垃圾分類回收中廢舊聚酯纖維的回收與再生

垃圾分類回收中廢舊聚酯纖維的回收與再生

紡織業(yè)在中國的經(jīng)濟生活中發(fā)揮著重要作用。中國作為世界紡織大國之一，每年生產(chǎn)都需要消耗大量紡織原材料，與此同時，各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生、家庭廢棄的廢舊紡織品也數(shù)量巨大，我國每年廢舊紡織品數(shù)量超過2000萬噸。而我國廢舊紡織品分離回收再利用工作尚處于起步階段，廢舊紡織品資源化再利用率不足10%，未被充分利用的廢舊紡織品不僅是對資源的浪費，也給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染直到2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理條例》正式實施，這一條例的實施標(biāo)志著我國開始進入強制垃圾分類回收的時代。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的要求，2019年起全國地級及以上城市全面啟動生活垃圾分類工作，到2020年底前46個重點城市要基本建成垃圾分類處理系統(tǒng)，到2022年底前各地級城市至少有1個區(qū)實現(xiàn)生活垃圾分類全覆蓋，到2025年底前全國地級及以上城市要基本建成垃圾分類處理系統(tǒng)。這意味著對紡織類垃圾進行分類回收、處理及再利用的相關(guān)技術(shù)研究將成為未來中國垃圾分類回收工作以及整個社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。聚酯纖維2018年年產(chǎn)量達到4000萬噸，占整個紡織原材料的70%，廢舊聚酯纖維庫存量更是超過1億噸，已經(jīng)成為廢舊紡織品的最主要組成之一1能量型廢舊聚酯纖維廢舊聚酯纖維分離回收的技術(shù)按方法原理大致可分為初級回收、能量回收、物理法和化學(xué)法4類初級回收是指將生產(chǎn)過程中成分單一、潔凈的廢聚酯纖維直接回爐再造。能量回收是指將難以分離回收、不具有社會經(jīng)濟價值的廢舊聚酯纖維通過焚燒的方式轉(zhuǎn)化成熱能、電能等能量的形式。這兩種形式雖然可以進一步利用聚酯纖維，但前者只適用于提高初級生產(chǎn)階段原材料的利用率，而后者通過能源轉(zhuǎn)化方式回收，不僅附加值低，并且會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。無論是初級回收還是能量回收，都無法解決成分復(fù)雜廢舊紡織品中各種纖維分離并單獨回收的問題。物理法是目前廢舊聚酯纖維回收的主要方法，主要是通過高溫熔融、溶劑溶解或機械開松等方式實現(xiàn)纖維的分離回收，具有工藝簡單、流程短、成本低等優(yōu)點，但目前普遍存在回收后聚酯纖維物化性能下降，經(jīng)過回收再生的聚酯纖維不能再循環(huán)回收，工藝不能完全形成閉環(huán)等問題2物理法方面的新技術(shù)歐美日等發(fā)達國家在20世紀(jì)60年代就開始研究廢舊聚酯材料的分離回收，在技術(shù)實力上保持領(lǐng)先地位并已應(yīng)用到實際生產(chǎn)之中。物理法方面的技術(shù)代表有德國Gneuss公司開發(fā)的多旋轉(zhuǎn)超高比表面真空擠出機（MRS）技術(shù)和奧地利Erema公司開發(fā)的Vacurema系統(tǒng)。其中德國Gneuss公司開發(fā)的多旋轉(zhuǎn)超高比表面真空擠出機（MRS）技術(shù)可使聚酯在熔融狀態(tài)實現(xiàn)同步脫揮增黏，十分高效節(jié)能3我國廢舊聚酯纖維分離回收利用的現(xiàn)狀我國廢舊聚酯纖維分離回收技術(shù)的發(fā)展起步較晚，與歐美日等發(fā)達國家相比存在較大差距。但是近年來我國廣大科研人員響應(yīng)國家政策和社會需求，進行了大量科研攻關(guān)研究，形成一批符合我國國情的廢舊聚酯纖維分離回收技術(shù)。例如，紡織領(lǐng)域在2018年有兩項成果榮獲國家科技進步二等獎，其中之一就是以王華平研究員為第一完成人的項目———廢舊聚酯高效再生及纖維制備產(chǎn)業(yè)化集成技術(shù)。該項目緊密圍繞我國實際發(fā)展需求，以利用最優(yōu)化、生產(chǎn)清潔化、產(chǎn)品高值化為導(dǎo)向構(gòu)建廢舊聚酯纖維分離回收再利用體系，建成世界上規(guī)模較大的再生聚酯纖維生產(chǎn)基地。在我國全面禁止固廢進口的大背景下，有力地支撐和提升了我國廢舊聚酯纖維分離回收技術(shù)。由此可見，我國對廢舊紡織品中聚酯纖維分離回收技術(shù)發(fā)展的支持和需求是巨大的。3.1基于乙二醇醇解的聚酯纖維回收再利用鑒于日本帝人公司在此技術(shù)上的成功應(yīng)用，以乙二醇醇解技術(shù)對廢舊聚酯纖維進行分離回收也成為我國目前研究最活躍的技術(shù)之一。劉紅茹等王偉等趙明宇等劉偉昆等胡園超等余新健等余天石等呂亞淑等上述研究從乙二醇醇解技術(shù)的反應(yīng)機理、原料組成、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、投料比、催化劑品種及用量等方面進行了充分的試驗。通過多種手段表征醇解產(chǎn)物，驗證了該技術(shù)可實現(xiàn)廢舊聚酯纖維分離回收再利用的全閉環(huán)工藝。