁塑復(fù)合物裁剪成1 cm × 1 cm的試樣，備用



Figure 1. Tetra Pak structure diagram

圖1. 利樂包結(jié)構(gòu)

圖2.3. 鋁塑復(fù)合材料的分離配置一定濃度磷鎢酸水溶液，與一定質(zhì)量的鋁塑復(fù)合材料按照特定的液固比混合

在水浴鍋內(nèi)恒溫處理一段時間后得到完全分離的鋁箔和塑料，用去離子水洗滌數(shù)次，在80℃烘箱中干燥8小時后稱重

2.4. 鋁箔損失率鋁損失率的計算公式如下：L=A1?A2A1(1)L——鋁塑分離損失率(%)；A1——分離前鋁塑復(fù)合物的總質(zhì)量(g)；A2——分離后鋁箔、塑料總質(zhì)量(g)

3. 結(jié)果與討論3.1. 溫度對鋁塑復(fù)合材料分離的影響本研究是在液固比為300 L/kg，磷鎢酸水溶液濃度為0.6 mol/L，鋁塑完全分離的條件下進行，探究反應(yīng)溫度對鋁塑復(fù)合材料分離時間和鋁箔損失率的影響，試驗結(jié)果如

圖2所示

從圖2可以看出，在鋁塑復(fù)合物完全分離的過程中，鋁箔的損失率、分離時間均與溫度成反比，即隨著溫度的升高，鋁箔的損失率逐漸降低，分離所需的時間縮短

在75℃時鋁箔的損失率較高，為24.2%，此時完全分離的時間較長為102 min

隨著溫度的升高，單位體積的活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速率加快，分離所需的時間變短，鋁箔的損失率變小

當溫度為90℃時鋁箔的損失率相對較低，為12.9%，完全分離鋁塑復(fù)合物所需時間縮短為32 min

溫度過高，會使分離劑溶劑大量揮發(fā)，因此合適的反應(yīng)溫度為90℃



Figure 2. The effect of reaction temperature on the separation of aluminum-plastic composites

圖2. 反應(yīng)溫度對鋁塑復(fù)合材料分離的影響3.2. 磷鎢酸濃度對鋁塑復(fù)合材料分離的影響本試驗是在反應(yīng)溫度為90℃、液固比為300 L/kg，鋁塑完全分離的條件下進行，探究磷鎢酸濃度對鋁塑復(fù)合材料分離時間和鋁箔損失率的影響，試驗結(jié)果如

圖3所示

從圖3可以看出，鋁箔的損失率、分離時間均與磷鎢酸濃度成反比，即隨著磷鎢酸濃度增加，鋁箔的損失率逐漸降低，分離所需時間也逐漸縮短



Figure 3. The influence of phosphotungstic acid concentration on the separation of aluminum-plastic composites

圖3. 磷鎢酸濃度對鋁塑復(fù)合物分離的影響在磷鎢酸濃度為0.3 mol/L時，鋁塑完全分所需時間較長為98 min，此時鋁箔的損失率也較高為28.2%，這是由于分離劑的濃度較低，溶液中解離出來的H+離子濃度較小，反應(yīng)速率慢，分離時間長，且已分離的鋁箔和溶液接觸的時間較長，使得鋁箔的損失率升高

在磷鎢酸濃度為0.6 mol/L時，完全分離鋁塑復(fù)合材料所需時間縮短，為32 min，鋁箔的損失率為12.9%

另外受磷鎢酸溶解度的影響，磷鎢酸最佳分離濃度為0.6 mol/L

3.3. 液固比對鋁塑復(fù)合材料分離的影響本試驗是在反應(yīng)溫度為90℃，磷鎢酸濃度為0.6 mol/L，鋁塑完全分離的條件下進行，探究液固比對鋁塑復(fù)合材料分離時間和鋁箔損失率的影響，試驗結(jié)果如

