深度共晶溶剂作为聚酯/棉纺织品回收的解决方案

《Waste Management》：Deep eutectic solvent as a solution for polyester/cotton textile recycling

本研究开发了一种以薄荷醇和苯甲酸为组分的水溶性深共晶溶剂（DES），成功实现了PET/CO混纺材料的分离回收。PET在5分钟内完全溶解（回收率97%），CO纤维保持原有结构（SEM证实），热性能（DSC/TGA）和机械强度（拉伸测试）均符合纺织工业要求，为可持续纺织品回收提供了高效解决方案。

　　全球纤维生产在过去二十年中迅速增长，从2000年的5800万吨增加到2023年的1.24亿吨。如果当前趋势持续，预计到2030年将达到1.6亿吨。这一增长主要由合成纤维如聚酯纤维（PET）和天然纤维如棉花（CO）驱动。PET纤维占据了约57%的市场份额，而棉花则占20%，尽管棉花的增长趋势趋于平稳。然而，目前的回收比例仍然较低，棉花的回收率仅有1%，而PET纤维中只有2%来自纺织品回收，其余大部分来自塑料瓶的回收。这种不平衡的增长对人类和环境造成了严重影响。因此，可持续时尚和循环经济的概念应运而生，旨在通过再利用和回收策略取代传统的线性工业模式（制造、使用和丢弃），并延长纺织品的使用寿命。

纺织品通常由多种纤维混合制成，因为单一纤维的纺织品往往在性能上不如纤维混合物。在所有纤维混合物中，PET与棉花（PET/CO）的混合物最为常见，这种混合物在纺织废弃物中占据重要位置。尽管PET和棉花可以分别进行回收，但PET和棉花纤维的复杂交织使得回收PET/CO混合物变得尤为困难。传统的机械分离方法对PET/CO混合物效果不佳，而化学分离方法则依赖于有害的传统溶剂或浓酸，这些方法对环境不友好。

近年来，酶法处理也被用于纺织品回收，这些方法避免了使用有毒溶剂，并且仅需温和的反应条件（约50摄氏度，常压）。然而，这种方法的一个缺点是，一种纤维聚合物会被水解为单体，这意味着只有部分纺织品可以直接重新进入生产流程作为聚合物。相比之下，离子液体（ILs）因其低挥发性和低可燃性而受到关注，它们被认为是传统有机溶剂的潜在替代品。然而，离子液体在水中的高稳定性引发了对其长期环境影响的担忧。

深共晶溶剂（DESs）作为一种新兴的绿色溶剂，因其低毒性、良好的生物降解性以及易于从常见材料中制备而受到越来越多的关注。DESs通常由至少一个氢键供体和一个氢键受体组成，形成一种熔点低于其组分的共晶体系。这种特性使得DESs在许多领域，如制药和能源过程，得到了广泛应用。尽管如此，DESs在纺织品回收中的应用仍处于初步探索阶段。

本研究旨在评估一种由薄荷醇和苯甲酸组成的疏水性DES作为PET/CO混合物回收的新方法。通过优化处理参数，实现了PET的高效溶解和CO的回收，同时保留了纤维的完整性。实验结果表明，在216摄氏度下处理5分钟，PET的溶解率达到100%，而CO的回收率达到100%。此外，回收的PET和CO在形态、化学结构和热稳定性方面均保持良好，没有出现显著变化。通过扫描电子显微镜（SEM）图像确认了CO纤维在处理后没有发生形态变化，而通过差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）进一步验证了回收材料的热稳定性。傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）分析表明，回收的PET和CO没有发生化学变化，表明溶解过程成功分离了PET和CO。

在机械性能方面，回收的CO纤维表现出一定的强度和延展性下降，但仍然处于可接受的范围内。这表明，虽然回收纤维在某些性能上不如原始纤维，但其仍可作为高质量的二次原料用于纱线生产。PET的回收率则达到了97%，表明其在回收后仍可用于再生颗粒的生产以及后续的纱线制造。

本研究的成果表明，使用薄荷醇和苯甲酸组成的DES进行PET/CO混合物的回收是一种高效且可持续的方法。该方法不仅避免了有毒化学品的使用，还实现了高回收率，同时保持了回收材料的物理和化学特性。这种方法为纺织品的回收提供了新的思路，有助于推动可持续时尚和循环经济的发展。然而，目前的处理温度较高，这可能影响能源效率，并导致部分纤维的降解。未来的研究应关注于优化处理条件，以降低温度并保持处理效果，同时提高溶剂的可回收性。尽管目前该方法仅在实验室规模上得到验证，但其在工业规模上的应用潜力巨大，能够为纺织品回收提供更加环保和高效的解决方案。