从电子废弃物中回收基于溶剂的PC和ABS：效率、经济效益、减排及就业机会

《Journal of Environmental Management》：Solvent-based recycling of PC and ABS from e-waste: Efficiency, economics, emissions reduction, and job opportunities

电子废弃物中PC/ABS混合塑料通过DCM/乙醇溶剂回收法实现高效分离，回收率PC达88%（纯度80-89%）、ABS达104%（纯度89-92%），同步去除有机磷阻燃剂。经济分析显示每吨处理利润766美元，较原生塑料生产节能91%、减碳10.2吨。方法可创造年处理1200万吨国内电子废弃物时提供27万个就业岗位。

　　

韩高|曾希明|倪洪刚

北京大学深圳研究生院城市规划与设计学院，中国深圳，518055

摘要

电子产品的快速更新导致大量电子废弃物（e-waste）的产生。这一废弃物问题已成为全球最紧迫的挑战之一。传统的处理方法如填埋和焚烧对于处理电子废弃物中的混合塑料来说效果不佳。虽然基于溶剂的回收技术为高纯度分离和添加剂去除提供了有希望的解决方案，但以往的研究往往使用有毒溶剂，并且缺乏全面的技术经济分析。为解决这些研究空白，本研究开发了一种基于DCM/EtOH的新方法，用于从实际电子废弃物中分离和回收PC/ABS混合物。该方法通过分步溶解实现了88%的PC回收率（纯度范围：80–89%）和104%的ABS回收率（纯度范围：89–92%），同时成功去除了有机磷阻燃剂。经济分析显示，使用该方法回收一吨电子废弃物塑料可产生766美元的净利润，这主要归因于91%的能源节约和10.2吨二氧化碳排放的减少。此外，在中国劳动力市场的条件下，每年回收1200万吨国内产生的电子废弃物可以创造27万个就业机会。这些发现证明了所提出方法的技术可行性和经济竞争力，为电子废弃物塑料管理提供了可持续的解决方案。未来的研究应重点关注溶剂回收的优化和大规模试点验证。

引言

电子产品的快速更新产生了大量的电子废弃物（Ma等人，2016年）。实际上，电子废弃物是全球增长最快的废弃物类型之一，年增长率约为3%–5%（Shittu等人，2021年）。据预测，到2030年，电子废弃物的数量将增加到8200万吨，其中塑料占比将达到27.4%（联合国训练研究所，2024年）。

历史上，贵金属是电子废弃物处理的核心；塑料组分的回收并未得到足够的重视（Huang等人，2009年；Li和Xu，2010年；Ma等人，2012年）。例如，电子废弃物中的塑料大多通过焚烧或填埋处理，而非有效回收（Wu等人，2020年；Zeng等人，2020年；Zhou和Xu，2012年）。电子废弃物包含超过15种聚合物，包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚丙烯（PP）、高冲击聚苯乙烯（HIPS）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、聚酰胺（PA）、聚苯氧基（PPO）等（Ma等人，2016年）。这些塑料难以与添加剂和金属成分分离（Turner，2018年）。

处理塑料废弃物有多种方法，包括机械回收、焚烧、填埋和化学回收。其中，填埋和焚烧会产生二次污染，焚烧还会浪费资源的潜在价值，而机械回收和化学回收才是真正的资源回收方式（Zhao等人，2022年）。然而，机械回收会导致回收塑料的机械性能下降（Zhao等人，2022年），因此难以将其重新应用于相同的应用场景，从而导致产品质量和价值的持续下降。此外，机械回收在分离混合塑料和去除各种添加剂方面也存在挑战（Evangelopoulos等人，2019年；Hopewell等人，2009年）。从长远来看，化学回收更有利于资源的可持续利用，在向循环经济转型中起着关键作用（Asgher等人，2020年；Tiwari等人，2023年）。但化学回收通常需要克服技术难题，且回收过程需要较高的温度等苛刻条件。相比之下，溶剂回收方法可以在相对简单的操作步骤和温和的条件下实现高纯度和高质量的回收（Ibrahim等人，2023年）。

一般来说，溶解-沉淀法适用于多种聚合物，能够选择性分离不同聚合物的同时保持其结构完整性，这对于高质量回收至关重要（ügdüler等人，2020年；Weeden等人，2015年）。因此，基于溶剂的塑料回收方法（SRPM）受到了学者们的关注。例如，溶剂靶向回收和沉淀法使用甲苯/丙酮与二甲基亚砜/水的混合物来分离和回收PE、乙烯基醇（EVOH）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）多层薄膜聚合物（Walker等人，2020年）。丙酮/二氯甲烷溶剂组合可以在室温下连续分离和提取电子废弃物中的PC（Weeden等人，2015年）。N-甲基吡咯烷酮（NMP）/水溶剂组合可以在分离和提取PC的同时部分去除磷基阻燃剂（Yu等人，2023年）。显然，SRPM能够实现原级塑料的回收。此外，在减少温室气体排放方面，SRPM的碳排放量仅为热解法的二分之一，焚烧法的三分之一。这使得SRPM不仅是一个更可持续的选择，也是改善塑料回收环境影响的有希望的解决方案（Vollmer等人，2020年）。

然而，SRPM仍面临一些挑战，包括溶剂组合的选择、SRPM条件的优化和成本控制、多种塑料的同时回收以及溶剂使用比例的管理。基于一种新的溶剂回收理念（一种溶剂组合依次分离两种塑料），本研究建立了一种用于PC/ABS混合塑料的SRPM方法，该方法可以尽可能减少有机溶剂的使用，并确保塑料回收的质量。同时，通过初步的成本效益估算，验证了溶剂回收方法在塑料回收领域的巨大市场潜力和广泛的应用前景（经济效益、就业机会、节能减排、资源保护、废弃物回收），为后续的溶剂回收研究提供了定量参考和实验支持。

材料

二氯甲烷（DCM）和95%乙醇溶液（EtOH）购自中国西龙科技有限公司，均为分析级试剂。聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）的标准样品购自中国台湾的智美工业公司。三苯基磷酸酯购自中国上海鸿湖科技有限公司。实际样品为计算机塑料外壳，含有65%的PC、8.5%的ABS和15%的滑石粉。

分离效果

总体而言，随着乙醇（EtOH）的加入，沉淀现象加剧（图2）。在初始阶段，溶液从透明变为浑浊；未出现明显沉淀。当达到某一临界乙醇体积后，继续加入少量乙醇会导致沉淀迅速增加，最终沉淀量趋于稳定。

对于PC溶液（图2a），加入5毫升乙醇后，溶液仍保持透明。

结论

本研究提出了一种基于溶剂的回收系统，用于从电子废弃物中分离和高纯度回收PC/ABS；同时通过选择性溶解去除有机磷阻燃剂。在当前市场和技术条件下，该方法实现了88%的PC回收率和104%的ABS回收率，与原始塑料生产相比，能耗降低了91%，二氧化碳排放减少了10.2吨，并显示出68.4%的净经济效益。

作者贡献声明

韩高：撰写——初稿、方法论、数据整理、概念构建。曾希明：可视化处理、软件开发。倪洪刚：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资金获取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了深圳市基础研究计划（GXWD20201231165807007-20200811151825001）的财政支持。