垃圾分类回收中废旧聚酯纤维的回收与再生

垃圾分类回收中废旧聚酯纤维的回收与再生

纺织业在中国的经济生活中发挥着重要作用。中国作为世界纺织大国之一，每年生产都需要消耗大量纺织原材料，与此同时，各产业产生、家庭废弃的废旧纺织品也数量巨大，我国每年废旧纺织品数量超过2000万吨。而我国废旧纺织品分离回收再利用工作尚处于起步阶段，废旧纺织品资源化再利用率不足10%，未被充分利用的废旧纺织品不仅是对资源的浪费，也给环境带来严重污染直到2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理条例》正式实施，这一条例的实施标志着我国开始进入强制垃圾分类回收的时代。根据住房和城乡建设部的要求，2019年起全国地级及以上城市全面启动生活垃圾分类工作，到2020年底前46个重点城市要基本建成垃圾分类处理系统，到2022年底前各地级城市至少有1个区实现生活垃圾分类全覆盖，到2025年底前全国地级及以上城市要基本建成垃圾分类处理系统。这意味着对纺织类垃圾进行分类回收、处理及再利用的相关技术研究将成为未来中国垃圾分类回收工作以及整个社会实现可持续发展的重要课题。聚酯纤维2018年年产量达到4000万吨，占整个纺织原材料的70%，废旧聚酯纤维库存量更是超过1亿吨，已经成为废旧纺织品的最主要组成之一1能量型废旧聚酯纤维废旧聚酯纤维分离回收的技术按方法原理大致可分为初级回收、能量回收、物理法和化学法4类初级回收是指将生产过程中成分单一、洁净的废聚酯纤维直接回炉再造。能量回收是指将难以分离回收、不具有社会经济价值的废旧聚酯纤维通过焚烧的方式转化成热能、电能等能量的形式。这两种形式虽然可以进一步利用聚酯纤维，但前者只适用于提高初级生产阶段原材料的利用率，而后者通过能源转化方式回收，不仅附加值低，并且会对环境造成严重污染。无论是初级回收还是能量回收，都无法解决成分复杂废旧纺织品中各种纤维分离并单独回收的问题。物理法是目前废旧聚酯纤维回收的主要方法，主要是通过高温熔融、溶剂溶解或机械开松等方式实现纤维的分离回收，具有工艺简单、流程短、成本低等优点，但目前普遍存在回收后聚酯纤维物化性能下降，经过回收再生的聚酯纤维不能再循环回收，工艺不能完全形成闭环等问题2物理法方面的新技术欧美日等发达国家在20世纪60年代就开始研究废旧聚酯材料的分离回收，在技术实力上保持领先地位并已应用到实际生产之中。物理法方面的技术代表有德国Gneuss公司开发的多旋转超高比表面真空挤出机（MRS）技术和奥地利Erema公司开发的Vacurema系统。其中德国Gneuss公司开发的多旋转超高比表面真空挤出机（MRS）技术可使聚酯在熔融状态实现同步脱挥增黏，十分高效节能3我国废旧聚酯纤维分离回收利用的现状我国废旧聚酯纤维分离回收技术的发展起步较晚，与欧美日等发达国家相比存在较大差距。但是近年来我国广大科研人员响应国家政策和社会需求，进行了大量科研攻关研究，形成一批符合我国国情的废旧聚酯纤维分离回收技术。例如，纺织领域在2018年有两项成果荣获国家科技进步二等奖，其中之一就是以王华平研究员为第一完成人的项目———废旧聚酯高效再生及纤维制备产业化集成技术。该项目紧密围绕我国实际发展需求，以利用最优化、生产清洁化、产品高值化为导向构建废旧聚酯纤维分离回收再利用体系，建成世界上规模较大的再生聚酯纤维生产基地。在我国全面禁止固废进口的大背景下，有力地支撑和提升了我国废旧聚酯纤维分离回收技术。由此可见，我国对废旧纺织品中聚酯纤维分离回收技术发展的支持和需求是巨大的。3.1基于乙二醇醇解的聚酯纤维回收再利用鉴于日本帝人公司在此技术上的成功应用，以乙二醇醇解技术对废旧聚酯纤维进行分离回收也成为我国目前研究最活跃的技术之一。