高光谱图像传感器有助于表征电子垃圾中的聚合物以改善回收利用
塑料约占电子垃圾的四分之一。回收利用的比例相对较低——大多数只是被焚烧。改善回收利用的第一步是识别聚合物材料，以便有选择地对它们进行分类和加工，以保留其功能。亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫中心 (HZDR) 下属的亥姆霍兹弗赖贝格资源技术研究所 (HIF) 的研究人员现在通过组合多个传感器成功确定了主要电子垃圾塑料类型的具体特征。应用于工业规模后，更多塑料可以得到最佳加工并返回生产链。
该研究成果发表在《废物管理》杂志上。
几乎所有电子设备都含有塑料，也称为聚合物。这些聚合物具有特定的功能。回收的目的是使它们能够重新用于同等用途。因此，首先必须根据其成分对它们进行识别。
根据类型对它们进行分类是回收公司面临的一大挑战，尤其是由于电子垃圾中黑色聚合物的比例很高。粗略粉碎的电子垃圾最终被送到回收商分拣厂的传送带上，并被红外传感器扫描。黑色塑料无法被识别，因为黑色会吸收红外传感器覆盖的波长。
因此，黑色塑料通常采用热回收，也就是焚烧。另一个问题是降级回收，即回收后的废料质量与原始材料相比有所下降。成功的回收过程必须确保保留聚合物特有的功能，以便能够以一致的质量进行再利用。
HIF 的科学家使用成像和点测量光谱传感器检查了 23 种聚合物，确定了可靠且稳健区分塑料类型的决定性参数。聚合物在传送带上移动的高速带来了额外的挑战。因此，传感器必须快速检测和表征组件，以便找到进一步处理的最佳方法。
“为了评估传感器的性能潜力，必须在回收工厂的普遍操作条件下使用它们。在 HIF，我们有一个传送带测试轨道，材料以每秒一米的速度移动，并由多个传感器依次扫描，”HIF 科学家 Andréa de Lima Ribeiro 博士解释了测试程序。
一切都取决于正确的组合
科学家们使用了高光谱图像传感器 (HSI)，该传感器可以捕捉数百种颜色通道的图像数据。他们还使用了拉曼光谱法，利用激光照射材料以产生特定于材料的光散射。
由此产生的光谱可以得出有关所研究材料的结论。此外，还使用了 FTIR 光谱仪（傅里叶变换红外光谱仪），具有高光谱分辨率和宽检测范围。
FTIR 检测范围由可见光至短波红外范围内的高分辨率光谱辐射计补充。两种手动点传感器不仅验证了成像传感器的结果，还提供了有关塑料成分（尤其是黑色塑料）的附加信息。
“调查显示，没有任何一种传感器能够单独识别所有塑料类型，同时满足行业操作要求。结果表明 HSI 传感器非常适合用于特定识别透明和浅色塑料类型，”de Lima Ribeiro 说道。
“拉曼光谱能够对所有类型的聚合物进行点识别，包括黑色塑料。实验还表明，即使在 500 毫秒的短采集时间内也能成功识别塑料。通过结合成像和点测量，可以实现对塑料的最佳表征。”
该工艺已用于汽车零部件的回收
基于传感器的塑料特性分析已在 HIF 参与的 Car2Car 项目中得到应用。该项目旨在为汽车中最重要的材料组（钢、铝、玻璃、塑料和铜）开发自动材料检测概念，以改进这些二次原材料的分类和加工。
“金属和塑料在报废产品中往往紧密相连。因此，我们进一步开发了传感器技术，使其能够区分金属和聚合物，并区分与工艺相关的类型。这对于报废车辆中原材料的再利用至关重要，”HIF 光学传感器和传感器系统领域的科学家 Margret Fuchs 博士解释说。
特定传感器的应用基于 RAMSES-4-CE 研究项目的结果，该项目研究了用于快速识别关键化合物的多传感器系统的性能和准确性。
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