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废物回收再利用,是人类面临的一大难题,而对衣服等纺织品的回收再利用,整体难度更大,因为很难对当今的混合织物进行分解。目前。丹麦一所大学研发出一种新的技术,可以分离出混合织物中的纤维,进行再利用。
现代的纺织品,大多是尼龙、棉、羊毛或其它纤维混合制成的有弹性的面料,几乎无法再分离成不同的纤维。全球纺织品在2020年达到惊人的1.09亿吨,但只有不到1%得到真正回收再利用。预计到2030年世界对纺织纤维需求量会增加到1.4亿吨。目前丹麦家庭丢掉的衣服中,只有6%被有效回收再利用。那些无法回收的织物,大多都会被焚化或掩埋,因此容易产生许多有毒气体和造成环境污染。
丹麦奥胡斯大学研究使用一种压力锅的加热方法,对运动紧身衣中的含氨纶弹性纤维、或含聚氨酯(PU)涂层和薄膜的雨衣、行李箱、皮包或人造皮革等产品,进行有效分离,为某些混纺纺织品的回收再利用提供一种可能。相关论文1月8日由该校的新闻社发布。
氨纶又名莱卡,是1958年由化学家约瑟夫·希弗斯发明的。发明的起因是二战时期日本对东南亚的侵略和占领,让美国失去了所依赖的天然橡胶,迫使美国生产出替代品用于军事和民生,最终生产出一种名为氨纶的弹性纤维,将其用于日常生活的纺织品中。
另外,含有PU纤维的材料,目前的回收方法只有水解、氨解、酸解、糖解和机械分解这几种方法。但机械分解需要相当大的力量才能撕碎和解开此类弹性材料,因此这对含有弹性纤维的纺织废料回收非常有限。
奥胡斯大学纳米科学中心的助理教授斯特凡·科维斯特·克里斯滕森的团队,为了将常用于融合多种纤维的“乙二胺”进行有效分解,和减少破坏衣物中大部分的纤维,因此特地选择刺激性较低的叔戊醇)和氢氧化钾作为分离纤维的化学药剂。
他们先试用250mg成分未知的弹性纤维、5mL的叔戊醇和1.9mg的氢氧化钾进行混合,再放入225°C的高压锅进行旋转(800转)和蒸煮4.5个小时,让溶剂充分分解乙二胺后,再对残留物进行检验,经过检验得到86重量百分比(wt%)的回收产量。
另外,实验团队将由棉、黏胶和聚酯纤维组成的混合织物,和含有PU涂层弹性纤维织物,加入5ml的叔戊醇和适量的氢氧化钾,放入225°C的高压锅旋转蒸煮4.5个小时进行溶剂分解。结果得到73wt%~98wt%之间的回收产量。
这些实验结果显示,这种分离方法可有效分离含有PU的皮革或PU涂层织物。另外,聚酯纤维使整个纯化过程变得较为复杂,但对于基于尼龙的织物分离却十分简单,且分离后的尼龙可以重新再纺织成新的产品。
除此之外,这种方法可用于分离那些品质较低的弹性纤维产品,将织物进行分解再重新利用的可能性大大增加。不过,报告中提到,这项新技术需要进一步优化,以减少分离织物的选择性,同时还要评估能源消耗方面和实现大规模分解织物的问题。
克里斯滕森对该校的新闻社表示,“我们开发的这种方法能够从弹性纤维中去掉尼龙纤维,但无法对棉花完全做到这一点,因为一些棉质纤维会在去除乙二胺时被分解。不过,经过调整后未来可能会解决这项问题。这种新的方法使我们未来可以分解和回收更多的纺织品。”
他解释说,当破坏弹性纤维中的长分子链条时,这些纤维才会断裂。“因为弹性纤维链中的不同纤维,是通过一种名为二胺的小分子结合在一起,而我们找到的新方法就是将衣服加热到225°C,并添加特定的酒精和适量的氢氧化钾,断开弹性纤维中的化学键。”
他还表示,他们发现添加氢氧化钾会加速酒精分离纤维的反应速度。不过,目前尚不清楚为何会发生这种情况,有可能是氢氧化钾稍微破坏了化学键,使得酒精更容易将纤维完全破坏,但可以确定的是,它会增加酒精分离纤维的反应速度。
另外,克里斯滕森的实验团队坦承,目前该项技术尚未准备好在工业规模上实施,因为实验室的设备不够大,需要扩大规模进行实验。
他说:“丹麦的化学工业规模很小,但德国拥有一些世界上最大的工厂。未来这些工厂很可能使用我们新开发的方法,将衣服中的大量弹性纤维进行回收。但要成功的话还需要大型化工厂参与进来,同时必须让厂商看到这些回收的材料具有商业价值,否则这项技术将永远不会被用于生活上。”
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