别让气味污染限制了再生塑料的回收潜力

2017年，德国产生了约615万吨的塑料废料：其中来自使用过的塑料为84.5％，在生产和加工过程中产生的为15.5％。塑料废弃物总量中有287万吨（46.7％）被重复用于生产新材料。另一方面，有324万吨（52.7％）用于发电：在垃圾焚烧厂中有214万吨，剩下110万吨在水泥厂或发电厂中用于替代化石燃料。塑料制造和加工过程中产生的废物中的67.6万吨（90.7％）被回收。私人家庭中只有42.2％的塑料废料被再利用来制造新材料，而在商业用途的塑料中，这一数字仅为34.3％。造成这种差异的原因是工业上使用的大多数塑料非常清洁，并且由一致的材料制成，而另一方面，在家庭和许多商业运营中，使用过的塑料被污染并且不同塑料混合在一起。（资料来源：德国环境署，塑料废料）

（来源: istock / koya79）

在生产再生材料时，使用被臭味污染的塑料存在一定的局限性。人们需要将它们的臭味降到最低，以使其适合制造新的塑料产品。分析和传感器技术的结合可以帮助识别出嗅觉污染物，并检查清洁过程的效率和有效性。

任何气味怡人的东西或是人都会受欢迎。对那些散发臭味的东西或者人，你很难指望他（它）们真正成功或享有出色的职业。再生塑料也是如此。这归因于聚合物材料吸附不同外来物质的能力。例如，挥发性有机化合物（VOC）可以在塑料表面形成沉积物，因此它们极具吸附力。

图1 Fraunhofer IVV使用2D-GC-MS/ODP系统检测塑料中的异味（资料 来源：Gerstel/IVV）

顾名思义，VOC是易挥发的，包括闻起来好的增香剂和其它闻起来差的称为“异味”的气味。这意味着制造奶酪、洗发水或织物柔软剂包装所用的聚合物材料会部分或完全具有其包装内容物的气味。

由此产生的嗅觉污染损害了有关塑料的进一步使用。这意味着使用单一材料和其他物理参数并不是确定塑料是否可以回收用于生产再生材料的全部标准，用于生产的回收塑料的不良嗅觉特性也很重要。在使用回收塑料生产再生材料时，回收塑料的不良嗅觉特性起着不可低估的作用。

其他因素也会影响气味

对塑料所产生的嗅觉印象不仅受其包装内容物的影响，还受其他因素（例如，处理方式）的影响。在生产或加工过程中留作废料或修整的塑料，多多少少会有些在生产线上就直接返回到生产和加工操作中，这种情况即使有产生异味污染，幅度也是很小的，具体取决于材料的类型及气味浓度。另一方面，已经被丢弃在传统的家庭垃圾中或已经用于商业用途的塑料往往会引起更大的气味问题，因为这些聚合物材料很可能已经经历了生物或化学分解过程，在分解过程中，可能还会散发气味活性物质并污染聚合物。为了使被嗅觉污染的塑料能够用于生产新材料，通常需要进行清洁和除臭操作。

利用香气分析资源

无论目的是评估用过的塑料包装的气味污染、优化再生塑料或可回收材料的清洁工艺，还是发布有效、适当的废物分类建议，正确的分析策略和合适的分析技术始终是基础。位于德国Freising的Fraunhofer加工工程与包装研究所（IVV）同时拥有上述策略和技术，以及广泛的聚合物分析专业知识。IVV开展的研究项目的结果已经记录在各种受人推崇的科学出版物中[1-4]。

但是，塑料气味分析究竟需要采用什么方法？IVV的PhilippDenk博士解释说，食品中芳香物质的检测在此提供了指导，因为它也可以应用于其他领域。简要查看实验室中执行的各个操作可以清楚地了解此处涉及的程序：

操作1：对样品进行感官分类。感官小组由几名接受过准确识别和描述气味培训的人员组成，他们根据DINISO8587：2010-08对样品进行感官评估并分类测试样品。PhilippDenk博士说：“通过这种方式，可以指明最初的总体气味印象，这对于后续工作很重要”。进行此操作后，将对样品进行气相色谱分析，并按照嗅觉测定法（O）进行另一个感官评估，在这个评估中鼻子会通过一个特别的端口进行嗅探，从而更详细地表征各个气味。为此，首先要从聚合物中提取气味（请参阅操作2）。

操作2：从聚合物基质中提取VOC。使用辅助风味蒸发（SAFE）技术，在适当的溶剂（例如，二氯甲烷）的帮助下，将通常仅存在于样品痕量中但具有强烈气味的组分从聚合物基质中提取出来，并在高真空下使用溶剂将其与非挥发性组分分离。PhilippDenk博士报告说，进行这些操作时一定要动作轻柔，以确保“在操作过程中不会影响不稳定的气味活性化合物，并且不会形成新的化合物，否则会使分析失真”。将产生的提取物过滤并浓缩，然后进行气味提取物稀释分析（OEDA）。

操作3：气味提取物稀释分析。香气分析表明，通常情况下，即使样品中可能存在许多种不同的挥发性化合物，也只是其中的少数的几种决定了特征气味。为了检测这些少数的相关成分，通过气相色谱法分离了一系列连续稀释操作的提取物，并通过嗅觉法进行了评估，即由感官专家在分离过程终点处用鼻子在嗅探口（例如ODP）进行嗅探评估。PhilippDenk博士透露：“通过这种方法可以检测到气味活性挥发性成分，并将它们与参考物质进行比较并与之归类”。

