研究人员在混纺织物中分离棉花和聚酯
立即发布
在一个新的研究美国北卡罗来纳州立大学的研究人员发现，他们可以利用酶——加速化学反应的自然工具——来分离混纺棉和聚酯织物。最终，他们希望他们的发现能带来一种更有效的方法来回收织物的成分材料，从而减少纺织品浪费。
然而，他们也发现，如果混纺织物被染色或用化学物质处理以增加抗皱性，这个过程需要更多的步骤。
该研究的通讯作者说:“我们可以从棉聚酯混合物中分离出所有的棉花，这意味着现在我们有了可以回收的清洁聚酯。索尼娅鲑鱼他是北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学副教授。“在垃圾填埋场，聚酯不会降解，棉花可能需要几个月或更长时间才能分解。使用我们的方法，我们可以在不到48小时内将棉花从聚酯中分离出来。”
根据美国环境保护署的数据，消费者每年将大约1100万吨纺织废料扔进美国的垃圾填埋场。研究人员想要开发一种方法来分离棉花和聚酯，这样每一种成分材料都可以回收利用。
在这项研究中，研究人员在温和的酸性溶液中使用酶的“鸡尾酒”来切碎棉花中的纤维素。纤维素是构成植物细胞壁结构的物质。这个想法是切碎纤维素，这样它就会从混合编织结构中“脱落”，留下一些微小的棉纤维碎片和葡萄糖。葡萄糖是降解纤维素的可生物降解副产物。然后，他们的过程包括洗掉葡萄糖，过滤掉棉纤维碎片，留下干净的聚酯纤维。
萨尔蒙说:“这是一个温和的过程——处理方法是微酸的，就像用醋一样。”“我们还在50摄氏度的温度下运行，就像热洗衣机的温度一样。
萨尔蒙补充说:“我们很有希望将聚酯分离到清洁水平。”“我们还有很多工作要做，以表征聚酯的性能，但我们认为他们会很好，因为条件是如此温和。我们只是添加了忽略聚酯的酶。”
他们比较了100%纯棉织物和棉涤混纺织物的降解情况，还测试了用红色和蓝色活性染料染色并用耐用的印染化学品处理过的织物。为了分解染色材料，研究人员不得不增加使用的时间和酶的数量。对于用耐用的熨烫化学品处理过的织物，他们必须在添加酶之前进行化学预处理。
“你选择的染料对织物的潜在降解有很大影响，”该研究的主要作者、北卡罗来纳州立大学的研究生珍妮·伊根说。“此外，我们发现到目前为止最大的障碍是抗皱处理。这背后的化学作用为酶接近纤维素制造了一个重要的障碍。在没有预处理的情况下，我们实现了不到10%的降解，但是在使用两种酶剂量之后，我们能够完全降解它，这是一个非常令人兴奋的结果。”
研究人员表示，聚酯纤维可以回收利用，而棉花碎片的浆液可以作为纸张的添加剂或复合材料的有用添加剂。他们还在研究葡萄糖是否可以用来制造生物燃料。
萨尔蒙说:“这种浆液是由残留的棉花碎片制成的，可以抵抗非常强大的酶降解。”“它作为强化剂具有潜在价值。对于葡萄糖糖浆，我们正在合作一个项目，看看我们是否可以把它放入厌氧消化器来制造生物燃料。我们将把废物转化为生物能源，这比把它扔进垃圾填埋场要好得多。”
这项名为“用于可持续废物处理的酶促纺织纤维分离”的研究发表在《科学》杂志上资源、环境与可持续发展．合著者包括王思燕、沈家龙、奥利弗·巴尔斯和杰弗里·莫斯利。研究资金由环境研究与教育基金会、Kaneka株式会社和北卡州立大学纺织工程、化学与科学系提供。
-oleniacz -
给编辑的说明：研究摘要如下。
酶法纺织纤维分离可持续废物处理
作者: Jeannie Egan、王思燕、沈家龙、Oliver Baars、Geoffrey Moxley和Sonja Salmon。
发表2023年3月8日资源、环境与可持续发展
DOI：10.1016 / j.resenv.2023.100118
文摘:根据美国环境保护署的数据，美国每年大约有1100万吨消费后的纺织废料(PCTW)被填埋在垃圾填埋场，占所有城市固体废物的8%。PCTW之所以被填埋，是因为它含有复杂的天然和合成纤维混合物，不易分离，而且织物上的染料和整理化学品会妨碍回收利用。这项工作的目标是开发一种实验室规模的工艺，用于解构和分离切割的织物成不同的纤维组分，以产生纯化的产品流，从而促进纺织品的回收利用。通过对各种织物类型的初步试验，选择方法参数，并对一组合理制备的纺织废料模型进行参数评价。强力机械搅拌与纤维素酶催化水解相结合，使100%棉织物完全分解成小于2mm的小固体和水溶性降解产物的浆料。活性染料在模型织物上的存在抑制了降解，双功能活性染料比单功能染料产生更大的降解障碍。通过足够的时间、酶量和重复处理，克服了染料诱导的屏障。尽管它的附带影响是降低织物的初始破裂强度，但持久熨烫(DP)整理在棉花上的存在对酶降解构成了很大的障碍。通过在施酶前对DP织物进行酸/碱预处理，克服了这一问题。棉/涤纶混纺中聚酯纤维的存在使织物保留了其宏观的针织结构，而酶降解的棉花通过洗涤和过滤去除，得到干净的聚酯。 In all cases, fabric degradation products were separated by filtration into – depending on the severity of the treatments – residual large solids and small solids fractions and a clarified process liquid that contained soluble components. These three fractions were quantified gravimetrically and were characterized using high-performance liquid chromatography (HPLC), x-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), viscometry, scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy. The small solids present in the slurries after cotton degradation could be valuable as additives for paper, composites and other products, while the glucose-rich process syrups could be used to produce fuels and chemicals by fermentation, all of which would help divert PCTW from landfills. Importantly, even when cellulosic textile components were not fully degraded to soluble compounds, their conversion to pumpable slurries enabled easy handling of the degraded material and allowed recovery of non-degraded synthetic fibers by simple filtration and washing.