刘红茹等王伟等赵明宇等刘伟昆等胡园超等余新健等余天石等吕亚淑等上述研究从乙二醇醇解技术的反应机理、原料组成、反应时间、反应温度、投料比、催化剂品种及用量等方面进行了充分的试验。通过多种手段表征醇解产物，验证了该技术可实现废旧聚酯纤维分离回收再利用的全闭环工艺。通过优化各项工艺参数、引入中试设备等方式，为该方法应用于大规模的工业化生产提供足够的技术支撑。3.2tpa联合技术醇碱联合技术是在既有醇解技术的基础上，利用聚酯纤维在碱性条件下可水解为TPA的原理开发出来的联合技术，但目前在这方面的研究数量还相对较少。王红兴等王凤祥等3.3聚酯纤维分离技术水解技术主要通过在酸、碱或中性环境下，结合高温、高压、红外、微波、生物酶、亚临界或超临界状态等条件使聚酯纤维或棉纤维分解，从而将废旧涤棉混纺织物中聚酯纤维分离回收的技术。该技术根据不同条件的搭配可以有多种形式，其反应机理和作用目标纤维也各不相同，对于单一的某种技术还没有形成较为系统的研究。3.3.1碱性水处理技术刘红茹等3.3.2红外-微波复合水处理技术李超等3.3.3亚临界分辨率解决方案张美玲等3.3.4热水处理技术张美玲等龚艳勃3.3.5生物酶水处理技术陈友伟孔伟等3.4纤维分离回收溶剂溶解技术属于物理法回收，该技术关键在于利用合适的化学试剂对目标纤维进行溶解而其他纤维不溶解的特点达到不同纤维成分的分离回收。石娜等而另一方面，吴宝宅等有以上研究基础，丁鹏飞等3.5离子液体溶解纤维离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐[BMIM]Cl是一种溶解能力强，不挥发、不氧化、稳定性好的强极性溶剂，其阳离子能与纤维素大分子链中羟基上的氢结合，从而破坏纤维素分子间的氢键，溶解纤维素离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑[Amim]Cl是另一种极具应用前景的环境友好型溶剂，其氯离子和咪唑阳离子能与纤维素大分子链上羟基的氧原子和氢原子相互作用，破坏纤维素分子间的氢键，溶解纤维素由于离子液体所具有的独特性能，近年来被广泛应用于科学研究的各个领域中。将离子液体作为反应溶剂应用于废旧聚酯纤维的回收技术之中也是一种新的尝试。但是在目前研究中，离子液体主要通过分解棉纤维，以间接的方式达到分离涤棉混纺织物的效果。3.6其他分离恢复技术邢喜全等董祝君等李莉等4再利用技术发展展望通过对以上国内外废旧聚酯纤维回收再利用技术研究及应用情况的列举，发现欧美日发达国家的废旧聚酯纤维回收再利用技术已进入实质的工业化应用阶段，而我国在这方面的技术研究大多还停留在试验室研究阶段，工业化应用规模较小。但另一方面，我国科研人员在结合国家实际情况的前提下，对废旧聚酯纤维回收再利用技术进行了更全面、更多样化的研究，在技术种类上实现百花齐放。目前，针对初级回收适用范围小、能量回收附加值低污染大、物理法回收产品性能差且工艺不能闭环等弊端，化学法已经成为我国科研人员重点攻关的主要研究方向，并在多种技术上取得进展。由此可见，我国与国外发达国家在废旧聚酯纤维回收再利用上的差距主要体现在技术转化应用方面的不足，但我国废旧聚酯纤维回收再利用技术已有更全面且丰厚的研究积淀并形成自己独特的优势，为我国下一步在废旧聚酯纤维回收再生大规模工业化生产实现弯道超车打下了坚实的基础。如何提高技术转化应用是我国科研人员的当务之急。根据住建部提出的垃圾分类回收工作时间表要求，我国的全面强制垃圾分类回收工作已经势在必行，这既是对废旧纺织品回收再利用技术发展的一次重要机遇，也是一项刻不容缓的使命。工信部贯彻国家十三五规划纲要发布的《纺织工业发展规划（2016—2020年）》也明确指出，要加快绿色发展进程，建设废旧纺织品回收和再利用体系。聚酯纤维作为目前使用最广泛，废旧产品存量最多，回收技术研究最活跃的化纤材料，其回收技术的研究既是纺织