अपशिष्ट पीईटी फिल्मों का पुनर्जनन और तैयारी: वर्तमान स्थिति, प्रौद्योगिकियां और संभावनाएं（1）
इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के जोरदार विकास के साथ, पॉलीइथिलीन टेरेफ्थेलेट (पालतू) फिल्में अपने उत्कृष्ट इन्सुलेशन, उच्च पारदर्शिता, अच्छे यांत्रिक गुणों और रासायनिक स्थिरता के कारण कई इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के निर्माण में एक अपरिहार्य भूमिका निभाती हैं। इन अनुप्रयोगों में मल्टी-लेयर सिरेमिक कैपेसिटर (एमएलसीसी), लचीले सर्किट बोर्ड, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले और बहुत कुछ शामिल हैं। हालाँकि, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के तेज़ी से विस्तार के साथ, बेकार पालतू फिल्मों का उत्पादन दिन-प्रतिदिन बढ़ रहा है। यदि इन बेकार फिल्मों का उचित तरीके से निपटान नहीं किया जाता है, तो वे न केवल संसाधनों की भारी बर्बादी का कारण बनेंगे, बल्कि पर्यावरण पर भी भारी बोझ डालेंगे। इसलिए, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में बेकार पालतू फिल्मों का कुशल पुनर्जनन और तैयारी प्राप्त करना इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के सतत विकास को बढ़ावा देने, संसाधनों के दबाव को कम करने और पर्यावरण प्रदूषण को कम करने के लिए दूरगामी और महत्वपूर्ण महत्व का है।
इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में अपशिष्ट पीईटी फिल्मों के स्रोत और विशेषताएं
विविध स्रोत
इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में, अपशिष्ट पालतू फिल्में विभिन्न स्रोतों से उत्पन्न होती हैं:
एमएलसीसी उत्पादन: पीईटी फिल्मों का उपयोग डाइइलेक्ट्रिक शीट बनाने के लिए किया जाता है, जिससे निर्माण के बाद किनारों की पर्याप्त छंटाई और बेकार सामग्री निकलती है।
लचीले सर्किट बोर्ड का निर्माण: सब्सट्रेट सामग्री के रूप में, पीईटी फिल्में काटने की प्रक्रिया, प्रक्रिया दोष या अन्य खामियों के कारण अपशिष्ट उत्पन्न करती हैं।
लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (एलसीडी) निर्माण: पीईटी फिल्मों का उपयोग पोलराइजर और डिफ्यूजर फिल्मों जैसे घटकों में किया जाता है, तथा उत्पादन के दौरान दोषपूर्ण उत्पाद और कटाई के कारण अपशिष्ट का संचय होता है।
जटिल एवं अद्वितीय विशेषताएँ
साधारण पीईटी फिल्मों की तुलना में, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में अपशिष्ट पीईटी फिल्में विशिष्ट गुण प्रदर्शित करती हैं:
इलेक्ट्रॉनिक विनिर्माण में विभिन्न रसायनों और विशेष प्रसंस्करण तकनीकों के संपर्क में आने से धातु की अशुद्धियाँ, कार्बनिक प्रदूषक और विभिन्न डिग्री की क्रॉस-लिंक्ड संरचनाओं द्वारा संदूषण हो सकता है।
उदाहरण के लिए, एमएलसीसी उत्पादन से उत्पन्न पीईटी अपशिष्ट, सिरेमिक स्लरी के संपर्क के कारण धातु ऑक्साइड कणों से चिपक सकता है।
लचीले सर्किट बोर्डों से निकले पालतू अपशिष्ट में लिथोग्राफी और नक्काशी प्रक्रियाओं से निकले फोटोरेसिस्ट अवशेष जैसे कार्बनिक पदार्थ रह सकते हैं।
ये जटिल विशेषताएं अपशिष्ट पीईटी फिल्मों के पुनर्जनन और तैयारी के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियां पेश करती हैं।
