دستگاهی پیشرفته برای جداسازی ضایعات پلاستیک بر اساس طیف سنجی مادون قرمز نزدیک (NIR)

دستگاهی پیشرفته برای جداسازی ضایعات پلاستیک بر اساس طیف سنجی مادون قرمز نزدیک (NIR):

امروزه موضوع تفکیک و جداسازی ضایعات پلاستیک با دقت و سرعت خصوصا" در تناژ بالا به دلیل ایجاد ارزش افزوده بالا بسیار حائز اهمیت است.
استفاده از نیروی انسانی برای تناژ بالا به دلیل خطایی انسانی و زمانبر بودن آن در تناژ  بالا به صرف نیست.

یکی از تکنولوژیهای روز دنیا استفاده از دستگاه طیف سنجی جذبی یا انعکاسی مادون قرمز  می باشد.

جذبی یا انعکاسی مادون قرمز نزدیک تکنیک بسیار سریعی بوده و برای تفکیک پلیمر های متفاوت یا به رنگ روشن مناسب می باشد.
طیف NIR پلیمر های ضایعاتی معمولی و صنعتی را کاملا شناسایی می نماید به همین دلیل این تکنیک برای شناسایی قطعات پلاستیکی ایده آل می باشد. طیف سنجی NIR فواید زیادی برای طبقه بندی پلاستیک های ضایعاتی دارد.

این وسیله قادر به شناسایی سریع و مطمئن در عرض چند میلی ثانیه می باشد و به اندازه کافی قوی است که حتی در محیط های صنعتی کثیف و ارتعاشی به سهولت تفکیک می نماید.

اگرچه NIR برای تجزیه پلاستیک های تیره رنگی مثل اجزای خودرو مناسب نیست.
اما تکنیک می تواند اکثر پلاستیک ها را بر اساس جذب یا انعکاس در ناحیه مادون قرمز شناسایی کند. اندازه جذب در ناحیه مادون قرمز نزدیک در مقایسه با ارتعاشات اصلی در مادون قرمز متوسط کاهش می یابد. البته این موضوع می تواند یک مزیت باشد
چون کاهش یافتن جذب در NIR باعث ثبت سایر طیف های ارتعاشی از نمونه های دیگر ضایعات مانند بطری های پلاستیکی می گردد.
پیوند های C-H, O-H, N-H, C-O, در NIR طیف جذب نشان میدهند و می توانند به طور مشخص به پلیمر ویژه نسبت داده شوند.
از این رو قادر به شناسایی اغلب پلاستیک های ضایعاتی می باشند.

انعکاس طیف NIR یک قطعه رنگی و یک قطعه سیاه از جنس ABS می باشد. همانطور که ملاحظه میفرمایید, از نمونه سیاه هیچ طیفی مشاهده نمی شود. همان طیف زیرین طیف همان ماده در ناحیه MIR است. همانطور که ملاحظه می کنید قطعه سیاه رنگ و رنگی هر دو در ناحیه مادون قرمز متوسط تشخیص داده شده و دارای طیف می باشد.

برای مثال طیف NIR برای HDPE یک طیف اطراف ۱۲۰۰ نانومتر نشان می دهد که در PET این طیف حضور ندارد و برای PVC کوچک می باشد. از طرف دیگر PET , 3 پیک مشخص در ناحیه ۲۱۰۰ تا ۲۲۰۰ نانومتر دارد.

طیف سنج های مادون قرمز نزدیک به گونه ای است که بخش های متحرک ندارد و بنابر این ارتعاش یا گرد و خاک, آلودگی تاثیری روی آن ندارد و لذا فرایند بازیافت نوبتی پلاستیک آسان می شود.
وسایل NIR نیازمند نگهداری و رسیدگی می باشد تا بهروری بالا با خطای کم دستگاهی ایجاد کنند. برعکس طیف سنج های MIR آینه ها و شناساگر های نوری دارند که با گرد و غبار و آلودگی کثیف می شوند.

در سیستم های جدید تفکیک مادون قرمز علاوه بر تفکیک جنس پلاستیک ,تفکیک بر اساس رنگ نیز انجام می گردد.

