通过冷批量工艺结合等离子体和紫外线辐射，开发一种既节水又节能的棉花漂白技术

《Sustainable Materials and Technologies》：Assembling plasma and ultraviolet radiation with cold-batch process towards a water and energy conservative cotton bleaching technology

低温棉织物漂白工艺通过结合等离子体处理与UVA辐射，显著降低H?O?（45→30 g/L）、NaOH（15→10 g/L）用量，消除渗透剂，将漂白时间从24小时缩短至1小时，白度提升100%，同时纤维聚合度保持稳定。等离子体增强纤维亲水性，UVA催化H?O?分解，协同作用提升漂白效率并减少环境负担。

　　冷垫批漂白是一种在工业中广泛应用的低温棉脱色工艺，它在降低能耗和减少对环境的影响方面具有显著优势。然而，这一工艺仍然存在一些问题，例如生产效率较低、化学试剂使用量较大以及废水排放量较高，这些因素限制了其大规模应用。因此，研究人员提出了一种创新的工艺，将等离子体和UVA辐射技术相结合，以实现更加环保和高效的棉漂白目标。

在这一新的工艺中，等离子体和UVA辐射各自发挥着不同的作用。等离子体技术通过改变纤维表面的化学性质和物理结构，使其更容易被漂白剂渗透，从而提高漂白效果。而UVA辐射则通过催化过氧化氢（H?O?）的分解，促进漂白剂的氧化反应，从而加快脱色过程。实验结果表明，这种组合工艺可以显著减少所需的化学试剂用量，例如H?O?的用量从45 g/L降低至30 g/L，NaOH的用量从15 g/L降低至10 g/L，同时将处理时间从24小时缩短至1小时，并且可以避免使用渗透剂。这些改进不仅提高了生产效率，还降低了对环境的影响。

此外，研究人员还通过单因素实验和中心复合设计方法，探讨了主要工艺参数对棉织物白度和亲水性的影响。结果表明，UVA照射时间对白度的影响最为显著，其次是H?O?和NaOH的用量，以及等离子体处理时间。通过优化这些参数，研究人员实现了理论上的最大白度值80.5，比原始未漂白织物的白度提高了100%。这表明，通过合理的参数调整，这种新工艺能够达到甚至超越传统漂白工艺的效果。

为了进一步验证这一工艺的可行性，研究人员还进行了机制研究。通过分析X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、X射线衍射和衰减全反射傅里叶变换红外光谱等数据，研究发现等离子体处理可以增加棉纤维表面的含氧官能团数量，并通过物理蚀刻改变纤维表面的形态，从而促进漂白剂的渗透和有效作用。同时，UVA辐射的引入进一步加速了漂白剂的分解过程，使得棉纤维中的色素能够在较短时间内被彻底降解。

从环境角度来看，这种新的漂白工艺具有明显的可持续性优势。通过减少化学试剂的使用、缩短处理时间和降低水耗，该工艺能够显著降低化学需氧量（COD），减少废水排放对环境的负担。同时，由于等离子体处理不需要干燥步骤，可以将处理后的织物直接转移到后续加工阶段，从而进一步节省能源和水资源。

在实际应用中，这一工艺的具体步骤包括：首先对棉织物进行等离子体处理，以提高其亲水性；然后将其浸入漂白液中进行漂白；最后通过UVA辐射技术加速漂白反应的进行。这种三步处理方式不仅提高了漂白效率，还减少了整个工艺对环境的影响。研究人员还通过生命周期评估（LCA）方法，对传统冷垫批漂白工艺和新工艺进行了全面比较，结果表明新工艺在化学、能源和水资源的使用方面均优于传统方法。

从行业角度来看，这一新工艺的引入对于推动纺织行业向低碳、循环和可持续发展转型具有重要意义。目前，全球约有25%的纺织纤维市场由棉花占据，而中国作为棉花纺织业的主要国家，其棉花纺织和服装出口额在2022年达到了1027.2亿美元，占整个行业出口价值的31.7%。因此，提高棉漂白工艺的效率和环保性，不仅有助于降低生产成本，还能满足日益严格的环保法规要求。

在传统工艺中，漂白过程通常需要大量的化学试剂和水资源，这不仅增加了生产成本，还对环境造成了较大的负担。例如，传统漂白工艺中，为了确保漂白剂能够充分渗透到纤维内部，往往需要使用渗透剂，这会增加化学污染的风险。此外，由于漂白反应需要较长时间，导致生产效率低下，增加了企业的运营成本。相比之下，新工艺通过等离子体处理提高了纤维的亲水性，使得漂白剂能够更有效地渗透到纤维内部，从而减少了渗透剂的使用，降低了化学污染的风险。同时，通过UVA辐射技术的引入，漂白反应的速度得到了显著提升，使得整个工艺可以在短时间内完成，提高了生产效率。

除了对环境的影响，这一新工艺还对棉纤维的物理和化学性质进行了详细研究。研究表明，等离子体处理和UVA辐射的结合不会对棉纤维的聚合度产生负面影响，这意味着在提高漂白效果的同时，还能保持棉纤维的强度和质量。这对于纺织行业来说是一个重要的优势，因为高质量的棉纤维能够满足消费者对纺织品性能的更高要求，同时也有助于延长产品的使用寿命。

此外，研究人员还对不同漂白方法的性能进行了比较。通过实验数据，他们发现等离子体处理和UVA辐射技术的结合能够显著提升棉织物的白度和亲水性，同时减少化学试剂的使用量和处理时间。这种性能的提升不仅有助于提高产品的市场竞争力，还能满足消费者对环保和可持续产品的需求。随着全球对可持续发展的重视程度不断提高，这种新工艺有望成为未来棉漂白技术的主流选择。

从技术角度来看，这一新工艺的实现依赖于等离子体技术和UVA辐射技术的协同作用。等离子体技术通过改变纤维表面的化学性质和物理结构，为漂白剂的渗透提供了更好的条件。而UVA辐射则通过催化反应，加速漂白剂的分解过程，使得漂白反应能够在较短时间内完成。这种协同作用不仅提高了漂白效率，还减少了对化学试剂的依赖，降低了生产成本。

在实际应用中，这一新工艺的实施需要考虑到多个因素，包括等离子体处理的时间、UVA辐射的时间、H?O?和NaOH的用量等。通过单因素实验和中心复合设计方法，研究人员能够系统地分析这些参数对漂白效果的影响，并找到最佳的工艺条件。这种系统化的研究方法不仅有助于优化工艺参数，还能为后续的工业化应用提供科学依据。

综上所述，这一研究提出了一种创新的棉漂白工艺，将等离子体和UVA辐射技术相结合，以实现更加环保和高效的漂白目标。通过减少化学试剂的使用、缩短处理时间和降低水耗，该工艺在提高生产效率的同时，也显著降低了对环境的影响。此外，该工艺能够保持棉纤维的聚合度，确保产品质量不受影响。这些优势使得该工艺在纺织行业中的应用前景广阔，有望成为未来棉漂白技术的重要发展方向。