《Waste Management》：Continuous photoelectric recognition for isolation and recycling of colored HDPE plastics derived from post-consumer containers
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•多级光电识别技术能够提升不同颜色废弃高密度聚乙烯的回收效率及其再利用价值。•色调-饱和度-亮度颜色通道有助于快速精准地筛选高密度聚乙烯碎片。•回收后的高密度聚乙烯具有稳定的机械与物理性能。•回收高密度聚乙烯中的重金属残留量远低于《有害物质限制2.0》标准要求。引言高密度聚乙烯塑
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多级光电识别技术能够提升不同颜色废弃高密度聚乙烯的回收效率及其再利用价值。
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色调-饱和度-亮度颜色通道有助于快速精准地筛选高密度聚乙烯碎片。
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回收后的高密度聚乙烯具有稳定的机械与物理性能。
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回收高密度聚乙烯中的重金属残留量远低于《有害物质限制2.0》标准要求。
引言
高密度聚乙烯塑料因成本低且性能优异而被广泛使用。日常生活中最常见的包装容器大多由吹塑级高密度聚乙烯材料制成。然而，大量的使用量以及由此产生的废弃物给塑料回收领域的废物管理系统带来了巨大压力（Dai等人，2022；Dong等人，2025c；Brooks等人，2018）。在双碳战略的背景下，业界亟需创新的回收解决方案，以便以经济高效的方式将塑料废物转化为高附加值产品，从而提升其循环利用效率（Chu等人，2023；Singh和Walker，2024）。塑料废物应被视为宝贵资源，塑料回收企业也需要从单纯的污染治理模式向面向未来的资源能源输出型企业转变（Qin等人，2022；Chu等人，2025；Bening等人，2021）。不过，废弃高密度聚乙烯容器的来源分散、颜色多样、形态各异，这为构建大规模、系统化的回收体系带来了挑战。目前，废弃高密度聚乙烯塑料的回收再生技术仍存在诸多瓶颈，这就需要在关键核心技术方面实现创新突破（Smith等人，2024；Thoden van Velzen等人，2024）。废弃高密度聚乙烯容器的回收过程应致力于在回收循环中尽量减少能耗与副产品生成，通过简化的技术路线实现高效回收（Schyns和Shaver，2021）。因此，聚焦核心技术问题、提升设备集成水平，以及开发整合多种工艺的复合分选回收技术，已成为该领域的重要研究方向。
废弃高密度聚乙烯塑料容器是包含多种介质和成分的复杂系统，其中还含有各类颜色添加剂，这使得它们的回收加工极为复杂（Blanco等人，2024；Chea等人，2023；Dong等人，2025a）。此外，废弃高密度聚乙烯容器常常与其他聚合物如聚丙烯午餐盒和聚对苯二甲酸乙二醇酯瓶子混合在一起，给分选、净化和提纯工作带来了前所未有的挑战（Dong等人，2024a；Dong等人，2025b）。在现有的工业生产中，通过物理分选-改性再生的方法可以对高密度聚乙烯进行基本再生，同时保留其原有的结构与物理特性。这类方法包括浮选、空气分级和碱性水热清洗（Shen等人，2023；Alade和Bada，2023）。机械回收则是更优的选择，因为它具有最短的回收周期且更加节能（De Tandt等人，2021；Van Geem，2023）。但目前，不同颜色的高密度聚乙烯材料往往要经过集中熔融混合处理。值得注意的是，不同颜色高密度聚乙烯材料的市场价值存在显著差异（Cucuzza等人，2023）。