Phân Loại Rác Thải Nhựa Bằng Quang Phổ Nir

Vấn đề rác thải nhựa đang là một vấn đề nghiêm trọng toàn cầu, với hơn 430 triệu tấn được sản xuất hàng năm (OECD 2022). Chỉ một lượng nhỏ rác thải nhựa được tái chế, phần còn lại dẫn đến các tác động đến môi trường như tràn bãi rác, đường thủy bị ô nhiễm và gây hại cho động vật hoang dã. Khoảng 19-23 triệu tấn rác thải nhựa rò rỉ vào hệ sinh thái dưới nước mỗi năm, gây ô nhiễm ở hồ, sông và biển (UNEP 2021). Hạt vi nhựa đã được tìm thấy trong nước uống, hải sản và không khí, gây ra những nguy cơ tiềm ẩn cho sức khỏe. Việc quản lý hiệu quả chất thải nhựa là rất quan trọng do chúng được sử dụng rộng rãi và tồn tại dai dẳng trong các bãi chôn lấp, đại dương và hệ sinh thái. Phân loại chất thải nhựa là một bước quan trọng trong quá trình tái chế, bao gồm việc phân loại nhựa dựa trên loại polymer, màu sắc, mật độ và các đặc tính khác của chúng, đồng thời sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để cải thiện hiệu quả tái chế.

Hình 1 : Vấn đề rác thải nhựa sau khi sử dụng.

GIỚI THIỆU

Các phương pháp phân loại truyền thống thường dựa vào lao động thủ công hoặc quy trình máy móc, có thể tốn nhiều công sức, thời gian và dễ xảy ra sai sót. Tuy nhiên, sự ra đời của quang phổ cận hồng ngoại (NIR) mang đến một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn, cách mạng hóa cách phân loại và tái chế rác thải nhựa.

Quang phổ NIR sử dụng các dấu hiệu quang phổ đặc biệt của vật liệu để xác định và phân loại chúng một cách nhanh chóng và chính xác. Bằng cách phân tích sự tương tác của ánh sáng cận hồng ngoại với polyme nhựa, quang phổ NIR có thể phân biệt giữa các loại nhựa khác nhau dựa trên thành phần hóa học, màu sắc và các đặc tính nội tại khác của chúng. Bằng cách tự động hóa quy trình phân loại và giảm thiểu sự can thiệp của con người, quang phổ NIR giảm thiểu sai sót và đảm bảo độ tinh khiết cao hơn của nhựa tái chế. Hơn nữa, nó cho phép tái chế các hỗn hợp nhựa phức tạp vốn khó phân tách bằng các phương pháp thông thường, do đó mở rộng phạm vi vật liệu có thể tái chế và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn hơn.

Ưu điểm chính của NIR trong phân loại nhựa:

·       Độ chính xác: Quang phổ NIR cung cấp khả năng nhận dạng và phân loại chính cao các polyme nhựa dựa trên dấu hiệu quang phổ đặc trưng của chúng. Điều này làm giảm nguy cơ phân loại sai và đảm bảo độ tinh khiết của vật liệu được phân loại, góp phần tạo ra các sản phẩm tái chế chất lượng cao hơn .

·       Phân tích không phá hủy: Không giống như các phương pháp phân loại truyền thống có thể liên quan đến việc gây tổn hại hoặc thay đổi tính chất vật lý của vật liệu, quang phổ NIR cho phép phân tích không phá hủy. Điều này có nghĩa là các mẫu nhựa có thể được phân tích trong trạng thái nguyên vẹn, bảo toàn giá trị và khả năng sử dụng của chúng trong quá trình tái chế.

·       Phân tích thời gian thực: Quang phổ NIR cho phép phân tích dòng chất thải nhựa theo thời gian thực, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân loại và ra quyết định nhanh chóng tại các cơ sở tái chế. Bằng cách cung cấp kết quả tức thời, nó nâng cao hiệu quả của hoạt động phân loại và giảm thiểu thời gian xử lý, dẫn đến tăng công suất và năng suất.

