《Results in Engineering》：An innovative synergistic separation method for waste polyester/cotton blended fabrics under a hydrothermal system
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废弃纺织品的回收在技术上具有挑战性，这源于其复杂的纤维组成以及染料和助剂的共存。聚酯/棉（P/C）混纺织物是应用最广泛的纺织品类型，其高效回收对纺织循环经济的发展至关重要。本研究提出了一种水热协同降解策略，用于废弃P/C混纺织物的全组分高值化回收，突破了传统选
废弃纺织品的回收在技术上具有挑战性，这源于其复杂的纤维组成以及染料和助剂的共存。聚酯/棉（P/C）混纺织物是应用最广泛的纺织品类型，其高效回收对纺织循环经济的发展至关重要。本研究提出了一种水热协同降解策略，用于废弃P/C混纺织物的全组分高值化回收，突破了传统选择性单组分回收的局限。在水热体系中，实现了棉和聚酯的同步转化，并阐明了其协同降解的微观机制。聚酯被水解为对苯二甲酸（TPA），产率达83.97%；而棉被降解为碳微球，产率达22.16%。生成的TPA不仅催化了棉纤维的水解，还参与了碳微球的生长，从而制备出粒径为1-2 μm的碳微球。该策略同样适用于有色P/C混纺织物，且不影响碳微球的形貌、粒径和表面官能团，使得有色P/C织物无需预先脱色即可直接回收。本研究为废弃混纺织物的高效资源化利用开辟了新的技术途径，并为废弃纺织品的可持续回收提供了理论依据和实践支持。
**废弃聚酯/棉混纺织物水热协同全组分回收技术研究**
**一、 研究背景与意义**
废弃纺织品是全球增长速度最快的固体废弃物之一，每年产生量超过9200万吨，其中聚酯-棉混纺织物占比超过50%。这类废弃物的回收利用面临严峻挑战：其纤维组成多样（如聚酯与棉混纺）、颜色复杂、织物结构稳定，且含有染料和化学助剂，导致传统回收方法效率低下、成本高昂。目前，绝大多数废弃纺织品最终被焚烧或填埋，造成了严重的资源浪费和环境污染。因此，开发一种能够同时高效回收混纺织物中所有组分，且无需复杂预处理（如脱色）的新技术，对于推动纺织行业循环经济发展、实现资源可持续利用具有重大意义。
现有针对聚酯/棉（P/C）混纺织物的回收技术多采用“选择性解离-单组分回收”模式，例如酶解法、离子液体法主要回收棉组分，而碱解法和醇解法主要回收聚酯组分。这些方法存在明显局限性：要么只能有效回收一种组分，另一种组分因受溶剂污染或性能下降而难以再利用；要么在处理有色织物时需要额外的脱色步骤，不仅延长了工艺流程，还可能产生二次污染。因此，迫切需要一种创新技术，能够实现P/C混纺织物的全组分、高值化同步回收。
水热技术以水为反应介质，通过调节温度和压力来控制反应，在生物质和聚合物废弃物资源化利用方面展现出巨大潜力。前期研究表明，纯棉和纯聚酯分别能在水热条件下转化为碳材料和TPA。基于此，本研究旨在探索聚酯和棉纤维在同一水热反应体系中协同降解的可能性，揭示两者降解过程之间的关联，并评估有色织物及其染料对转化过程的影响，从而为废弃有色P/C混纺织物的回收利用提供新策略。该研究论文发表于《Results in Engineering》。
**二、 关键技术方法概述**
研究人员采用水热协同降解策略处理废弃P/C混纺织物（聚酯/棉比例为35/65，样品包括白色及蓝、紫、黑、绿、黄、红六种有色织物）。主要技术方法包括：首先对织物进行预处理（超声清洗、干燥、粉碎）；随后将织物与蒸馏水按固液比1:50混合，置于高压反应釜中，在220-260°C温度范围内进行等温处理（通常为240°C，12小时），以实现棉纤维的充分水解与碳微球形成，以及聚酯的水解；反应后通过真空抽滤获得对苯二甲酸（TPA）与碳微球的混合固体产物，再经碱溶-酸析法分离提纯，分别得到TPA粉末和碳微球粉末。产物表征采用了紫外-可见光谱（UV-Vis）测定TPA浓度与纯度，扫描电子显微镜（SEM）观察碳微球形貌，傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析产物化学结构与表面官能团，并利用电感耦合等离子体发射光谱（ICP）进行元素定量分析。
**三、 研究结果分析**
**3.1. 无色聚酯/棉混纺织物的水热产物**
在240°C水热条件下，聚酯发生定向水解。经分离提纯后产物的FTIR和XRD图谱与商业标准TPA完全匹配，证实聚酯的水解产物为高纯度TPA。碳微球的形成源于棉纤维水解生成葡萄糖等单糖，进而脱水缩合形成富含活性基团的前驱体，在高温高压水环境中通过氢键作用聚集形成球形核，并持续吸附小分子前驱体进行定向生长，最终形成结构稳定的碳微球。反应温度是关键影响因素，SEM表征显示，240°C为棉纤维水解碳化的最佳温度。此时，P/C混纺织物的水热碳化产物（P/C 240）呈现表面光滑的球形结构，粒径集中在1-2 μm，碳含量达79.55%。相比之下，纯棉织物在相同温度下的碳化产物（C 240）虽以球形为主，但粒径分布不均，碳含量仅为76.68%。这表明聚酯/棉体系中的协同效应促进了碳微球的球化过程。FTIR和XRD分析进一步发现，所有温度下生成的碳材料均在1683 cm