अपशिष्ट पीईटी फिल्मों के लिए पुनर्जनन और तैयारी प्रौद्योगिकियां
भौतिक पुनर्चक्रण प्रौद्योगिकियां
सफाई और कुचलना
सफाई प्रक्रिया का उद्देश्य अपशिष्ट पालतू फिल्मों से सतह की धूल, तेल के दाग और अन्य घुलनशील अशुद्धियों को हटाना है। आम तरीकों में क्षार धुलाई, एसिड धुलाई और कार्बनिक विलायक सफाई शामिल हैं:
क्षार धुलाई तेल के दागों को प्रभावी ढंग से हटा देती है।
एसिड धुलाई से आंशिक धातु अशुद्धियाँ घुल जाती हैं।
कार्बनिक प्रदूषकों को हटाने के लिए कार्बनिक विलायक सफाई महत्वपूर्ण है।
क्रशिंग में साफ की गई पालतू फिल्मों को क्रशर का उपयोग करके विशिष्ट आकार के टुकड़ों में तोड़ना शामिल है, जिससे बाद में प्रसंस्करण में सुविधा होती है। व्यवहार में, सफाई अभिकर्मकों और क्रशिंग उपकरणों का चयन अपशिष्ट फिल्मों की संदूषण डिग्री और विशेषताओं के अनुरूप होना चाहिए ताकि पूरी तरह से सफाई और एक समान कण आकार सुनिश्चित किया जा सके।
पिघल एक्सट्रूज़न
कुचले हुए पीईटी टुकड़ों को उनके गलनांक (आमतौर पर 250-260 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर गर्म किया जाता है, जिससे एक पिघला हुआ पदार्थ बनता है, जिसे फिर एक एक्सट्रूडर के माध्यम से बाहर निकाला जाता है, इसके बाद इसे ठंडा करके गोली के रूप में ढाला जाता है, जिससे पुनर्जीवित पीईटी छर्रे बनते हैं।
पुनर्जीवित पीईटी के गुणों को बेहतर बनाने के लिए अक्सर प्लास्टिसाइज़र और एंटीऑक्सीडेंट जैसे योजक शामिल किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, प्लास्टिसाइज़र लचीलापन बढ़ाते हैं, जबकि एंटीऑक्सीडेंट थर्मल स्थिरता को बढ़ाते हैं।
हालाँकि, इस प्रक्रिया के दौरान पालतू की आणविक श्रृंखला में गिरावट हो सकती है, जिससे उत्पाद का प्रदर्शन कम हो सकता है। गिरावट को कम करने के लिए प्रसंस्करण तापमान, समय और स्क्रू रोटेशन गति पर सख्त नियंत्रण आवश्यक है।
सॉलिड-स्टेट पॉलीकंडेंसेशन (एसएसपी)
एसएसपी पुनर्जीवित पीईटी के आणविक भार और प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए एक महत्वपूर्ण विधि है। पुनर्जीवित पीईटी छर्रों को निष्क्रिय गैस वातावरण में गलनांक (आमतौर पर 200-220 डिग्री सेल्सियस) से नीचे के तापमान पर गर्म किया जाता है।
एसएसपी के माध्यम से, पीईटी आण्विक श्रृंखलाओं के बीच बहुसंघनन प्रतिक्रियाएं आण्विक भार को बढ़ाती हैं, जिससे पुनर्जीवित पीईटी की ताकत और गर्मी प्रतिरोध में सुधार होता है।
चुनौतियों में लम्बा प्रसंस्करण समय तथा उपकरण की वायुरोधकता और तापमान नियंत्रण परिशुद्धता के लिए सख्त आवश्यकताएं शामिल हैं।
रासायनिक पुनर्चक्रण प्रौद्योगिकियां
एल्कोहॉलिसिस
अल्कोहलीकरण में अपशिष्ट पालतू फिल्मों को उत्प्रेरक के तहत अल्कोहल (जैसे, एथिलीन ग्लाइकॉल, प्रोपलीन ग्लाइकॉल) के साथ प्रतिक्रिया करके पालतू को मोनोमर्स या ऑलिगोमर्स जैसे बिस (2-हाइड्रॉक्सीएथिल) टेरेफ्थेलेट (बीएचईटी) में विघटित किया जाता है।
उदाहरण के लिए एथिलीन ग्लाइकॉल अल्कोहलिसिस को लें: प्रतिक्रिया तापमान को 180-220 डिग्री सेल्सियस पर नियंत्रित किया जाता है, जिसमें जिंक एसीटेट या टेट्राब्यूटाइल टाइटेनेट जैसे उत्प्रेरक होते हैं। प्रतिक्रिया के बाद, बीएचईटी को निस्पंदन और आसवन के माध्यम से अलग किया जाता है, फिर पालतू पुनर्संश्लेषण के लिए परिष्कृत किया जाता है।
