研究人员一次一片地破解披萨盒回收难题 力求食物更环保!

切割不受雾污染的纸板作为比较点。来源:爱达荷国家实验室

与原版相比,成功地清除了硬纸板碎片的污染。来源:爱达荷国家实验室

　　据专家称，大约4300万美国人每天至少吃一片披萨。这道以意大利为灵感的热菜每年为美国经济贡献470亿美元，其中约三分之一的馅饼装在瓦楞纸箱中运往目的地。

　　即使没有餐厅剩菜的容器，也有很多披萨盒。

　　不幸的是，像许多其他种类的食物容器一样，披萨盒无法回收，因为留下了油脂和奶酪等所有污染物。

　　披萨储存中特有的污染物被称为FOGs，代表脂肪、油和油脂。像罐子里的花生酱或纸板披萨盒上的油脂这样的烟雾几乎不可能完全清除。

　　现在，爱达荷州国家实验室(INL)热爱披萨的研究人员正在努力解决披萨盒的回收问题。最近的一项研究显示了如何利用材料分离能力净化纸板。这项研究发表在《清洁生产杂志》上。

　　这项研究不仅可以使美国最喜欢的食物之一更环保，还可以挽救美国士兵的生命。

一袋来自比萨的污染物。来源:爱达荷国家实验室

　　从比萨饼盒中分离油脂、奶酪和其他污染物的努力源于与国防高级研究计划局(DAPAR)资源计划相关的一个研究项目。资源的设计是为了让战士废弃物,包括普通塑料,可食用大营养素和其他有用物品。在战场上,每次运送给部队都使人员处于危险之中,因为补给线和前线一样容易受到敌人的攻击。这些风险的供应量可能会减少,如果军事基地会把废物转化为可用资源,比如燃料。

　　比萨饼盒实验的主要研究者艾伦·威尔逊说:"物料分离对于减少能源和国防工业中的浪费是非常重要的。""为了使具体的分离成为可能,我们需要首先证明物质分离的总体概念,这就是本研究所完成的。"

　　因此,威尔逊和他的团队开始证明一个更广泛的分离概念,以使战争兵废物项目获得成功。

　　把奶酪从纸板上拿出来:比萨饼盒实验

　　威尔逊和他的团队使用二甲醚(DME)建立了一个实验系统,这是一种用于制冷过程的环保化学品,还有很多比萨饼。该系统有两个垂直的不锈钢反应堆--一个用溶剂从固体中去除液体,另一个从液体中去除溶剂。在实验开始之前,一个容器将溶剂分离.

把被污染的纸板装进DME萃取室。来源:爱达荷国家实验室

　　团队将他们想要清理的物品(在这种情况下,将被污染的卡板箱的碎片分解)装入第一个反应堆,然后添加溶剂。然后,他们将溶剂和纸板盒混合,以引发化学反应,将污染物从纸板中拉出来。

　　一旦清洁了纸板,溶剂被排到下反应堆。该小组使用真空从反应器中吸出DME溶剂,通过一个管,或者泵到一个保持罐或者回到第一个汽缸,以清除更多的材料。此时,雾污染物、水和盐作为结晶固体在第二反应堆底部浓缩。雾和水分数从这些固体中分离出来,很容易收集。

　　"在反应堆的过程中,我们能够把污染物提取成单独的组分,"威尔逊说。"我们有一小部分是油,一部分是水,另一部分是固体干燥剂。"

　　为什么要提取DME?

　　该萃取工艺是对普通水洗方法的重大改进.正如威尔逊所描述的那样,水的清洗就像把需要清洁的废物浸泡在洗碗机里,然后以高昂的能源成本将其干燥。这种处理方式造成大量废水,一般相当于所清理的材料的量。

　　废水含有多种污染物.回收这一废水量和回收污染物以供处置是一个非常复杂的过程,没有好的选择。

　　相反,DME萃取过程是在一个循环中运行的,循环回收DME溶液来清理新的废物。这个过程可以扩展到任何规模。

　　从披萨晚餐到战场:接下来是什么?

　　比萨饼盒清理案例研究的成功,可使今后将废物转化为可重复使用材料的项目,包括将军事废物重新用于目的的项目成为可能。

　　"知道这对高度污染的比萨盒有效,帮助验证了该系统在战场上的使用,说:"杰夫莱西,主要研究人员的DAPA项目。"现在最大的挑战将是使系统更轻。"

　　由于大多数军用货物必须运到海外和穿过崎岖不平的地形,一个轻量级系统是至关重要的。蕾西和他的团队已经开始确定那些可以消除或替换的部件,以降低反应堆系统的重量。一些最重的部件是DME储存罐的泵和两个反应堆容器。

　　研究人员正在评估较轻的部件,包括通常用于空调的溶剂回收泵,它比最初实验中使用的120磅的泵重25磅。莱西的团队还在探索碳纤维压力容器,该容器由犹他州布里格姆市的一家公司设计,由美国宇航局使用。

　　溶剂萃取工艺也可能被证明对回收电池有用。它可以通过将液体中间体与固体分离,使电池废物处理效率更高。该项目最终有助于实现循环经济的可持续理念,因为在下一次废物提取过程中,所有用于提取某一废物的材料都可以被再利用。

　　"从这个开始。比萨饼因为大多数人都关心如何恰当地回收食物垃圾。"但归根结底,这项研究对于国家安全和零网络未来有着如此之多的可能的应用。"

　　更多信息:HyeonseokLeeal等,混合固体-液体系统的类分离,可凝结溶剂清洗和萃取:比萨饼盒回收的两难境地,清洁生产杂志(2023).