圖4所示

從圖4可以看出，隨著液固比的增加，鋁塑完全分離所需時間逐漸縮短，分離過程中鋁箔的損失率逐漸降低

當液固比小于50 L/kg時，由于磷鎢酸溶液的體積太小，部分鋁塑復(fù)合材料無法完全接觸到分離劑，使得分離速率慢、時間長，鋁箔損失率高

當液固比逐漸增大時，反應(yīng)速率加快，分離時間逐漸縮短，鋁箔損失率降低

當液固比為300 L/kg時，完全分離鋁塑所需時間最短為32 min，此時鋁箔的損失率也最小

繼續(xù)增加液固比至350 L/kg，鋁塑分離時間變化不大

因此300 L/kg是最佳液固比參數(shù)

Figure 4. The effect of liquid-solid ratio on the separation of aluminum-plastic composites

圖4. 液固比對鋁塑復(fù)合物分離的影響4. 結(jié)論

選用綠色環(huán)保的固體磷鎢酸作為鋁塑復(fù)合材料的分離劑，具有分離效率高、環(huán)境污染小等優(yōu)勢

磷鎢酸的濃度、液固比、分離溫度是影響分離效率的最重要的因素

磷鎢酸濃度影響H+離子的多少，液固比影響鋁塑與分離劑的接觸面積，溫度影響鋁塑分離過程中的活化能

結(jié)果顯示磷鎢酸濃度為0.6 mol/L，液固比為300 L/kg，分離溫度為90℃條件下，鋁塑完全分離時間為32 min，鋁塑損失率為12.9%

基金項目陜西省重點研發(fā)計劃項目(2020SF-420)，西安市科技計劃項目(20193050YF038NS038)，陜西省土地工程建設(shè)集團內(nèi)部科研資助項目(DJNY2021-17)

NOTES*通訊作者

參考文獻

[1]	黃立業(yè), 琚偉, 袁濤. 鋁塑復(fù)合包裝廢料的分離現(xiàn)狀[J]. 科技信息, 2009(7): 52.
[2]	張璐璐. 液體包裝盒資源化利用工藝及機理研究[D]: [碩士學(xué)位論文]. 西安: 陜西科技大學(xué), 2012.
[3]	安曉燕. 利樂包的裝潢設(shè)計及印制[J]. 印刷世界, 2011(1): 34-35.
[4]	姜玉泉. 淺論紙塑鋁復(fù)合包裝回收再利用[J]. 中國高新技企業(yè), 2008(11): 151.
[5]	Lopes, C. and Felisberti, M.I. (2006) Composite of Low-Density Polyethylene and Aluminum Obtained from the Recycling of Postconsumer Aseptic Packaging. Journal of Applied Polymer Science, 101, 3183-3191. https://doi.org/10.1002/app.23406
[6]	Gente, V., La Marca, F., Lucci, F., et al. (2003) Electrical Separation of Plastics Coming from Special Waste. Waste Management, 23, 951-958. https://doi.org/10.1016/S0956-053X(03)00088-6
[7]	顧幗華, 張波. 含鋁廢塑料的鋁塑分離研究[J]. 礦冶工程, 2007, 27(5): 47.
[8]	何群華. 堿醇體系下鋁塑復(fù)合膜的鋁塑分離研究[J]. 廣州化工, 2010, 38(12): 141.
[9]	涂逢樟, 黃仕達, 陳建東, 等. 含鋁廢塑料濕法堿浸鋁塑分離條件研究[J]. 山東化工, 2012, 41(12): 29-31.
[10]	李衛(wèi)紅, 雷文, 宰德欣, 等. 藥用鋁塑包裝片的分離[J]. 西北藥學(xué)雜志, 2009, 24(6): 478.
[11]	張素風(fēng), 張璐璐, 梅星賢. 混合溶劑分離鋁塑復(fù)合包裝材料[J]. 中國造紙, 2012, 31(3): 20-24.
[12]	黃朝國, 邵中興. 鋁塑紙復(fù)合包裝材料的分離回收方法及其剝離劑[P]. 中國, CN1401443. 2003-03-12.
[13]	張冀飛, 閆大海. 紙基復(fù)合包裝中鋁塑分離的濕法工藝條件研究[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2008, 21(6): 99.
[14]	Jonansson, H. and Ackermann, P.W. (1995) Method of Recovering Individual Component Parts from Packaging Material Waste: United States Patent, 5421526. 1995-06-06.
[15]	張冀飛, 閆大海, 李麗. 分離劑甲酸溶液濃度和溫度對于鋁塑濕法分離的影響研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報, 2010, 4(3): 665.