-1处出现C=O伸缩振动峰，在732 cm
-1处出现苯环面外弯曲振动吸收峰，并在25.2°处出现对应于TPA的特征衍射峰。这表明聚酯水解生成的TPA并非仅作为产物存在，其末端羧基能与棉纤维水解中间体的活性基团发生缩合反应，从而将苯环结构接枝到碳材料表面。
**3.2. 无色聚酯/棉织物的协同降解**
研究人员对比了纯棉、纯聚酯及P/C混纺织物在相同条件（240°C）下的产物产率。纯棉织物在12小时内完全碳化，碳微球产率为19.37%。纯聚酯在6小时内即可快速水解生成TPA，产率达96.22%。纯棉与纯聚酯在240°C下的最佳反应时间存在显著差异。为确保混纺织物的充分转化并提高产物质量，将协同降解反应时间延长至12小时是合适的。在此条件下，混纺织物产生的碳微球产率达22.16%，聚酯水解TPA产率为83.97%，对应纯度为99.07%。混纺体系的反应效率显著高于任何单一纤维反应体系。
这些结果意味着聚酯水解为TPA的反应速率快于棉纤维转化为碳微球的速率。根据棉纤维的碳化路径，聚酯水解生成的TPA很可能参与了碳微球的生长。实验证实，添加少量TPA能显著提高相同反应时间内棉纤维水解生成葡萄糖的产率，表明TPA的弱酸催化作用在高温高压水热环境下能促进棉纤维水解。同时，对葡萄糖与少量TPA进行水热处理后获得的碳微球的XRD图谱在25.2°附近显示出TPA的特征峰，而纯葡萄糖水热产生的碳微球则无此峰，这证实TPA参与了碳微球的生长过程。
综上所述，在240°C水热条件下，聚酯/棉混纺织物中聚酯的水解速率超过棉。TPA分子中的羧基在水热体系中部分解离，释放出的H
+离子增强了体系的酸性环境，攻击纤维素糖苷键中的氧原子，降低了糖苷键断裂的能垒，从而促进了棉纤维水解为葡萄糖。此外，TPA还参与了葡萄糖脱水形成碳微球的过程，使得少量TPA可能通过酯键接枝到碳微球上。
**3.3. 有色聚酯/棉织物的降解**
大多数废弃P/C织物为有色织物。本研究对六种不同颜色（聚酯/棉比例35/65）的P/C织物在240°C、反应12小时的条件下进行了处理。结果表明，从有色织物获得的碳微球和TPA产率与从白色P/C织物水热处理获得的产率相当。值得注意的是，织物中染料含量为0.5-4.0%，无论是分散染料还是活性染料，在长时间高温高压水环境下均会被水解。反应结束时，反应液中未显现原有颜色。
SEM显示，在相同实验条件下，从六种不同有色P/C织物中均获得了球形碳材料，其表面光滑、分散性好、粒径在1-2 μm之间，无明显性能差异，表明织物中的染料不影响碳微球的成球。FTIR和XRD图谱表明，从有色P/C织物水热合成的碳微球，其主要的活性基团和晶体结构与从白色织物获得的碳微球相比没有显著变化。XPS进一步分析表明，无色与有色P/C织物经水热处理得到的碳微球，其表面的C1s和O1s谱图特征峰一致，说明其表面官能团组成一致。结合FTIR谱图推断，染料的水解不影响碳微球的官能团。
对碳化后不同颜色棉纤维产物的氮含量追踪显示，从白色P/C织物制备的碳微球氮含量为0.97%，而从红、绿、蓝三种颜色织物制备的碳微球氮含量显著更高，分别达到1.65%、1.42%和1.58%。这表明在有色P/C织物的水热过程中，织物中的染料参与了棉纤维碳化为碳微球的反应。但由于碳微球中氮含量较低，染料的分解并未显著影响碳微球的官能团。同时，对有色P/C织物水热降解后TPA产物的FTIR和XRD分析证明，染料的水解不影响聚酯的水解，也对TPA产物的官能团和晶体结构无影响。
**四、 讨论与结论**
本研究展示了一种在水热条件下废弃聚酯/棉织物的协同降解技术。该技术能够将废弃聚酯/棉织物降解为碳微球和TPA，实现全组分回收，且产物产率和纯度令人满意。碳微球产率为22.16%，TPA产率为83.97%，纯度为99.07%。混纺体系的反应效率显著高于任何单一纤维反应体系。
在240°C水热环境中，聚酯/棉织物中的聚酯迅速水解为TPA。一方面，生成的TPA促进了棉纤维水解为葡萄糖，降低了反应温度并提高了碳微球产率；另一方面，TPA参与了葡萄糖向碳微球的转化，导致少量TPA接枝到碳微球上，但未影响其微观结构。
该技术同样适用于有色聚酯/棉织物的水热降解，其碳微球和TPA产率与白色聚酯/棉织物的水热处理产率相似。水热过程中染料的水解不影响碳微球和TPA的物理化学结构。
**研究结论（译文）**：
本研究展示了一种在水热条件下废弃聚酯/棉织物的协同降解技术。该技术能够将废弃聚酯/棉织物降解为碳微球和对苯二甲酸（TPA），实现全组分回收，并获得令人满意的产物产率和纯度。碳微球产率为22.16%，TPA产率为83.97%，纯度为99.07%。混纺体系的反应效率显著高于任何单一纤维反应体系。在240°C水热环境中，聚酯/棉织物中的聚酯（PET）迅速水解为TPA。生成的TPA一方面促进了棉纤维水解为葡萄糖，降低了反应温度并提高了碳微球产率；另一方面，TPA参与了葡萄糖向碳微球的转化，导致少量TPA接枝到碳微球上，但未影响其微观结构。该技术同样适用于有色聚酯/棉织物的水热降解，其碳微球和TPA产率与白色聚酯/棉织物的水热处理产率相似。水热过程中染料的水解不影响碳微球和TPA的物理化学结构。
