[發明專利]一種塑料廢棄物中目標材質識別方法及裝置

有效

• 申請號: 201710244293.1
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106872393B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 黃旻;劉建東;呂群波;陶陶;高國來;趙寶瑋;王敬芝;黃常青;劉心泉
• 申請（專利權）人: 北京國科虹譜光電技術有限公司;中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/01
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發明公開了一種塑料廢棄物中目標材質識別方法及裝置，相應的方法包括：測定目標材質的光譜反射率，從中選取特征吸收峰，并從特征吸收峰中選定多個識別波長；測定包含目標材質的混合塑料廢棄物的光譜反射率，并根據目標材質特征吸收峰中選定的多個識別波長，與其他的背景材質光譜反射率的差異性來建立識別模型；當從未知的塑料廢棄物中識別目標材質時，將測量到的每一材質在選定的多個識別波長處的光譜反射率與建立的識別模型相結合，從而識別出目標材質。該方法其具有測量速度快、成本低的優點；此外，當樣品表面受污染，光譜特征弱化的情況下，仍能保證正確識別目標材質。

技術領域

本發明涉及光譜測量技術領域，尤其涉及一種塑料廢棄物中目標材質識別方法及裝置。

背景技術

隨著塑料工業和技術水平的發展，塑料在現代社會的應用越來越廣泛，根據化學組成及添加劑種類、數量的不同，生活中常見的塑料類型包括：聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(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)、聚碳酸酯樹脂(PC)等。其中，PVC塑料以聚氯乙烯為主要成分，并通過添加穩定劑及增塑劑增強其耐熱性，韌性，延展性，因原料豐富易得、力學性能優異、阻燃性及絕緣性好等優點，在工農業生產、建筑材料、日常生活等領域被大量使用，伴隨著產量及消耗量的增加，PVC廢棄物的數量也逐年增加。由于PVC含大量氯元素及多種重金屬和苯類化合物，在焚燒或填埋過程中會生成大量鹽酸及重金屬鹽、二惡英等毒性物質，帶來嚴重的環境危害，因此，有效識別并分離塑料廢棄物中的PVC組份是實現塑料垃圾無害化處理的關鍵環節。

目前，用于塑料廢棄物分類的方法包括人工分選、靜電分選、重力浮選、X射線譜分析、紅外光譜分析等技術手段。其中人工、靜電、重力等分選方式較為傳統，適用的塑料種類有限、處理效率低；X射線譜可識別多種類型的塑料材質，但此類方法經濟性差，且工作過程中存在較大的安全風險。

紅外光譜分析可以同時對多種材質塑料進行識別，具有速度快、非接觸測量、準確率高、操作安全等優點，是較為先進的塑料廢棄物分類手段。在近紅光光譜區域內，物質對不同波長光輻射吸收能力的差異主要由其組成分子及官能基團決定，通過塑料廢棄物的紅外吸收光譜可以有效識別其化學成份及所屬材質類別。塑料廢棄物具有原料數量大，材質種類多樣，污染程度高的特點，采用紅外分析技術對其中的PVC組份進行識別時，要求識別方法對材料的適應性強，識別速度快，且便于實現。

目前，用于塑料材質識別的紅外光譜分析技術主要有如下兩種：

1)用于分選混合塑料原料的紅外雙波長光譜識別方案。此方案選取不同材料在近紅外譜段的吸收峰作為特征波長，通過計算特征波長的輻射強度比值對被測樣品的材質進行識別。其中，選用特征波長包含如下兩種：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，該方案僅能實現對PVC和PET兩種混合塑料進行識別當混合原料中存在超出預設范圍的材料時不能正確進行識別，導致誤選風險增加。

2)識別并分選不同材質塑料的紅外光譜識別方案。該識別方案首先選取目標材質在近紅外譜段的吸收峰作為第一特征波長，然后根據背景材質在第一特征波長處的透過率選取第二特征波長，使得背景材質在兩個特征波長處的透過率保持一致。選定特征波長后，通過測量并計算樣品在兩個特征波長處輻射強度的比值關系識別其材質。當原料中含有多種材質時，針對每種材質分別選擇一個對應的特征波長點，以實現對目標材質的識別。但是，該方案對于原料中的每種背景材質需增加一個額外的特征波長，識別過程采集及計算的光譜數據量隨原料中材質數量增加而線性增長；當原料組成復雜時，識別效率下降，同時識別系統復雜度大大增加。

此外，上述兩種方案均依賴于樣品在兩個特征波長點輻射強度的比值，當樣品表面存在污染物時，其吸收特征減弱，導致比值發生波動，識別率下降。

發明內容