随着电子产品需求的不断增长，全球的电子垃圾数量也在急剧增加。根据统计，2022年全球电子垃圾的产生量已经达到6200万吨，比2010年增加了82%。而根据预测，到2030年，这个数字有可能会达到8200万吨。
电子垃圾中包含了大量可回收的贵重材料，比如金属、半导体和稀有元素，这些都能为资源回收提供重要的价值。但令人担忧的是，2022年只有约22.3%的电子垃圾得到了妥善的回收和处理，其余的价值约620亿美元的材料被直接丢弃，最终进入了垃圾填埋场。
虽然全球各地都在努力改善电子垃圾的回收利用，但是回收过程仍然非常复杂且劳动密集。更重要的是，大部分电子垃圾最终被出口到一些发展中国家，这些国家使用廉价的劳动力进行回收，而这些回收往往涉及使用有害化学品，对环境和人类健康造成极大的风险。
为了提高电子垃圾回收的效率，尤其是回收电缆中的铜线，一项新的研究提出了一种创新的方法。在《RSC Advances》期刊上，来自日本上智大学和意大利帕维亚大学的研究人员公布了他们的最新研究成果——一种基于微波加热的热解回收技术。这项技术为回收电线电缆提供了一种经济又高效的新方式。
研究方法
这项新技术的核心是利用微波辐射来加热和分解电缆的PVC绝缘层，最终将铜线暴露出来，方便回收。具体来说，研究人员将电缆放入一个玻璃反应器中，使用100、200和300瓦特的微波辐射来加热电缆。通过引入氮气，他们能避免在加热过程中发生燃烧。
在实验中，研究人员使用了包含两根PVC绝缘铜线的双芯电缆，这种电缆通常在房屋和建筑物中作为电源线，具有较高的回收价值。研究人员还对电缆进行了不同长度的切割，包括1厘米、6厘米、9厘米、12厘米和18厘米等不同长度的电缆段，并测试了微波热解对这些不同长度电缆的效果。
图：微波热解技术：提高电子垃圾回收效率的新突破（图源：Techxplore）
（微波热解的效果
有趣的是，微波热解的效果会随着电缆长度与微波波长的关系而变化。在2.45 GHz频率下，微波的波长大约为12.24厘米。研究发现，当电缆的长度接近或大于这个波长时，热解效果最为明显。特别是9厘米和18厘米长的电缆，在100瓦的微波功率下，仅需60秒就开始发生热解。相比之下，长度较短的电缆（如3厘米）需要更高的功率（200瓦）才能开始热解，而一些长度接近波长的电缆（如1厘米、6厘米和12厘米），即使在最高功率下，也未能有效热解。
热解的原理
热解效果最佳的原因与电缆长度、铜线的作用以及电场强度有关。具体来说，铜线在这些电缆中充当天线的作用，能够吸收微波辐射并产生电弧放电，从而加热PVC绝缘层，而不会损坏铜线。此外，微波加热时，电场的强度在电缆的两端和中心区域最强，这使得这些地方能够更快、更集中地加热。随着PVC层被加热并逐渐碳化，它对微波的吸收能力也增强，进一步加速了热解过程。
防止有害副产品
在这个过程中，PVC绝缘层会发生脱氯化和碳化，从而有效地防止了焦油、多环芳烃（PAH）和二恶英等有害副产品的产生。这一过程的另一大优势是，氯元素可以回收利用，转化为盐酸，而通过热解产生的炭和活性炭可以作为炭黑来回收使用。
效率与环保的双重优势
通过这种微波辅助热解的方法，研究人员成功地在12分钟内，利用300瓦的微波功率完全分解了54厘米长的电缆，而铜线没有受到任何损害。这种方法的一个显著优势是，它不需要对PVC电缆进行预处理，从而节省了大量的时间和劳动力成本。
目前，全球约35%的PVC塑料材料可以被回收利用，而这种新方法显著提高了回收铜线的效率，并有效减少了对环境的负面影响。因此，这项微波辅助热解技术不仅能够更高效、更经济地回收电子垃圾中的铜线，还为解决日益严重的电子垃圾问题提供了一个切实可行的解决方案。
