染料对棉纺织品纤维-纤维回收的阻碍机制及绿色脱色技术研究

针对染料严重阻碍废旧棉纺织品通过Lyocell工艺实现纤维-纤维回收的行业难题，美国内布拉斯加大学林肯分校团队系统研究了直接/活性/硫化三类染料对纤维素溶解(NMMO体系)、纺丝加工及再生纤维性能的影响机制，创新性提出非破坏性脱色技术，成功制备出性能达标再生纤维，为建立环境友好型棉循环经济体系提供关键技术支撑。

　　

在全球纺织业年产量突破1.16亿吨的背景下，传统棉花种植消耗全球16%杀虫剂和大量水土资源，而机械法回收又面临纤维断裂严重、需掺混50%以上新纤维的困境。更严峻的是，染料成为制约化学法回收的关键瓶颈——直接溶解染色纤维会导致再生纤维强度暴跌70%，而强氧化脱色又会破坏纤维素结构。这一死结使得占全球纤维产量24%的棉纺织品回收率长期低于1%。

美国内布拉斯加大学林肯分校农业研究部的Yuanyi Shao、Bingnan Mu和Yiqi Yang团队在《Resources, Conservation and Recycling》发表突破性研究。他们采用多尺度表征技术，通过对比直接染料（物理吸附）、活性染料（共价键合）和硫化染料（大分子聚集）在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶剂中的溶解行为差异，结合SEM观察和力学测试，首次揭示：

关键技术方法
建立三类染料（直接/活性/硫化）标准化染色体系；采用NMMO溶剂法进行纤维素溶解和湿法纺丝；通过动态流变仪评估纺丝液可挤出性；利用SEM-EDS联用技术追踪染料分布；设计多级过滤系统（20μm至4μm）评估颗粒物截留效率；开发非破坏性脱色工艺对比氧化/还原法效果。

研究结果

Dyeing cotton with direct dyes, reactive dyes, and sulfur dyes
通过构建50支纱密度的平纹织物模型体系，发现硫化染料在NMMO中形成>5μm聚集颗粒，直接导致纺丝液滤网堵塞；而活性染料虽可溶，但其共价键会阻碍纤维素分子链解折叠，使溶液粘度异常升高300%。

Effect of dyes on cellulose dissolution and properties of the regenerated fibers
力学测试显示含染料再生纤维的断裂强度从3.5cN/dtex降至1.2cN/dtex。特别值得注意的是，即使用H₂
O₂
/Na₂
S₂
O₄
漂白后，染料降解产物仍会通过π-π堆积吸附纤维素，使纺丝液透光率下降40%。

Conclusion
研究证实传统氧化脱色会产生毒性更大的副产物，而创新开发的非破坏性脱色技术可使再生纤维强度恢复至3.0cN/dtex，且每吨再生棉浆相比木浆减少2.8吨CO₂
排放。该工作为建立闭环式纺织循环经济提供了关键技术突破。

这项研究从根本上改变了"染料必须通过化学破坏去除"的传统认知，提出的物理脱色-分级过滤联用策略，不仅解决了Lyocell工艺回收染色棉的技术瓶颈，更开创了将废旧纺织品转化为高品质再生纤维的新范式。团队正在与欧盟纺织回收联盟合作推进该技术的工业化应用，预计可使棉纺织品回收成本降低35%。