徹底改變聚合物回收

徹底改變聚合物回收：Prodecologia 如何使用尖端高光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn) 98% 的聚合物純度

       Prodecologia 開(kāi)發(fā)了一種基于 Specim 技術(shù)的分選機(jī)，可實(shí)現(xiàn) 98% 的聚合物純度。Specim 的高光譜成像用于創(chuàng)建 Prodecologia 的近紅外 (NIR) 分離器，這是一種識(shí)別、分類和分離不同類型聚合物的工具，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更有效的聚合物回收過(guò)程。

       將聚合物廢料加工成可重復(fù)使用的材料以供二級(jí)市場(chǎng)使用。
       近年來(lái)，聚合物廢物對(duì)環(huán)境的影響已成為一個(gè)緊迫的社會(huì)學(xué)問(wèn)題?！熬酆衔飶U物是一個(gè)世界性的生態(tài)問(wèn)題，應(yīng)該通過(guò)聚合物回收來(lái)解決，”P(pán)rodecologia 首席技術(shù)專家 Andrii Honchar 說(shuō)。“我們不應(yīng)該依賴?yán)盥駡?chǎng)處理，而應(yīng)該專注于將聚合物廢物轉(zhuǎn)化為可重復(fù)使用的材料?！?/span>

       使用二次聚合物的動(dòng)機(jī)主要是由于環(huán)境問(wèn)題的加劇和公眾對(duì)增加生態(tài)責(zé)任的要求。然而，回收在經(jīng)濟(jì)上也是可行且節(jié)能的。將聚合物廢料加工成供二級(jí)市場(chǎng)使用的新材料所需的總能源消耗僅為初級(jí)聚合物生產(chǎn)的一半。經(jīng)過(guò)深入分析后，Prodecologia 開(kāi)發(fā)了一種聚合物回收技術(shù)，可以提高效率并限制環(huán)境浪費(fèi)。

       Prodecologia 成立于東歐，是一家專注于設(shè)計(jì)、制造和供應(yīng)磁力分離器、金屬探測(cè)器和靜電分離器的公司。盡管 Prodecologia 之前曾回收過(guò)電纜廢料、印刷電路板和各種其他材料，但聚合物壓制被廣泛認(rèn)為是一種復(fù)雜的新工藝。在應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)后，Prodecologia 現(xiàn)在專注于創(chuàng)造有效處理和回收聚合物廢品的可持續(xù)技術(shù)。

一、聚合物加工的挑戰(zhàn)

       Prodecologia 決定開(kāi)發(fā)和實(shí)施新的復(fù)雜聚合物加工解決方案，以滿足客戶的多樣化需求。但開(kāi)發(fā)這些技術(shù)面臨著一些挑戰(zhàn)，包括可回收聚合物有各種形狀、尺寸和純度分?jǐn)?shù)。Honchar 說(shuō)：“有效處理最大數(shù)量的不同投入和原材料的能力是評(píng)估聚合物技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)。”
       Prodecologia 旨在實(shí)施復(fù)雜的技術(shù)解決方案，使聚合物純度分?jǐn)?shù)高于 98%。該過(guò)程的第一步是基于眾所周知的摩擦起電效應(yīng)現(xiàn)象對(duì)聚合物進(jìn)行靜電分離，其中涉及創(chuàng)建靜電場(chǎng)并使具有相反極性的聚合物充電。

       盡管靜電技術(shù)在處理相對(duì)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品時(shí)非常有效，但很難獲得純度超過(guò) 95% 的最終聚合物濃縮物。使用該技術(shù)對(duì)聚合物混合物進(jìn)行分類不允許靈活地改變輸入產(chǎn)品或聚合物材料的類型。這些技術(shù)限制使得純度分?jǐn)?shù)接近 95%，但客戶通常需要純度等級(jí)高于 98% 的聚合物混合物。Prodecologia 還面臨著歐洲和中國(guó)聚合物回收市場(chǎng)上其他公司的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

二、使用高光譜成像改進(jìn)聚合物分選

       Prodecologia 致力于生產(chǎn)可持續(xù)的聚合物回收技術(shù)，以便在國(guó)際回收市場(chǎng)上獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。為了滿足客戶的要求，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)聚合物濃度高于 98% 的純度。該公司確定高光譜成像技術(shù)是有效分類、處理和回收聚合物廢料的可行解決方案。通過(guò)將成像和光譜相結(jié)合，高光譜成像比基于 X 射線、RGB 或多光譜傳感器的傳統(tǒng)系統(tǒng)具有許多優(yōu)勢(shì)。線掃描高光譜相機(jī)是一種有效的檢測(cè)工具，可以對(duì)普通相機(jī)或人眼看不見(jiàn)的各種物質(zhì)的濃度進(jìn)行定位、分類和量化。之前發(fā)現(xiàn)的許多問(wèn)題可以使用近紅外 (NIR) 區(qū)域的高光譜成像來(lái)解決。NIR 光譜可以對(duì)家庭和工業(yè)廢物中發(fā)現(xiàn)的不同類型的聚合物（PP、PE、PS、ABS、PET、PVC 和 PC）進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的分類。

       在近紅外光譜范圍內(nèi)操作時(shí)，高光譜成像可以通過(guò)單次掃描快速有效地在線識(shí)別和分類各種類型的聚合物材料，從而提高回收材料的純度（超過(guò) 98%）并限制廢物副產(chǎn)品。