根据塑料配色原理，红色、黄色和蓝色作为基本色，可以通过不同比例混合来产生大多数常用颜色。因此，这三种颜色回收后的高密度聚乙烯在下游配色应用中具有更高的灵活性，市场需求较大，价格也相对较高。在白色高密度聚乙烯的生产过程中通常会添加二氧化钛作为遮光剂，而二氧化钛会显著影响回收材料的后续着色效果，所以它更适合用于生产同等颜色的白色产品（Ayorinde和Sayes，2023）。非基本色的绿色和紫色回收高密度聚乙烯应用场景较为有限，多用于生产黑色和深灰色等深色产品，因此其经济价值相对较低。这种由颜色差异带来的价值分层为高密度聚乙烯的高值化再生提供了可能路径。所以，实现对不同颜色高密度聚乙烯的精准分选，有助于推动废弃高密度聚乙烯从低水平回收向高价值再生转型。
目前，关于卷积神经网络、高光谱成像、中红外技术、激光诱导击穿光谱以及拉曼光谱识别技术的相关研究，主要聚焦于快速准确地识别混合塑料废物（Cucuzza等人，2023；Das等人，2026；Pocheville等人，2025；Zheng等人，2018；Zinchik等人，2021）。但这些研究多致力于阐述识别原理并提高识别准确率。由于这类传感组件的成本较高，关于其工业应用的描述和验证往往不够充分。鉴于废弃高密度聚乙烯成分的复杂性，多级连续光电颜色分选的工程化转化与整合能够更好地解决废弃高密度聚乙烯回收过程中的产业瓶颈。颜色识别通常基于低成本的面电荷耦合器件传感器，更适用于工业应用。不过，在多级连续颜色分选的系统集成与工程优化方面还存在研究空白，对于废弃高密度聚乙烯容器多级颜色分类的工程实践，也缺乏详细的描述和深入的研究。
为了进一步提升回收塑料的附加值，本研究针对高密度聚乙烯因颜色差异而产生的价值分化问题，提出了一种基于颜色识别与红外光谱识别原理的新型多级光电分选技术。该技术旨在突破传统工艺的局限，实现废弃高密度聚乙烯的精准颜色分选。在本研究中，采用了五级光电分选系统，根据白色、蓝色、红色、黄色和绿色这五种颜色分类标准，精确分离高密度聚乙烯碎片。同时，通过对分选后不同颜色高密度聚乙烯碎片的物理性质及典型重金属含量进行系统分析，揭示了颜色差异背后的材料质量差异，为下游回收产品的配方设计与工艺优化提供了理论依据。
章节要点
材料与方法
废弃高密度聚乙烯来源。实验所用材料取自塑料回收站收集的废弃混色高密度聚乙烯容器。这些废弃容器的原材料先经过破碎、清洗、浮选和空气分离等预处理，如图1所示。这一流程可以去除表面的灰尘、油污、杂质和轻质碎屑，消除表面光学干扰与杂质，为后续的高精度处理提供干净且稳定的原料。
不同颜色高密度聚乙烯碎片的多级光电分选
不同颜色高密度聚乙烯碎片的分选是一个综合应用过程，融合了光电物理、图像处理以及实际执行环节。这种光电颜色分选技术的核心逻辑在于将塑料表面的光学特性转换为可量化、可区分的数字信号，进而驱动空气喷射系统等实际执行组件，实现精准的颜色分类。分选的第一步为
结论
- (1)
本研究建立了针对不同颜色高密度聚乙烯的多级光电分选与回收工艺，为废弃高密度聚乙烯的大规模高值化利用奠定了坚实基础。
- (2)
在光电识别方面，RGB到HSV的转换方式有助于快速精准地对彩色高密度聚乙烯碎片进行分选。HSV颜色通道的独立运用提升了系统对光线波动的抗干扰能力。借助高密度聚乙烯之间红外峰值的差异，可以准确识别并去除聚丙烯杂质。
环境意义
本研究通过多级光电识别技术提升了废弃高密度聚乙烯的回收效率与附加值，为塑料废物的精准分选技术提供了新思路，同时也丰富了塑料废物再生领域的理论体系。
作者贡献说明
董立鹏：论文撰写——初稿撰写、研究指导、资金申请、概念构思。支文武：论文撰写——初稿撰写。李峰：论文撰写——初稿撰写。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本项工作得到了甘朴俊才支持计划的资助（编号：20243BCE51184）。
Lipeng Dong|Wenwu Zhi|Feng Li
