通过零废物方法回收和再利用废弃的彩色聚酯纤维

《Waste Management》：Recycling and valorization of waste colored polyester through a zero-waste approach

本研究提出一种绿色集成策略，利用乙二醇（EG）作为脱色和反应介质，同步回收彩色聚酯纤维中的染料和单体。EG在闭路系统中循环使用，降低原料消耗和成本。脱色织物白度达63.9%，脱色率93.2%。回收染料性能优异，脱色聚酯经 glycolysis 转化为高纯度BHET单体，合成含硅水溶性聚氨酯（Si-WPU），涂覆棉织物后接触角提升至122°，拉伸强度和耐磨性分别提高2-3倍和3-4倍。所有回收产物均可再利用，为原子经济型循环系统构建提供可行技术路线。

　　

王亚洲|王淑华|兰吉|江少平|翁玉芳|史胜|高成勇|张美玲

太原理工大学纺织工程学院，晋中030600，中国

摘要

废弃聚酯纺织品的资源回收对可持续发展具有重要意义。本研究提出了一种综合策略，用于实现废弃彩色聚酯的全组分回收和高值利用，有效解决了回收成本高和资源利用率低的工业问题。乙二醇（EG）被用作褪色剂和反应介质，用于迷彩聚酯织物的处理。EG可以在封闭循环系统中回收，大大减少了原材料消耗和生产成本。同时，染料和聚酯单体的同步回收实现了多组分资源的充分利用。褪色后的织物白度达到63.9%，褪色率为93.2%。回收的染料表现出优异的染色性能。褪色后的聚酯通过糖酵解进一步转化为高纯度的BHET单体，用于合成水性聚氨酯（WPU），并提高了材料的疏水性。当涂覆在棉织物上时，WPU涂层使接触角从0°增加到122°，拉伸强度和耐磨性分别提高了2-3倍和3-4倍。所有回收产品，包括EG、回收的染料和基于BHET的WPU，都可以在纺织工业中再次使用，为构建原子经济型循环系统提供了可行的技术路线。

引言

近年来快时尚产业的迅速扩张显著缩短了纺织品的消费周期，导致废弃纺织品的数量持续增加，从而对环境造成越来越大的压力（Juanga-Labayen等人，2022年；Shirvanimoghaddam等人，2020年；Yalcin-Enis等人，2019年）。纺织废弃物的积累已成为全球性的资源和环境挑战。聚酯纤维，主要是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），作为产量最大、应用最广泛的合成纤维，其高效回收和资源回收尤为重要（Nikles和Farahat，2005年；Shojaei等人，2020年）。目前废弃聚酯的回收方法主要包括机械法（?im?ek和Uyguno?lu，2018年；Caguay等人，2023年；Dutt和Soni，2013年；Ranjbar和Zhang，2020年）、化学法（Achilias和Karayannidis，2004年；Geyer等人，2016年；George和Kurian，2014年）和生物法（Dissanayake和Jayakody，2021年；Tournier等人，2020年）。其中，化学回收被认为是最具前景的循环再生途径，因为它具有反应速度快、产品纯度高以及所得单体可直接用于再聚合的优点。特别是糖酵解方法由于其温和的反应条件和较高的工业潜力而成为研究热点（Abedsoltan，2023年；Wang等人，2021年；Jiang等人，2022年）。然而，大多数研究集中在无色或浅色废弃聚酯上，而大量彩色聚酯（如迷彩纺织品、运动服装）的回收仍然不足。

目前，彩色聚酯纺织品的回收主要依赖两种技术途径：第一种是在聚合物回收前进行褪色处理（Bingnan等人，2023年；Chen等人，2023年）；第二种是直接对彩色纺织品进行解聚，然后分离降解产物和染料（Laldinpuii等人，2022年；Tanaka等人，2024年）。第一种方法通常受到褪色过程中使用大量有毒溶剂的限制，残留的染料可能会影响再生单体的纯度（Mohtaram等人，2025年）；第二种方法面临染料对解聚反应的潜在干扰以及产品纯化难度增加的问题（Negi，2025年；Periyasamy，2024年）。此外，现有研究大多仅关注聚酯基体的回收，忽略了染料和副产品的回收，导致整体资源利用率低，经济和环境效益有限（Jorge等人，2023年；Dassanayake等人，2021年）。这导致了整体资源利用效率不佳，限制了经济和环境效益。

为克服上述瓶颈，本研究提出了一种绿色且综合的策略，用于实现废弃彩色聚酯的全组分回收和高值利用。如图1所示，乙二醇（EG）被循环使用，既作为褪色剂又作为糖酵解介质。该过程包括在温和条件下逐步分离和回收染料，然后将褪色后的聚酯糖酵解为高纯度的BHET。BHET随后被用作原料，用于合成含硅的水性聚氨酯（Si-WPU）。这种Si-WPU被用作功能整理剂涂覆在棉织物上，赋予织物优异的疏水性和增强的机械性能。该设计实现了染料和单体的同步回收，并将褪色、糖酵解和高值功能化集成在一个系统中。与传统“先褪色”或“先解聚”的工艺相比，所提出的路线具有更高的资源效率、更好的单体纯度和更强的工业可行性。这项研究实现了包括褪色、糖酵解和功能整理在内的综合资源回收循环，为废弃彩色纺织品的闭环利用和增值转化提供了有前景的技术途径。

材料

彩色废弃聚酯为自行收集。乙二醇（分析级）由天津富宇精细化工有限公司提供。醋酸锌（分析级）购自天津恒星试剂制造有限公司。异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、2,2-双（羟甲基）丙酸（DMPA）、三甲基丙烷（TMP）、三乙胺（TEA）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、二丁基锡二月桂酸酯（DBTDL）和4?分子筛均来自天津光复精细化工研究所

彩色聚酯的褪色

彩色聚酯中的残留染料、副产物和金属离子复合物会降低BHET产品的纯度，并影响后续醇解的效率（Cao等人，2025年；Darai等人，2024年；Gopal Jeya等人，2022年）。EG兼具醇解剂和褪色剂的双重功能（Ou等人，2025年）。EG与聚酯具有良好的相容性，在温和的褪色条件下操作，能够保持基底结构，并可直接使用

结论

总之，本研究提出了一种彩色聚酯纺织品的资源回收途径。使用EG成功地对彩色聚酯进行了褪色和降解，使其转化为BHET，EG同时充当了褪色剂和糖酵解溶剂。通过加入硅烷偶联剂KH550，合成了高黏附性和疏水性的Si-WPU，并将其作为功能涂层涂覆在棉织物上，赋予其疏水性。在最佳褪色条件下

CRediT作者贡献声明

王亚洲：撰写——初稿。王淑华：撰写——审阅与编辑。兰吉：资源、方法论。江少平：资源、项目管理。翁玉芳：资金获取。史胜：。高成勇：方法论。张美玲：方法论、研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号51903184）、山西-泽达先进材料与化学工程研究所（2022SX-TD005）、江苏省纺织印染节能减排清洁生产工程技术研究中心开放项目（SDGC2307）、山西省基础研究计划（202403021212050）以及高等教育科学技术创新计划的支持