通過優(yōu)化各項工藝參數(shù)、引入中試設(shè)備等方式，為該方法應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)提供足夠的技術(shù)支撐。3.2tpa聯(lián)合技術(shù)醇堿聯(lián)合技術(shù)是在既有醇解技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用聚酯纖維在堿性條件下可水解為TPA的原理開發(fā)出來的聯(lián)合技術(shù)，但目前在這方面的研究數(shù)量還相對較少。王紅興等王鳳祥等3.3聚酯纖維分離技術(shù)水解技術(shù)主要通過在酸、堿或中性環(huán)境下，結(jié)合高溫、高壓、紅外、微波、生物酶、亞臨界或超臨界狀態(tài)等條件使聚酯纖維或棉纖維分解，從而將廢舊滌棉混紡織物中聚酯纖維分離回收的技術(shù)。該技術(shù)根據(jù)不同條件的搭配可以有多種形式，其反應(yīng)機理和作用目標(biāo)纖維也各不相同，對于單一的某種技術(shù)還沒有形成較為系統(tǒng)的研究。3.3.1堿性水處理技術(shù)劉紅茹等3.3.2紅外-微波復(fù)合水處理技術(shù)李超等3.3.3亞臨界分辨率解決方案張美玲等3.3.4熱水處理技術(shù)張美玲等龔艷勃3.3.5生物酶水處理技術(shù)陳友偉孔偉等3.4纖維分離回收溶劑溶解技術(shù)屬于物理法回收，該技術(shù)關(guān)鍵在于利用合適的化學(xué)試劑對目標(biāo)纖維進行溶解而其他纖維不溶解的特點達到不同纖維成分的分離回收。石娜等而另一方面，吳寶宅等有以上研究基礎(chǔ)，丁鵬飛等3.5離子液體溶解纖維離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽[BMIM]Cl是一種溶解能力強，不揮發(fā)、不氧化、穩(wěn)定性好的強極性溶劑，其陽離子能與纖維素大分子鏈中羥基上的氫結(jié)合，從而破壞纖維素分子間的氫鍵，溶解纖維素離子液體1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑[Amim]Cl是另一種極具應(yīng)用前景的環(huán)境友好型溶劑，其氯離子和咪唑陽離子能與纖維素大分子鏈上羥基的氧原子和氫原子相互作用，破壞纖維素分子間的氫鍵，溶解纖維素由于離子液體所具有的獨特性能，近年來被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究的各個領(lǐng)域中。將離子液體作為反應(yīng)溶劑應(yīng)用于廢舊聚酯纖維的回收技術(shù)之中也是一種新的嘗試。但是在目前研究中，離子液體主要通過分解棉纖維，以間接的方式達到分離滌棉混紡織物的效果。3.6其他分離恢復(fù)技術(shù)邢喜全等董祝君等李莉等4再利用技術(shù)發(fā)展展望通過對以上國內(nèi)外廢舊聚酯纖維回收再利用技術(shù)研究及應(yīng)用情況的列舉，發(fā)現(xiàn)歐美日發(fā)達國家的廢舊聚酯纖維回收再利用技術(shù)已進入實質(zhì)的工業(yè)化應(yīng)用階段，而我國在這方面的技術(shù)研究大多還停留在試驗室研究階段，工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模較小。但另一方面，我國科研人員在結(jié)合國家實際情況的前提下，對廢舊聚酯纖維回收再利用技術(shù)進行了更全面、更多樣化的研究，在技術(shù)種類上實現(xiàn)百花齊放。目前，針對初級回收適用范圍小、能量回收附加值低污染大、物理法回收產(chǎn)品性能差且工藝不能閉環(huán)等弊端，化學(xué)法已經(jīng)成為我國科研人員重點攻關(guān)的主要研究方向，并在多種技術(shù)上取得進展。由此可見，我國與國外發(fā)達國家在廢舊聚酯纖維回收再利用上的差距主要體現(xiàn)在技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用方面的不足，但我國廢舊聚酯纖維回收再利用技術(shù)已有更全面且豐厚的研究積淀并形成自己獨特的優(yōu)勢，為我國下一步在廢舊聚酯纖維回收再生大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)實現(xiàn)彎道超車打下了堅實的基礎(chǔ)。如何提高技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用是我國科研人員的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)住建部提出的垃圾分類回收工作時間表要求，我國的全面強制垃圾分類回收工作已經(jīng)勢在必行，這既是對廢舊紡織品回收再利用技術(shù)發(fā)展的一次重要機遇，也是一項刻不容緩的使命。工信部貫徹國家十三五規(guī)劃綱要發(fā)布的《紡織工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》也明確指出，要加快綠色發(fā)展進程，建設(shè)廢舊紡織品回收和再利用體系。聚酯纖維作為目前使用最廣泛，廢舊產(chǎn)品存量最多，回收技術(shù)研究最活躍的化纖材料，其回收技術(shù)的研究既是紡織