废旧纺织品回收再利用研究进展
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废旧纺织品回收再利用研究进展
摘要:随着社会的快速发展,纺织服装的使用周期也在不断缩短,废旧纺织品的总量日益增多,其来源量大,面广,回收清洁困难,再利用附加值较低。据统计,每回收使用1kg废旧纺织品,就可减少3.6kg二氧化碳排放量,节约6000L水,减少使用0.3kg化肥和0.2kg农药。废旧纺织品包含废纺织品和旧纺织品两大板块:废纺织品主要指在纺纱、织造、服装加工过程中产生的废丝、边角料等;旧纺织品主要指使用环节产生的旧衣物、旧地毯等物品。据统计,我国废旧纺织品的利用率仅为15%,既造成了环境污染又造成了资源浪费。随着世界人口的增长,种植棉花等天然纤维与种植小麦、水稻、玉米等粮食作物存在“争地”问题。随着石油资源的日益匮乏,石油基化学纤维的生产将受限,从建设环境友好型、资源节约型社会以及发展循环经济的角度出发,废旧纺织品的回收再利用意义非凡,这将成为我国在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和目标的重要课题。
关键词:废旧纺织品;回收再利用;研究进展
引言
近年来,世界关注与可持续利用自然资源有关的环境问题。自2017年以来,世界主要资源的开采和使用每年超过1 000亿吨,而城市固体废物的年产量超过20亿吨,到2050年可能增加70 %。其中,纺织品废物是近年来迅速增长的城市生活垃圾之一,由于环境污染和资源浪费,纺织品废物的处置和管理日益受到关注。许多发达国家已经建立了更全面的废旧纺织品回收系统。
1 国内外废旧纺织品回收再利用现状
目前,我国使用的主要组织回收方法是能源、生物、化学、机械和物理工艺。能量方法是通过燃烧废弃织物中高热量成分产生热量,主要用于产生热量。该酶法采用高活性生物催化酶水解棉纤维。但是,棉纤维体系含有大量的氢键和晶体,阻碍了生物酶的水解,使得混纺棉织物的酶解更加困难。化学方法是收集高浓度废材组织,形成单个分子结构,重建新的化学纤维。纤维素胶粘剂的再生方法目前广泛应用于棉花纤维素的回收。机械方法是将所用组织直接转化为特定的回收纤维。物理方法是在不改变底层化学结构的情况下将纤维转化为可再生纺织纤维。根据这项研究,物理方法目前是我国废旧织物的回收方法,回收产品质量比较高。外国公司和研究机构也多次尝试回收废弃的织物。例如,在美国,一家造纸公司从废弃的织物中收集棉纤维,并将其用于生产纸币;日本Jeplan股份有限公司与大州大学合作开发了将用过的棉纤维转化为乙醇的基本技术,爱媛县的一家公司采用了这一技术;澳大利亚新南威尔士大学萨哈瓦教授首先从用过的织物表面去除金属,然后将棉纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维和其他织物的混合物分解成粘合剂,这些粘合剂被高温压缩成坚固的地面和墙壁细胞,据称在德国是防水的,1996年联合王国还颁布制定了回收用过的组织的政策;一些美国企业加大了回收废旧纺织品的力度,例如达喀尔,该市回收废旧纺织品聚酯纤维,以减少对环境中纺织品的污染。日本实施了“资源效率促进法”来促进废旧织物的回收利用,Teijin(帝人)开发了聚酯化学回收系统ECOCIRCLE,日本著名品牌优衣库推出了废旧服装回收项目。
2 废旧纺织品回收再利用方法
废旧织物回收利用的常见模式是生活垃圾回收利用模式、可再生资源回收利用模式以及公益回收模式。根据废旧织物的回收再利用方法,可以分为能源、机械、物理、化学四种方法。能量方法分为燃烧和生物发酵两种,通过焚烧用过的组织产生大量热能,作为产生热能的原料;生物发酵方法是指生物降解组织可以通过堆肥和微生物分解进行回收和循环利用。机械方法是将纤维应用于纺织或非织造产品,或对玩具填料和吸声材料等低价值产品使用回收的废布。物理方法主要用于化学纤维含量高的废材组织,先进行分类、纯化、干燥,然后通过高温熔炼和溶剂溶解等物理手段分离回收。化学方法主要集中在用过的聚酯织物上,在纤维化学收集成寡聚物、国外单体甚至原料单体后使用。废弃织物的化学回收方法具有高度分离、全面回收、高产品附加值等特点,符合循环经济的发展模式,近年来已成为研究热点。根据化学采用的技术,通常分为酒精溶液、水解液、酸性溶液、氨溶液等。随着技术的发展和进步,超临界法、离子溶液法、水热法、酶解等新化学方法逐渐出现。 3 新型的化学回收法
酶解采用生物酶作用下棉纤维水解特性,经酶处理后,棉纤维分解成糖,聚酯保持原有结构和形状,实现分离目标。采用酶法分离涤纶织物,部分棉纤维水解成还原糖,小块未水解棉纤维悬浮于溶液中,残留丝为聚酯,性能未变。研究表明,对用过的聚酯织物进行预处理后,棉纤维可以酶解到葡萄糖中,而其余聚酯纤维则可以通过造粒、分子量增加和熔融纺丝转化为PET。研究人员还以废弃纺织品聚酯为原料,通过固体发酵生产纤维素,提取和再利用用于葡萄糖水解和聚酯(PET)的聚酯织物。棉织物热处理可分为水解和碳化两个反应阶段,可根据目标产品选择不同的水热条件。热液法具有响应时间短、选择性高、友好环境等重要特征,近年来备受关注。在酸性条件下,太原理工大学石亨队采用水热法研究了废旧聚酯混纺织物的分离回收利用。实验中,棉纤维水解成葡萄糖和纤维素的固体粉末,涤纶长丝回收率为96.24%,性能基本保持不变。在某些情况下,水热解不仅可以从高碳增值产品中使用的组织中产生棉纤维,而且还可以从聚酯中产生单氯化萘(TPA)和胶质瘤(EG)。戴金明小组对有色棉纤维进行了碳化水解,分析了分散染料对聚酯水解工艺和棉纤维碳化工艺的影响。实验结果表明,染料对聚酯水解和棉纤维碳化过程影响不大,染色可以通过控制棉纤维碳化过程和减少环境污染来实现。其他研究研究了聚酯水解物对TPA和eg生产后棉纤维碳化的影响。结果表明水解产物不影响棉纤维碳化产物的晶体结构,而是降低棉纤维的碳化温度。
结束语
我国是纺织品生产与使用大国,每年都会产生大量废旧纺织品。废旧纺织品的回收再利用意义重大,既可以减少环境污染,又能减少可再生资源的浪费,符合绿色可持续发展理念。废旧纺织品的高值化利用将是未来发展的主要方向,要更好地实现这一目标需要政府支持、财政投入、科技支撑、文化引领、民众参与。快速实现废旧纺织品回收规范化、专业化、集约化的健康科学发展观,为我国循环经济发展做出贡献。
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