使用乙酸丁酯异构体的溶剂热法从含EVA的废弃光伏组件中剥离玻璃：性能、重复使用及溶剂-EVA相互作用

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Solvothermal glass delamination from EVA-containing waste photovoltaic modules using butyl acetate isomers: performance, reuse, and solvent-EVA interactions

　　

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  评估了丁酯异构体在废弃光伏组件中的玻璃分层分离效果。
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  回收的BA/IA仍保持>95%的效率，溶剂损耗分别为2.63%/3.64%。
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  DFT和IGMH分析揭示了BA-EVA之间略强的非共价相互作用。

引言

可再生能源和清洁能源，如风能和太阳能，持续受到全球关注。其中，太阳能光伏产业是发展最快的行业之一，仍具有巨大的发展潜力[1]、[2]。根据中国国家统计局公布的数据，截至2026年6月底，中国总装机容量达到40.4亿kW，其中太阳能发电容量12.7亿kW，风电容量6.8亿kW。具体而言，非化石能源装机容量预计将达到27亿kW，约占总装机容量的63%，而燃煤发电装机容量预计将下降至约31%[3]、[4]。尽管太阳能光伏组件带来了可观的能源效益，但在其使用寿命结束时也会产生大量固体废物，给环境和生态系统带来巨大压力。此外，这些废物中还含有大量有价值的资源，包括光伏玻璃、铝合金框架、晶体硅太阳能电池、银、铜、锡以及其他贵金属，急需开发有效的回收技术[5]、[6]、[7]。

晶体硅光伏组件作为第一代光伏产品，其市场占有率超过95%。在这些组件中，光伏玻璃和晶体硅电池通过高透射率EVA封装材料粘结在一起，该材料具有优异的粘接性能，可最大化光利用效率并防止水分侵入，从而确保较长的使用寿命[8]、[9]、[10]、[11]。回收废弃光伏组件需要按照原始组装的逆序进行拆卸，而高效的玻璃/EVA分层仍然是回收玻璃和制备含EVA层压板进行后续处理的关键步骤。目前，废弃光伏组件的主要分离方法包括机械分离、热解和化学处理。机械方法如粉碎筛选、热刀切割、高压脉冲放电和液压裂解等，通常存在晶体硅电池回收效率低和EVA去除不完全的问题[12]、[13]、[14]、[15]。机械和热路线虽然具有可扩展性，但可能导致材料碎裂、硅电池损坏、高能耗需求或二次排放。

化学处理方法采用多种试剂，大致可分为三类：无机试剂、有机溶剂和生物酶[16]。无机试剂主要包括碳酸钠、磷酸钠及相关化合物[17]、[18]。甲苯、二甲苯和三氯乙烷等有机溶剂也已被使用；然而，这些溶剂毒性很强，会释放有害气体和废液，因此开发环保替代品刻不容缓[19]、[20]、[21]。因此，更绿色的溶剂辅助路线旨在降低试剂毒性、提高界面选择性和实现溶剂回收或再利用。Min等人[22]报道，使用70°C、浓度0.1 mol L^-1的柠檬烯作为分离溶剂，反应30 min可实现玻璃和背板与EVA层的完全分离。Zheng等人[23]报道，在100°C、液固比15 mL g^-1条件下，使用NMP和BDG分别实现了玻璃分层（40 min和30 min）和背板分层（41.67 min和30 min）。Yang等人[24]发现，在80°C下使用由薄荷醇和癸酸组成的疏水性深共晶溶剂（DES），反应2 h可实现玻璃和背板的完全分离。Lv等人[25]证明了使用TGM溶剂在80°C下反应30 min可实现废弃光伏组件的完全分离。

醋酸丁酯是一种广泛使用的工业溶剂，也天然存在于各种水果中，如苹果和香蕉，是构成其特征香气的主要成分[26]。该溶剂具有果香气味、适中挥发性和优异的溶解性，在油墨、塑料加工、香料和医学提取等领域得到广泛应用[27]、[28]、[29]。醋酸丁酯存在四种异构体：正醋酸丁酯、异醋酸丁酯、仲醋酸丁酯和叔醋酸丁酯。异醋酸丁酯是醋酸丁酯的异构体，具有柔和的果香酯香气，主要用作航空涂料、硝基纤维素漆和清漆的溶剂，也广泛应用于化妆品香精配方和制药行业[30]、[31]、[32]。Trivedi等人[33]报道，醋酸丁酯及其异构体的溶解度参数与EVA相似，这些溶剂在废弃光伏组件的溶剂辅助玻璃/EVA分层中表现出良好的效果。因此，有必要进一步研究实验工艺参数及相关分离机制。

本研究评估了BA和IA作为低毒性溶剂在溶剂热条件下分离废弃双玻晶体硅光伏组件中玻璃与含EVA层压板的性能。本研究的范围仅限于玻璃/EVA分层，而非从含太阳能电池的组分中完全去除EVA。系统研究了反应温度、反应时间、圆形样品尺寸和液固比对玻璃分离效率的影响。利用FTIR、NMR、LC-MS和溶剂损耗测量评估了BA和IA的化学稳定性和重复使用性能。此外，采用密度泛函理论计算和IGMH分析支持溶剂-EVA相互作用解释。本研究的主要贡献在于对两种醋酸丁酯异构体的对比评估，量化了溶剂重复使用行为，并提供了分子级别的证据来解释其不同的分层性能。

章节摘要

原材料

本研究使用的废弃光伏组件为双玻晶体硅组件（型号：Grade II-SSB-72HD-545M；尺寸：2285 mm × 1134 mm × 35 mm；重量：31.6 kg），取自中国江苏省徐州的一家回收公司。使用的试剂包括醋酸丁酯（C₆H₁₂O₂，>99.5%）、异醋酸丁酯（C₆H₁₂O₂，>99.0%）和乙醇（C₂H₆O，>99.5%），均为分析纯，购自上海麦克林生化科技有限公司。电阻率为16.8的超纯水

废弃光伏圆形组件的特性

本实验中，铝合金框架和接线盒采用简单机械方法去除，不再进一步考虑。使用切割机将废弃光伏组件切割为直径分别为15 mm、20 mm和25 mm的圆形组件，如图2(a-c)所示。如图2(d)所示，废弃光伏圆形组件由玻璃、EVA膜、导线和硅电池组成，质量分数分别为89.64%、8.24%、0.05%和2.07%。图2(e)表明其相

结论

本研究评估了BA和IA作为溶剂辅助分层剂在废弃光伏圆形组件中分离玻璃与含EVA层压板的性能。主要结论如下：

(1) BA和IA在120°C、液固比10 mL g^-1条件下可实现玻璃完全分离，分别需要20 min和30 min。升高温度和增大液固比可加速分层过程，而较大的样品尺寸因溶剂传输路径更长和边缘-面积

CRediT作者贡献声明

廖洪强：撰写—审阅与编辑、资源获取、资金获取。程新荣：撰写—原稿撰写、验证、方法论、调查、形式化分析、数据整理。岳华：方法论、调查、形式化分析、数据整理。

利益冲突声明

我们郑重承诺：所有合著者均已审阅并批准了手稿的最终版本，且不存在可能影响本结果报告的利益冲突。我们确认本工作为原创，未曾发表，且未在其他地方接受审阅。

致谢

作者衷心感谢山西大学资源与环境研究所提供的科研平台支持，以及山西省乡宁县生产力促进中心的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

程新荣|廖洪强|岳华