圖 2：兩臺(tái) Specim FX17 高光譜相機(jī)可實(shí)時(shí)檢查物料流并識(shí)別不同類型的聚合物。

圖3：實(shí)時(shí)高光譜掃描可識(shí)別不同類型的聚合物。粉色代表PE，藍(lán)色代表PP。

三、開(kāi)發(fā)和實(shí)施 NIR 分離器

       在最初開(kāi)發(fā)第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)室近紅外分離器時(shí)，Prodecologia 咨詢了多家光譜相機(jī)制造商，但確定大多數(shù)公司無(wú)法完全滿足實(shí)施該工業(yè)項(xiàng)目所需的嚴(yán)格技術(shù)條件。該公司認(rèn)為 Specim 是一家能夠滿足該項(xiàng)目復(fù)雜性的相機(jī)和軟件制造商。

       “Specim 是一家可行的高光譜視覺(jué)技術(shù)供應(yīng)商，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，”Honchar 說(shuō)?！皯{借廣泛的產(chǎn)品，公司可以選擇和利用最適合其組織的需求和目標(biāo)的技術(shù)?！苯t外分離器的工作原理是首先識(shí)別混合物每個(gè)顆粒內(nèi)的各種類型的聚合物。然后使用高速氣動(dòng)系統(tǒng)提取和分離顆粒。高光譜成像 (HSI) 通過(guò)快速有效地分析塑料樹(shù)脂的化學(xué)成分來(lái)加快這一過(guò)程。為了最大限度地提高聚合物加工效率和回收材料的純度，Prodecologia 選擇了 Specim FX17 NIR HSI 相機(jī)，因?yàn)樗哂懈叻直媛屎透邘使δ堋?/span>

       NIR 分離器的主要部件包括：

       1.Specim FX17 NIR 高光譜相機(jī)可形成每個(gè)粒子的 HSI圖像

       2.微處理器單元可識(shí)別并創(chuàng)建每種混合物的 RGB 模型

       3.用于噴射所需類型聚合物的氣動(dòng)系統(tǒng)

圖4：空氣噴射器射出被剔除的材料。

四、SpecimONE 加速開(kāi)發(fā)

       Prodecologia 利用 Specim 的光譜成像平臺(tái) SpecimONE 為其 NIR 分離器開(kāi)發(fā)聚合物分選應(yīng)用程序。

       SpecimONE 包括：

       ·        Specim FX 相機(jī)：經(jīng)過(guò)工業(yè)驗(yàn)證的 HSI 相機(jī)

       ·        SpecimINSIGHT：HSI 數(shù)據(jù)分析軟件工具

       ·        SpecimCUBE：數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

       SpecimINSIGHT 軟件使 Prodecologia 的數(shù)據(jù)分析師能夠高效地離線分析從 Specim HSI 相機(jī)收集的高光譜數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建和驗(yàn)證分類模型以識(shí)別不同類型的聚合物。然后，使用 SpecimINSIGHT 創(chuàng)建的分類模型在 SpecimCUBE 上運(yùn)行，后者將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)聯(lián)系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)對(duì)不同的塑料類型進(jìn)行分類。

       Prodecologia 通過(guò) SpecimONE 平臺(tái)顯著加快了 NIR 分離器的開(kāi)發(fā)。Honchar 表示：“使用 Specim 的硬件和軟件解決方案實(shí)施 NIR 分離器只花了六個(gè)月的時(shí)間，與其他陷入開(kāi)發(fā)數(shù)年且從未完全完成的系統(tǒng)相比，這是一個(gè)巨大進(jìn)步?！?/span>

圖5：分離結(jié)果。左邊是剔除的 PP，右邊是濃縮純度高達(dá) 98% 的 PE。

五、迎接下一個(gè)挑戰(zhàn)：黑色塑料回收

       NIR 分選技術(shù)采用環(huán)境可持續(xù)且經(jīng)濟(jì)可行的方法，幫助 Prodecologia 解決了聚合物回收市場(chǎng)之前面臨的挑戰(zhàn)。近紅外區(qū)域的高光譜成像是獲得高質(zhì)量聚合物濃縮物的有效工具。利用這項(xiàng)技術(shù)，Prodecologia 現(xiàn)在可以按類型對(duì)多組分聚合物混合物進(jìn)行分類。Specim 的 NIR 高光譜相機(jī)與 Prodecologia 的 NIR 分離器完美集成，為高效的工業(yè)聚合物回收創(chuàng)造了協(xié)同解決方案。

       Prodecologia 的下一個(gè)目標(biāo)涉及黑色聚合物的回收。黑色塑料占家庭和工業(yè)廢物的很大部分。其中大部分最終進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)，因?yàn)楣鈱W(xué)分揀系統(tǒng)很難識(shí)別它們。這被廣泛認(rèn)為是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，但 Prodecologia 相信 Specim FX50MWIR（中波紅外）高光譜相機(jī)能夠有效處理黑色聚合物的回收，因?yàn)槠浞诌x黑色塑料所需的 2.7–5.3 μm 光譜范圍。Prodecologia 認(rèn)為，能夠從廢物流中回收黑色塑料的系統(tǒng)將對(duì)未來(lái)的聚合物廢物加工行業(yè)產(chǎn)生巨大的財(cái)務(wù)和環(huán)境影響。

圖 6：Specim FX17 相機(jī)采用線掃描模式工作，可用于收集近紅外 NIR 區(qū)域（900 至 1700 nm）的高光譜數(shù)據(jù)。

圖 7：SpecimINSIGHT 軟件允許用戶探索高光譜數(shù)據(jù)并創(chuàng)建和分類模型。

圖 8：SpecimCUBE 處理平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)行 SpecimINSIGHT 創(chuàng)建的分類模型。

文章轉(zhuǎn)載于：Specim高光譜成像（https://mp.weixin.qq.com/s/FxvninJjZJBNT5jY6RsaCQ）