Được thúc đẩy bởi mục tiêu'carbon kép', ngành công nghiệp nhựa tái chế đã trở thành một trụ cột quan trọng của nền kinh tế tuần hoàn, nhưng vấn đề mùi luôn gây khó khăn cho sự phát triển của ngành. Nhựa tái chế trong quá trình tái chế, chế biến và lưu trữ, do đứt gãy oxy hóa chuỗi polymer, dễ bay hơi phụ trợ hoặc dư lượng chất gây ô nhiễm, sẽ giải phóng aldehyde, sulfua, oxit nitơ và các chất dễ bay hơi khác, không chỉ ảnh hưởng đến việc mở rộng kịch bản ứng dụng sản phẩm, mà còn có thể gây hại cho sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Do đó, việc xây dựng công nghệ phân tích mùi chính xác và hiệu quả là rất quan trọng để nâng cấp chất lượng nhựa tái chế.
Dựa trên điều này, nghiên cứu này nhằm mục đích thiết lập phương pháp thử nghiệm mũi điện tử để đánh giá mùi nhựa tái chế để cung cấp tài liệu tham khảo cho ngành.
⦁ ⦁

01
Nguyên tắc công nghệ mũi điện tử và các tính năng cốt lõi
Mũi điện tử AIRSENSE

Mũi điện tử AIRSENSE sử dụng kiến trúc bộ ba'mảng cảm biến - xử lý tín hiệu - nhận dạng mẫu', lõi bao gồm cảm biến bán dẫn oxit kim loại có độ chọn lọc cao, mỗi cảm biến có độ nhạy độc quyền đối với các hợp chất nhóm chức cụ thể: W1C nhắm vào các thành phần thơm và benzen, W5S phản ứng với các hợp chất nitơ-oxy, W1W xác định sulfua, W2S nhạy cảm với alcohol và aldosterone, W1S phản ứng đáng kể với các hợp chất methyl. Chế độ đa cảm biến này hoạt động cùng nhau để tạo thành một mạng lưới phát hiện bao gồm các thành phần có mùi chính của nhựa tái chế.
Quy trình làm việc của nó được chia thành ba bước: đầu tiên, khí dễ bay hơi mẫu được đưa vào khoang phát hiện thông qua hệ thống lấy mẫu, mảng cảm biến phản ứng cụ thể với chất dễ bay hơi, dẫn đến thay đổi giá trị điện trở và đầu ra ma trận tín hiệu điện; Sau đó, bằng thuật toán tiền xử lý để loại bỏ nhiễu môi trường, trích xuất giá trị phản hồi đặc trưng; Cuối cùng, các mô hình nhận dạng mẫu được xây dựng trong phân tích thành phần chính (PCA), phân tích phân biệt, v.v., tạo ra một bản đồ dấu vân tay mùi và hoàn thành phân tích định lượng định tính.

02
Thiết kế và phương pháp thử nghiệm

Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm
Phần 1
Chọn PP tái chế, PE, ABS, HIPS làm đối tượng nghiên cứu, bao gồm tổng cộng 10 mẫu vật liệu tái chế cấp I, II và III, đảm bảo bao gồm các loại nhựa tái chế chính thống và các lớp chất lượng. Dụng cụ thí nghiệm: Sử dụng lò sấy nhiệt độ không đổi mũi điện tử PEN3.5 của công ty AIRSENSE, xử lý mẫu trước được thực hiện nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn GB/T 40006.1-2021.
Tối ưu hóa quy trình thử nghiệm
Phần 2
Trước khi xử lý mẫu: cân (20 ± 0,1) g mẫu được nạp vào chai rộng không mùi, nhiệt độ không đổi 80 ℃ 120 phút để thúc đẩy phát hành mùi, phát hiện ngay sau khi làm mát đến 60 ℃, đảm bảo nồng độ ổn định của các thành phần dễ bay hơi.
Thông số kiểm tra mũi điện tử: xác định sự kết hợp các thông số tốt nhất thông qua nhiều nhóm thí nghiệm trực giao tối ưu hóa - thời gian làm sạch cảm biến 80s, thời gian làm 0 5s, thời gian thu thập dữ liệu 120s, lưu lượng mẫu 400mL/phút. Giá trị cường độ phản ứng cao nhất của mỗi cảm biến có thể thu được theo tham số này, đặt nền tảng dữ liệu đáng tin cậy cho các phân tích tiếp theo.

