评估电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险的方法与流程

本发明涉及电子废物环境风险防控技术领域，具体涉及一种评估电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险的方法。

背景技术：

塑料因具有质量轻、易成型、不导电、缓冲性能优良、耐磨等特性，而被广泛应用于电子类产品外壳中。国外对21类报废的电子电器设备的材料组分重量比进行调查统计，其中塑料占2.8%-43.7%。据统计，2016年全球电子垃圾产量达到4.47×10⁷t，人均达6.1kg，与2014年的人均数量相比增长了5%，预计在2021年总量将达到5.22×10⁷t。为满足不同用户的需求，需向塑料中加入一定量的添加剂，如填充剂、着色剂、抗氧化剂、阻燃剂等，而这些添加剂中重金属pb、cd、cr属于法定限制性有害成分，而阻燃剂中也会含有大量sb2o3。尽管欧盟和中国都制定了相关法律来规范添加剂的使用，如《关于报废电子电气设备指令》(weee)、《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(rohs)，《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》(俗称中国rohs2.0)。但在此之前塑料添加剂的使用并没有严格规定，重金属pb、cd、cr含量通常较高。

现阶段，对于电子废弃物中塑料部分的处理主要分为垃圾填埋和回收利用两种途径。废塑料作为垃圾填埋一方面占用较多土地面积，浪费土地资源，并且由于塑料本身含有重金属、阻燃剂等有毒有害物质，在土壤中长期填埋会随垃圾浸滤液进入土壤、水源中，造成环境污染，因此塑料再回收利用成为处理废塑料的主要趋势。但由于早期塑料中含有较高浓度的重金属添加剂，使得再利用的废塑料中有害物质含量仍旧很高，在使用过程中对人体及周围环境仍存在危害，而现阶段还没有一种合适的方法来评估废塑料的环境风险。因此，需要提供一种快速评估的方法，以避免其在再利用过程中可能造成的环境风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种快速评估电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险的方法，以解决现有评估废塑料中重金属环境风险方法不足的问题。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种评估电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险的方法，该方法分为前处理、循环利用、毒性浸出三个步骤，具体步骤如下：

s1、前处理

将从废弃电子产品中拆卸的废塑料依次用含洗衣粉的溶液和清水清洗，去除其表面的油污及粉尘，随后进行粉碎，使得废塑料的粒度小于1cm；

s2、循环利用

模拟废塑料再利用生产工艺，采用熔融挤出技术进行废塑料造粒、注塑，循环2-3次后取得注塑样品条，加速废塑料的老化程度；

s3、毒性浸出

将注塑得到的塑料样品条用液氮冷却破碎后，进行毒性浸出试验，从而实现废塑料中重金属释放特征的快速评估。

本发明中，步骤s2中，向废塑料中加入抗氧化剂（四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯），质量比为0.05%-0.1%；将样品放入搅拌机中混合均匀，进行造粒、注塑。

本发明中，步骤s2中，造粒机各部分温度设定为：220℃、220℃、230℃、230℃、230℃，螺杆转速75r/min；注塑机各部分温度设定为：200℃、200℃、220℃、220℃、220℃。

本发明中，步骤s3的毒性浸出试验中，将步骤s2所得样品破碎后过9.5mm筛网；将质量比为2：1的浓硫酸和浓硝酸混合液加入到去离子水中，使ph为3.20±0.05，得到浸提剂；称取150-200g样品置于2lpe浸提瓶中，按照液固体积质量比为10:1l/kg加入浸提剂，将浸提瓶固定在翻转式振荡装置上，调节转速为30±2r/min，温度为23±2℃；该实验方法浸出周期30d；取样时间为1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、30d，每个样品做三个平行样。