نمونه های پلاستیک با استفاده از منبع نور هالوژن روشن می شوند و نور منعکس شده به وسیله عنصر حساس فیبر نوری جمع می شود.
حساسیت این دستگاه آنقدر بالاست که حتی اگر ضایعات خرد شده بصورت پرک باشند نیز جداسازی انجام می گردد.
اشکال سیستم های شناسایی بر پایه مادون قرمز نزدیک این است که نمیتواند اشیا سیاه یا خیلی تاریک را شناسایی نمایند.
چون این اشیا همه امواج را جذب می کنند علاوه بر این اشیا مجبورند برای عکس برداری به طور اختصاصی حضور داشته باشند.

با وجود دقت و سرعت بالا ظرفیت دستگاه ۵۰۰ کیلوگرم بر ساعت می باشد که از عنصر های حساس NIR استفاده می شود.
این سیستم بین ۵۰ و ۲۵۰ پلاستیک در ثانیه شی (برای مثال پلاستیک) را ثبت می کند. از این رو شناسایی با دقت بسیار بالا انجام می گردد.

سیستم های طیف سنجی دارای فیبرهای نوری برای اندازه گیری های جذبی و انعکاسی می باشد.
فیلتر های خاص قابلیت تنظیم دارند و ضمنا به یک سیستم کامپیوتری متصل می باشند.
به طور کلی این سیستم ها توانایی تولید ۱۰۰۰ طیف در ثانیه را دارند و هر ثانیه ۲۰ پلاستیک را شناسایی می کنند.

دو سیستم پیشرفته طیف سنجی NIR ویژه موسسه فرانهوفر برای تکنولوژی شیمیایی, ابتدا برای شناسایی پلاستیک ها در ضایعات خانگی و دوم با هدف شناسایی پلاستیک های مهندسی در محصولات گروه مصرف کننده ( مثل لوازم خانگی, محصولات الکترونیکی و ...) ساخته شد.

نحوه کار دستگاه طیف سنجی NIR چگونه است؟

برای این منظور دو عدد آشکارساز اصلی پیشرفته طراحی گردید.
یک آشکار ساز دارای صفحه اندازه گیری ثابت می باشد و می تواند به صورت دستی یا خودکار کار کند. نور به وسیله یک لنز کوارتز متراکم روی نمونه متمرکز می شود. دومین لنز کوارتز متراکم انعکاس نور را در زاویه ۹۰ درجه نسبت به نور اولی جمع می کند.
دومین آشکار ساز دارای یک صفحه اندازه گیری وسیعی می باشد که اجازه می دهد به طور همزمان نور منعکس و عبور داده شده از نمونه های متحرک مشاهده می گردد.
منبع نور شامل ۷ لامپ می باشد که سطح اندازه گیری را از جهات مختلف روشن می نماید, تا زمانی که نمونه در مکان های مختلف قرار بگیرد بتواند نور را مستقیما به لنز جمع کننده کوارتز متراکم می کند.
ثابت شده است در حالی که پارامتر هایی مانند شفافیت پلیمر و حضورگردو غبار می تواند روی شدت جذب NIR تاثیر بگذارد پیک های جذب اصلی پلیمر تغییر مکان نمی دهند و در همان طول موج ظاهر می شوند.

نتیجه: با توجه به اهمیت و اقتصادی بودن جداسازی ضایعات در تناژ بالا, صنعت بازیافت در دنیا به سمت و سوی جداسازی با استفاده از تکنولوژی های سریع و با دقت به منظور حذف نیروی انسانی پیش می رود.

تکنولوژی و دستگاههای که بتواند هم تفکیک جداسازی بر اساس جنس و هم بر اساس رنگ در اندازه های مختلف بصورت زنده و آسیابی انجام دهد. تکنولوژی که در ابتداء گران و پرهزینه به نظر می رسد وی در دراز مدت با حذف نیروی انسانی و در تناژ بالا بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.

منبع: کتاب جداسازی ضایعات پلاستیک