03
Kết quả thí nghiệm và phân tích
Cảm biến đáp ứng tính năng phân tích>>
Giá trị đáp ứng cảm biến mũi điện tử AIRSENSE (G/G₀) trình bày một đường cong điển hình của'tăng nhanh - ổn định'theo thời gian, đạt đỉnh đáp ứng ở 120 giây. Trong số các cảm biến W5S, W1W, W2S, W1S bốn cho thấy lợi thế phản ứng đáng kể, khả năng nhận dạng mạnh mẽ của oxit nitơ, sulfua, alkaloid và các thành phần mùi methyl trong nhựa tái chế, phù hợp cao với nguồn mùi chính của nhựa tái chế - sự suy thoái oxy hóa PP, PE tạo ra cacbonyl và các hợp chất methyl có thể bị bắt bởi W2S, W1S, và chất chống oxy hóa amin và các chất phụ trợ khác dễ bay hơi sulfua, oxit nitơ được xác định bởi W1W, W5S.

Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (
Chọn từng cảm biến đáp ứng đỉnh để vẽ bản đồ vân tay kiểu radar và thiết lập mô hình phân tích trực quan. Kết quả cho thấy dấu vân tay mùi của nhựa PP, PE tái chế cho thấy sự khác biệt rõ rệt về cấp độ: giá trị đáp ứng của W2S, W1W, W1S, W5S đều được thể hiện dưới dạng "vật liệu tái chế cấp ba>vật liệu tái chế cấp hai>vật liệu tái chế cấp một", trong khi các giá trị đáp ứng cảm biến khác về cơ bản ổn định. Sự khác biệt đặc trưng này cung cấp cơ sở trực quan để phân loại nhanh chất lượng nhựa tái chế, các công ty có thể sàng lọc các vật liệu kém chất lượng trong giai đoạn nhập khẩu nguyên liệu bằng cách so sánh bản đồ vân tay.

Khả năng phân biệt mùi của mô hình PCA>>
Sử dụng phần mềm phân tích tích hợp mũi điện tử AIRSENSE để phân tích thành phần chính, thành phần chính đầu tiên đóng góp 75,95%, thành phần chính thứ hai 22,42%, tích lũy 98,37%, có thể mô tả đầy đủ thông tin tổng thể về mùi mẫu. Trong sơ đồ PCA, 10 mẫu nhựa tái chế được phân phối ở các khu vực khác nhau và không chồng chéo, đạt được sự khác biệt.

Thứ tự cường độ mùi là: ABS (cấp 1)<PP (cấp 1)<PE (cấp 1)<HIPS (cấp 1)<HIPS (cấp 2)<PE (cấp 2)<PP (cấp 2)<PE (cấp 3)<PP (cấp 3), kết quả này phù hợp với khứu giác nhân tạo. Trong đó ABS do khả năng chống lão hóa oxy nhiệt mạnh có mùi yếu nhất, PP, PE với số lần tái tạo tăng mùi đáng kể, xác nhận độ tin cậy của mô hình.

04

kết luận
Mũi điện tử AIRSENSE có hiệu quả phá vỡ các điểm đau của ngành công nghiệp phân tích mùi nhựa tái chế nhờ vào các ưu điểm kỹ thuật của phản ứng nhanh, nhận dạng chính xác và phù hợp với nhiều kịch bản. Thí nghiệm xác nhận rằng dưới các thông số thử nghiệm, bản vẽ dấu vân tay mùi được xây dựng của nó có thể trực quan thể hiện sự khác biệt về mùi của các loại vật liệu tái chế khác nhau, mô hình PCA có thể đạt được hơn 98% đặc tính và phân biệt mùi, và kết quả phân tích phù hợp cao với khứu giác nhân tạo.
Ứng dụng công nghiệp hóa của công nghệ này không chỉ cung cấp các công cụ kiểm soát chất lượng hiệu quả cao cho các doanh nghiệp nhựa tái chế, mà còn thúc đẩy sự thay đổi trong đánh giá mùi từ các giác quan chủ quan sang định lượng khách quan, có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao giá trị gia tăng của các sản phẩm nhựa tái chế và thúc đẩy phát triển quy phạm hóa công nghiệp. Với việc tiếp tục nâng cấp công nghệ và mở rộng các kịch bản ứng dụng, mũi điện tử AIRSENSE chắc chắn sẽ đóng một vai trò hỗ trợ quan trọng hơn trong nền kinh tế tuần hoàn.