本发明中，步骤s3中，废塑料中重金属包括pb、cd、cr、sb、ni和zn中的一种或几种。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种快速评估电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险的方法，其在现有的固体废弃物浸出毒性浸出方法的基础上进行技术改进，通过将塑料再利用生产过程和浸出毒性相结合，用来评估废塑料中重金属的环境风险。该方法不仅可以评估塑料每次循环利用后可能的环境风险极限，也可以将塑料再利用过程中的处理条件考虑在内，探究处理过程对重金属环境风险的影响。这在一定程度上提升了对电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险评估的准确性和科学性，对可能产生的环境风险评估有实质性指导作用。

附图说明

图1是本发明一种评估电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险的方法的工艺流程图。

图2为本发明的操作装置示意图。

图3为实施例中abs注塑样品条断面表层图。

图4为实施例中阻燃型hips塑样品条断面表层图。

图5为实施例中hips塑样品条断面表层图。

图6为实施例中abs样品毒性浸出实验结果。

图7为实施例中阻燃型hips样品毒性浸出实验结果。

图8为实施例中hips样品毒性浸出实验结果。

图中标号：1-破碎机，2-双螺杆挤出机，3-塑料注塑成型机，4-浸出毒性装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施流程图对本发明的技术方案进行详细阐述，这些实施例并非限制本发明的内容。

图1是本发明一种评估电子废物塑料再利用过程中重金属环境风险的方法的工艺流程图。

图2为本发明的操作示意图，反应装置中包括破碎机1，双螺杆挤出机2，塑料注塑成型机3和浸出毒性装置4。塑料经由破碎机1粉碎至粒度小于1cm，将废塑料与抗氧化剂混合均匀后放入双螺杆挤出机2中造粒，待塑料粒子烘干冷却后放入塑料注塑成型机3中注塑成型，将注塑成型的样品按照国标进行浸出毒性实验，实验在浸出毒性装置4中进行。实验样品采用废家电拆解厂采集的abs、hips、阻燃型hips。

实施例

将塑料样品粉碎后加入0.05wt%的抗氧化剂四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混匀，将样品放入双螺杆挤出机2中造粒，再将塑料粒子烘干冷却后放入塑料注塑成型机3中注塑成型。造粒机各部分温度设定为：220℃、220℃、230℃、230℃、230℃，螺杆转速75r/min；注塑机各部分温度设定为：200℃、200℃、220℃、220℃、220℃；造粒、注塑过程重复2-3次后结束，用sem观察注塑样品条断面表层图。

将所得注塑样品破碎后过9.5mm筛网；将质量比为2：1的浓硫酸和浓硝酸混合液加入到去离子水中，使ph为3.20±0.05，得到浸提剂；称取150-200g样品置于2lpe浸提瓶中，按照液固体积质量比为10:1l/kg加入浸提剂，将浸提瓶固定在翻转式振荡装置上，调节转速为30±2r/min，温度为23±2℃；该实验方法浸出周期30d；取样时间为1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、30d，每个样品做三个平行样。

将浸出液过滤消解后用icp-oes对金属成分和含量进行分析，结果表明实施例的塑料样品中含有金属元素ba、重金属ni、cu、zn、sb、pb，并对数据进行分析，评估其环境风险。结果如下：

由图3-图5可知，回收过程中塑料每次回收后受高温影响均出现老化现象，样品条断面表层均出现孔隙变大变多，塑料层与层之间粘结性、质密性下降等明显的老化现象，从而加速其中所含有害物质的释放，有利于用于快速评估电子废物塑料再利用后的环境风险。

由图6-图8可知，三种塑料中重金属不仅出现溶出现象且浓度随浸出时间增加而增大，浸出30天后重金属溶出浓度最大；对比《地下水质量标准》（gb/t14848-2017）发现，阻燃型hips样品中cu离子浓度超过地下水二类标准，hips样品中pb离子浓度超过地下水五类标准，阻燃型hips、hips样品中ni离子浓度超过地下水五类标准；三种塑料样品中sb离子浓度均超过0.3mg/l，超出地下水三类水质的60倍以上。综上可以看出，废塑料在多次循环利用后，塑料中的重金属容易向外迁移溶出，若随意处理这些废塑料势必影响环境安全，对环境产生危害。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的特征并不局限于此，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。