यह विधि उच्च शुद्धता वाली पुनर्जीवित सामग्री प्राप्त करने के लिए अशुद्धियों को प्रभावी ढंग से हटाती है, लेकिन इसके लिए कठोर प्रतिक्रिया स्थितियों और संक्षारण प्रतिरोधी उपकरणों की आवश्यकता होती है।
हाइड्रोलिसिस
हाइड्रोलिसिस अपशिष्ट पीईटी फिल्मों को उच्च तापमान और दबाव में पानी का उपयोग करके टेरेफ्थैलिक एसिड (पीटीए) और एथिलीन ग्लाइकॉल में विघटित करता है, जिसे अम्लीय, क्षारीय और उदासीन हाइड्रोलिसिस में वर्गीकृत किया जाता है:
अम्लीय हाइड्रोलिसिस: उत्प्रेरक के रूप में मजबूत एसिड (जैसे, सल्फ्यूरिक एसिड, हाइड्रोक्लोरिक एसिड) का उपयोग करता है, जिसमें तीव्र प्रतिक्रिया दर होती है, लेकिन उपकरण में गंभीर संक्षारण होता है।
क्षारीय जल-अपघटन: इसमें मजबूत क्षारों (जैसे, सोडियम हाइड्रोक्साइड, पोटेशियम हाइड्रोक्साइड) का उपयोग किया जाता है, जिससे उत्पाद को अलग करना आसान होता है, लेकिन बाद में उसे उदासीन करने की आवश्यकता होती है।
तटस्थ हाइड्रोलिसिस: एसिड/बेस उत्प्रेरक के बिना उच्च तापमान/दबाव के तहत संचालित होता है, पर्यावरण के अनुकूल है लेकिन कठोर शर्तों और उच्च उपकरण निवेश की मांग करता है।
हाइड्रोलिसिस से पालतू पूरी तरह विघटित हो जाता है, तथा उत्पाद सीधे पालतू संश्लेषण के लिए उपयोग योग्य हो जाते हैं, लेकिन इसमें उच्च ऊर्जा खपत और जटिल पृथक्करण/शुद्धिकरण प्रक्रिया होती है।
पायरोलिसिस
पायरोलिसिस में अपशिष्ट पालतू फिल्मों को ऑक्सीजन रहित या ऑक्सीजन की कमी वाले वातावरण में उच्च तापमान (400-600 डिग्री सेल्सियस) पर गर्म किया जाता है, जिससे उनका ऊष्मीय अपघटन सुगंधित यौगिकों (बेंजीन, टोल्यूनि, ज़ाइलीन) और ओलेफिन/एल्केन्स जैसे छोटे अणुओं में हो जाता है।
पायरोलिसिस उत्पादों का उपयोग रासायनिक कच्चे माल के रूप में किया जा सकता है, जिससे अपशिष्ट पीईटी फिल्मों की ऊर्जा-उन्मुख रीसाइक्लिंग संभव हो सके। हालांकि, जटिल उत्पाद मिश्रण पृथक्करण/शुद्धिकरण के लिए चुनौतियां पेश करता है, और हानिकारक गैसों के लिए एक पूर्ण टेल गैस उपचार प्रणाली की आवश्यकता हो सकती है।
नवीन पुनर्चक्रण प्रौद्योगिकियों की खोज
इलेक्ट्रोकैटेलिटिक रीसाइक्लिंग
हाल के वर्षों में, इलेक्ट्रोकैटेलिटिक रीसाइक्लिंग उभर कर सामने आई है। उदाहरण के लिए, शंघाई जिओ टोंग विश्वविद्यालय के प्रोफेसर झाओ यिक्सिन के नेतृत्व में एक शोध दल ने इलेक्ट्रोकैटेलिटिक तकनीक का उपयोग करके कमरे के तापमान और दबाव पर पीईटी हाइड्रोलाइज़ेट में एथिलीन ग्लाइकॉल को फॉर्मिक एसिड में परिवर्तित किया, जबकि कैथोड पर हाइड्रोजन का सह-उत्पादन किया।
यह तकनीक ऊर्जा इनपुट के रूप में अक्षय बिजली का उपयोग करती है, जो अपशिष्ट पीईटी फिल्मों के संसाधन रूपांतरण के लिए एक नया मार्ग प्रदान करती है। इलेक्ट्रोड सामग्री और प्रतिक्रिया स्थितियों को अनुकूलित करके दक्षता और चयनात्मकता में सुधार किया जा सकता है।
वर्तमान में, इलेक्ट्रोकैटेलिटिक रीसाइक्लिंग प्रयोगशाला अनुसंधान चरण में है, जिसमें औद्योगिकीकरण के लिए तकनीकी चुनौतियां हैं, जैसे इलेक्ट्रोड स्थिरता और बड़े पैमाने पर सिस्टम डिजाइन।
जैव-निम्नीकरण और संश्लेषण का संयोजन
