纺织废料的闭环回收
服装业占全球碳排放量的10%。113年纤维年产量达到2021.90亿吨,需求量逐年增加。然而,近<>%的消费后纤维废物是通过焚烧或垃圾填埋场处理的。
在这些形式的废物中,合成纤维已成为对环境和人类健康的主要威胁,因为与其他塑料类似,它不可生物降解。由于其低成本和耐用性,聚酯是地球上使用最广泛的合成纤维,占每年生产的所有织物的一半以上。因此,聚酯的全面回收是环境可持续性和子孙后代健康的关键挑战。
在实践中,粗纺织废料不适合再利用或回收,因为它与不同的织物材料混合,被不同的染料着色,并被各种其他杂质污染。将其分类为均质材料是必要的,以使废物可以通过化学或机械方法回收利用。为此,韩国化学技术研究院(KRICT)的一个研究小组开发了一种被称为“化学分选”的新化学技术。他们的研究发表在ACS可持续化学与工程杂志上。
该技术用于从以混合和污染形式处理的废纺织品中分离聚酯。在此过程中,一种独特的化合物用于分离,该化合物选择性地破坏聚酯与用于其颜色的染料之间的化学相互作用。研究团队还开发了一种新的化学回收技术,该技术比传统方法消耗更少的能量将聚酯转化为有价值的单体,可以反复用于合成高分子材料。
由成分不明的各种材料组成的消费后衣服经常被丢弃。它们通常包括各种纺织品,例如棉、羊毛、聚酯、丙烯酸、尼龙、弹性纤维和其他混纺纤维。由于它们的化学和物理性质不相容,如果不将它们分类成单独的材料,就无法实现回收。
在工业上,从废织物中分离单个材料是通过人工分拣完成的,这在很大程度上取决于人力。这种方法精度低且不可靠,反过来又无法收集均质材料,这对于进一步的回收步骤通常至关重要。最近,开发自动分拣机的研究采用高光谱成像技术来获取单个织物目标的结构信息。然而,分拣系统离商业化还很远,这主要是由于技术和经济障碍。
KRICT研究小组采用一种廉价且无毒的可生物降解化合物,以化学方式区分聚酯与废旧织物混合物。当该化合物应用于纺织品时,仅存在于聚酯中的着色剂被完全提取,而其他材料不会发生显着变化。因此,清洁的聚酯可以从彩色织物的混合物中分离出来。
该方法也可用于从未着色织物混合物中选择聚酯。当未着色的织物与分拣过程中提取的废着色剂接触时,只有聚酯接受着色剂,而其他材料保持不变。因此,仅含有聚酯的织物可以以廉价、准确和简便的方式从混合织物废料中分离出来。由此产生的分选聚酯可用作化学回收的清洁原料,因为分选方法消除了大多数有机杂质,包括难处理的染料。
化学回收将聚合物废物转化为原始构建块,有可能实现聚酯废物回收的循环性,而机械回收只能用于生产低质量的材料。在传统的化学回收方法中,需要200°C以上的高反应温度才能完全分解聚酯。此外,在大多数商业应用中,为了获得高质量的单体产品,能源密集型纯化步骤也是不可避免的。
KRICT研究团队开发了一种低温糖酵解反应系统,将化学分选的废聚酯转化为纯双(2-羟乙基)三氟甲酸酯,这是生产新聚合物的重要构建单元单体。从化学回收中获得的单体化合物具有与石油衍生的化合物相同的质量。由于与“化学分选”中使用的化合物相同的化合物可作为添加剂来降低解聚的能量屏障,因此反应系统可以轻松、经济地与化学分选技术集成,用于涉及塑料或纺织品回收的应用,这些应用对良好的产品质量有很高的要求。
Cho博士说:“最近,服装行业利用透明和干净的消费后PET瓶来生产回收的聚酯服装。然而,这种方法是不可持续的,因为材料不能反复回收。相比之下,我们目前的技术不会受到组成材料的复杂性或废物中杂质的初始水平的限制。无论目标材料是直接来自石油还是从废物中回收,该技术都可以重复处理大多数消费后纺织品流。因此,这将有助于减少垃圾填埋场的废物,并大幅实现塑料和纺织行业的循环经济。
化学回收技术已授权给Renew System Co., Ltd.(韩国)。多学科研发团队现在正在密切合作,为废衣服的化学回收建立多规模的设施。示范工厂将于2024年底准备就绪,年产能为10,000吨的商业运营计划于2025年开始。
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