·       Đa dạng và linh hoạt: Quang phổ NIR có thể phân tích nhiều loại vật liệu nhựa, bao gồm nhiều loại polymer, màu sắc và dạng khác nhau (ví dụ: mảnh, viên, màng). Tính linh hoạt này cho phép phân loại các dòng chất thải nhựa đa dạng, bao gồm cả vật liệu hỗn hợp hoặc bị ô nhiễm, có thể khó phân loại bằng các phương pháp thông thường.

Hình 2 : Phổ NIR của nhựa và sơ đồ phân loại nhựa NIR.

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Một hệ thống đo phản xạ được sử dụng trong ứng dụng này. Phân loại nhựa dựa trên phổ phản xạ là phương pháp phổ biến được sử dụng để phân biệt các loại nhựa khác nhau. Nguyên lý của phương pháp này là mỗi loại nhựa đều có phổ phản xạ đặc trưng. Những quang phổ phản xạ này có thể được sử dụng để xác định loại nhựa.

Cụ thể, máy quang phổ phản xạ sẽ phát ra ánh sáng lên mẫu nhựa và đo độ phản xạ của nó ở các bước sóng khác nhau. Sau đó, dữ liệu được so sánh với các mẫu tham chiếu đã biết để xác định loại nhựa. Phổ phản xạ đặc trưng của từng loại nhựa sẽ cho phép phân loại chính xác loại nhựa mà không cần tiến hành phân tích hóa học phức tạp.

Hình 3 : Phổ phản xạ ở các tấm nền khác nhau.

Sau khi thu được phổ phản xạ, các mô hình hiệu chuẩn được phát triển để so sánh phổ NIR của các mẫu nhựa với các đặc tính quan tâm tương ứng của chúng, chẳng hạn như loại polyme, màu sắc hoặc thành phần. Sau đó, các kỹ thuật phân tích đa biến được sử dụng để phát triển các mô hình dự đoán liên quan đến dữ liệu quang phổ với các thuộc tính mục tiêu.

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI NHỰA

INTINS có thể cung cấp một hệ thống hoàn chỉnh cho ứng dụng này. Máy quang phổ NIRQuest+ của Ocean Optics (Ocean Insight) có thiết kế băng ghế quang cải tiến để mang lại hiệu suất có độ nhạy cao. Độ nhạy cao cho phép đo chính xác hơn, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng yếu. Dải bước sóng dài từ 900 – 2450 nm là máy quang phổ phù hợp cho các ứng dụng tái chế nhựa, có thể sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc trên dây chuyền công nghiệp.

Ngoài ra, hệ thống còn bao gồm một phần mềm cụ thể có tên DK-PMS. DK-PMS có giao diện thân thiện, dễ sử dụng trong dây chuyền công nghiệp. Chỉ với những bước cực kỳ đơn giản, bạn có thể điều khiển các loại hệ thống nhựa hoạt động linh hoạt và hiệu quả. Phần mềm kết nối với hệ thống đơn giản và nhanh chóng thông qua cổng USB.

Hình 4: Tổng quan giao diện phần mềm

DK-PMS có các thuật toán thông minh giúp khách hàng phân loại nhựa chính xác, nhanh chóng và cực kỳ hiệu quả với hiệu suất cao. Hiện nay, chúng tôi phân loại 4 loại nhựa chính: PE, PS, PP và PET. Các loại nhựa khác được phân loại là "KHÁC".

Phần mềm DK-PMS sử dụng switch quang để đo 6 mẫu tương ứng với 6 kênh trên băng chuyền. Với tốc độ đo 170 ms/mẫu khi chuyển kênh (khoảng 1 giây cho 6 kênh). Phần mềm đạt được độ chính xác xấp xỉ 100% cho tất cả các mẫu hiện tại.

Với hệ thống phân loại nhựa hiện có, INTINS tự tin là nhà cung cấp uy tín các hệ thống phân loại nhựa chất lượng cao, chính xác, dễ sử dụng cho người dùng.