कुछ सूक्ष्मजीव ऐसे एंजाइम स्रावित करते हैं जो पालतू को विघटित करते हैं। इन सूक्ष्मजीवों या उनके एंजाइमों का उपयोग करके, अपशिष्ट पालतू फिल्मों को छोटे अणुओं में तोड़ा जाता है, जिन्हें फिर पालतू या अन्य जैव-आधारित सामग्रियों में जैव-संश्लेषित किया जाता है।
यह दृष्टिकोण पर्यावरण मित्रता और हल्की प्रतिक्रिया स्थितियों जैसे लाभ प्रदान करता है, लेकिन धीमी जैव-अपघटन दर और जटिल जैवसंश्लेषण विनियमन से ग्रस्त है। यह अभी भी अन्वेषण चरण में है, जिसमें माइक्रोबियल चयापचय तंत्र और जैवसंश्लेषण प्रक्रिया अनुकूलन पर गहन अध्ययन की आवश्यकता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में पुनर्जीवित पीईटी के अनुप्रयोग
आंशिक वर्जिन सामग्री का प्रतिस्थापन
प्रसंस्करण की एक श्रृंखला के बाद, पुनर्जीवित पीईटी के गुणों में काफी सुधार हुआ है, जिससे यह इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में वर्जिन पीईटी सामग्री को कुछ हद तक प्रतिस्थापित करने में सक्षम है। पुनर्जीवित पीईटी का व्यापक रूप से अपेक्षाकृत कम प्रदर्शन आवश्यकताओं वाले इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद घटकों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि साधारण इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्री और कुछ इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के आवरण।
उदाहरण के लिए, पुनर्जीवित पीईटी से बने कुछ इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के पैकेजिंग बॉक्स न केवल लागत कम करते हैं, बल्कि प्राकृतिक संसाधनों पर निर्भरता भी कम करते हैं।
इलेक्ट्रॉनिक उपकरण आवरणों के निर्माण में, उपयुक्त सुदृढ़ीकरण सामग्री और योजकों को जोड़ने से पुनर्जीवित पालतू को शक्ति और ताप प्रतिरोध की आवश्यकताओं को पूरा करने में मदद मिलती है, जिससे आवरणों का हरित निर्माण संभव होता है।
नए अनुप्रयोग क्षेत्रों में विस्तार
पुनर्जीवित पीईटी के गुणों में निरंतर सुधार और नवाचारों के साथ, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में इसके अनुप्रयोग का दायरा धीरे-धीरे बढ़ रहा है। पहनने योग्य उपकरणों और लचीले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे उभरते इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्रों में, पुनर्जीवित पीईटी को इसकी उत्कृष्ट लचीलापन और प्रक्रियात्मकता के कारण एक महत्वपूर्ण बुनियादी सामग्री बनने की उम्मीद है।
उदाहरण के लिए, पहनने योग्य उपकरणों के घटकों जैसे लचीले सर्किट बोर्ड सबस्ट्रेट्स और डिस्प्ले सुरक्षात्मक फिल्मों में, पुनर्जीवित पीईटी सामग्री हल्के और टिकाऊ उत्पाद विकास को प्राप्त करने के लिए अपने लाभों का लाभ उठा सकती है।
इस बीच, विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण निष्पादन की आवश्यकता वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, विशेष उपचारों (जैसे, प्रवाहकीय भराव जोड़ना) के माध्यम से पुनर्जीवित पीईटी को संशोधित करने से विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण कार्यों के साथ सामग्री का उत्पादन किया जा सकता है, जिससे पुनर्जीवित पीईटी की अनुप्रयोग सीमा का विस्तार हो सकता है।
