[发明专利]一种塑料废弃物中目标材质识别方法及装置

说明书

本发明公开了一种塑料废弃物中目标材质识别方法及装置，相应的方法包括：测定目标材质的光谱反射率，从中选取特征吸收峰，并从特征吸收峰中选定多个识别波长；测定包含目标材质的混合塑料废弃物的光谱反射率，并根据目标材质特征吸收峰中选定的多个识别波长，与其他的背景材质光谱反射率的差异性来建立识别模型；当从未知的塑料废弃物中识别目标材质时，将测量到的每一材质在选定的多个识别波长处的光谱反射率与建立的识别模型相结合，从而识别出目标材质。该方法其具有测量速度快、成本低的优点；此外，当样品表面受污染，光谱特征弱化的情况下，仍能保证正确识别目标材质。

技术领域

本发明涉及光谱测量技术领域，尤其涉及一种塑料废弃物中目标材质识别方法及装置。

背景技术

随着塑料工业和技术水平的发展，塑料在现代社会的应用越来越广泛，根据化学组成及添加剂种类、数量的不同，生活中常见的塑料类型包括：聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯树脂(PC)等。其中，PVC塑料以聚氯乙烯为主要成分，并通过添加稳定剂及增塑剂增强其耐热性，韧性，延展性，因原料丰富易得、力学性能优异、阻燃性及绝缘性好等优点，在工农业生产、建筑材料、日常生活等领域被大量使用，伴随着产量及消耗量的增加，PVC废弃物的数量也逐年增加。由于PVC含大量氯元素及多种重金属和苯类化合物，在焚烧或填埋过程中会生成大量盐酸及重金属盐、二恶英等毒性物质，带来严重的环境危害，因此，有效识别并分离塑料废弃物中的PVC组份是实现塑料垃圾无害化处理的关键环节。

目前，用于塑料废弃物分类的方法包括人工分选、静电分选、重力浮选、X射线谱分析、红外光谱分析等技术手段。其中人工、静电、重力等分选方式较为传统，适用的塑料种类有限、处理效率低；X射线谱可识别多种类型的塑料材质，但此类方法经济性差，且工作过程中存在较大的安全风险。

红外光谱分析可以同时对多种材质塑料进行识别，具有速度快、非接触测量、准确率高、操作安全等优点，是较为先进的塑料废弃物分类手段。在近红光光谱区域内，物质对不同波长光辐射吸收能力的差异主要由其组成分子及官能基团决定，通过塑料废弃物的红外吸收光谱可以有效识别其化学成份及所属材质类别。塑料废弃物具有原料数量大，材质种类多样，污染程度高的特点，采用红外分析技术对其中的PVC组份进行识别时，要求识别方法对材料的适应性强，识别速度快，且便于实现。

目前，用于塑料材质识别的红外光谱分析技术主要有如下两种：

1)用于分选混合塑料原料的红外双波长光谱识别方案。此方案选取不同材料在近红外谱段的吸收峰作为特征波长，通过计算特征波长的辐射强度比值对被测样品的材质进行识别。其中，选用特征波长包含如下两种：PVC塑料的吸收峰(1716nm)和PET塑料的吸收峰(1660nm)；PVC塑料的吸收峰(1190nm)和PET塑料的吸收峰(1660nm)。但是，该方案仅能实现对PVC和PET两种混合塑料进行识别当混合原料中存在超出预设范围的材料时不能正确进行识别，导致误选风险增加。

2)识别并分选不同材质塑料的红外光谱识别方案。该识别方案首先选取目标材质在近红外谱段的吸收峰作为第一特征波长，然后根据背景材质在第一特征波长处的透过率选取第二特征波长，使得背景材质在两个特征波长处的透过率保持一致。选定特征波长后，通过测量并计算样品在两个特征波长处辐射强度的比值关系识别其材质。当原料中含有多种材质时，针对每种材质分别选择一个对应的特征波长点，以实现对目标材质的识别。但是，该方案对于原料中的每种背景材质需增加一个额外的特征波长，识别过程采集及计算的光谱数据量随原料中材质数量增加而线性增长；当原料组成复杂时，识别效率下降，同时识别系统复杂度大大增加。

此外，上述两种方案均依赖于样品在两个特征波长点辐射强度的比值，当样品表面存在污染物时，其吸收特征减弱，导致比值发生波动，识别率下降。

发明内容