操作4：通过2D-GC-MS/O识别气味源（图1）。最后，通过气相色谱-质谱联用和嗅觉测定法（GC-MS/O）的组合最终确定引起气味的化合物（图2）。假如不同信号/物质之间存在相互作用的情况，可通过二维气相色谱-质谱法结合嗅觉测定法（GC-GC-MS/O）确定。

仪器分析与感官技能相结合

化学工程师ThomasAlbinus是一名应用化学家，在一家领先的高性能GC/MS-O嗅觉检测设备供应商处负责GC-MS/O。根据他所说，用户在经过嗅觉技能培训后，将嗅觉技能与适合的技术及一些经验结合，就可以开始完全根据气味识别出化合物了。该公司提供理论知识和实践方面的培训课程，培训如何成功地开始分析：不仅要依靠技术，也要使用鼻子来检测和识别气味源。然而，要成为专家，如嗅觉污染塑料的评估专家，则必须要对这一课题进行深入的研究。

检测到的各种物质（例如，塑料包装废料）都有各种不同的气味，PhilippDenk博士解释说：“包括那些闻起来发霉、干酪味或花香的分子。”根据IVV专家的说法，一些气味强烈的成分是首次在塑料中鉴定出来的。很明显，除了食品或清洁产品等早期的包装内容物气味外，其他过程也会导致气味污染。它们不仅包括微生物分解过程，还包括塑料所受的老化过程，以及微量生产残留物（如溶剂）的分解。

图2 使用2D-GC-MS/O系统测量并记录的旧塑料包装气味检测二维色谱图示例见上图（来源： Gerstel/IVV）

然而，假如使用过的塑料在其整个生命周期中被分开存放，通常它的被污染程度会最低，异味的污染也较低，例如PET饮料瓶（图3），它可以在一个特定的时间段内几乎完全保存在一个闭环中，并且可以重复用于类似的应用（“上循环”）。PhilippDenk博士说，仅仅是将包装垃圾收集在“黄色袋子”或“黄色垃圾箱”（德国就是这样）这样的措施就有助于回收聚合物材料，这些材料可以有效地用于新塑料的生产。不过，他补充说，这些新塑料一般并不是完全没有异味的。这意味着为了便于它们被重新利用，除臭还是必要的。IVV声称，他们的研究结果有助于评估回收塑料的清洁操作，以及制定适当的气味避免策略，并将其应用于实际工业操作中。

图3 废弃塑料瓶（来源：网络）

使用嗅觉探测器的重点

感官上有效的嗅觉是必须学会的，在此背景下还需要有合适的技艺，用户可以在工作室里[5]和根据经验来学到。因为重要的不仅仅是“分析”方面，在使用设备时要有一定的舒适性和便利性，这些方面也很重要。例如，“嗅觉检测端口4”（ODP4[6]，图4）允许自由选择和固定操作位置，这对使用鼻子感官与质谱检测并行对香味进行的评估具有积极的人体工程学影响。新的设计使操作更加舒适，尤其是由于较低的表面温度使得即使没有玻璃漏斗，在较低的补充气体流速下，也能有更敏感的感知。此外还可以调整鼻子定位标记以满足个人要求，不仅仅是戴眼镜的人，所有的人都可以把鼻子定位在他喜欢的最佳位置。odp4的另一个优点是高沸点物质的平稳转移。“嗅探和捕集”选项允许在热脱附管的色谱图上的任何位置记录特定的分析物。该设备包括嗅觉数据解释器（ODI），它允许快速可靠地识别和归属气味，同时它也有助于评估OEDA数据、面板数据和累积嗅觉图。

图4 嗅觉检测端口（QDP4） （来源：Gerstel）

参考资料

[1]MiriamStrangl,TanjaFell,MartinSchlummer,AndreasMäurerandAndreaBüttner,Characterizationofodorouscontaminantsinpost-consumerplasticpackagingwasteusingmultidimensionalgaschromatographicseparationcoupledwitholfactometricresolution,JournalofSeparationScience40(2017)1500-1507,DOI:10.1002/jssc.201601077

[2]MiriamStrangl,MartinSchlummer,AndreasMäurerandAndreaBüttner,Comparisonoftheodorantcompositionofpost-consumerhighdensitypolyethylenewastewithcorrespondingrecycledandvirginpelletsbycombinedinstrumentalandsensoryanalysis,JournalofCleanerProduction181(2018)599-607,https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.01.137

[3]MiriamStrangl,EvaOrdnerandAndreaBüttner,EvaluationoftheefficiencyofodorremovalfromrecycledHDPEusingamodifiedrecyclingprocess,Resources,Conservation&Recycling146(2019)89-97,https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.03.009

[4]AndreasCabanes,MiriamStrangl,EvaOrdner,AndreasFullanaandAndreaBüttner,Odorantcompositionofpost-consumerLDPEbagsoriginatingfromdifferentcollectionsystems,WasteManagement104(2020)228-238,https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.01.021

[5]Analyzingwithallsenses,introductiontoolfactorydetection,workshopfrom22.to24.September2020,Details:http://www.gerstel.de/de/workshop-odp.htm

[6]TheOlfactoryDetectionPort(ODP),http://gerstel.de/de/olfactory-detectionport.htm

本文翻译自K展官网

作者：GuidoDeussing