聚酯纖維回收再利用及環(huán)境影響評價(jià)進(jìn)展綜述

錢蔚然　徐平華　王來力

摘要：聚酯纖維回收再利用不僅能節(jié)約資源，而且可以減輕環(huán)境負(fù)荷。文章綜述了聚酯纖維回收再利用及其環(huán)境影響評價(jià)研究，結(jié)果表明：對聚酯纖維進(jìn)行回收再利用比直接填埋或直接焚燒更具環(huán)境效益;聚酯纖維回收再利用方法主要有物理回收法、能量回收法和化學(xué)回收法，其中以物理回收法和化學(xué)回收法為主;物理回收法經(jīng)濟(jì)成本低，溫室氣體減排方面的環(huán)境效益好，但再生產(chǎn)品的質(zhì)量有待提升;能量回收法通過焚燒的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生較多的溫室氣體排放，環(huán)境效益較差;化學(xué)回收法得到的最終產(chǎn)物可以達(dá)到與原生聚酯纖維幾乎相同的品質(zhì)，降低回收再利用過程中的溫室氣體排放可以進(jìn)一步提升該方法的環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：聚酯纖維;回收再利用;環(huán)境影響;碳排放

中圖分類號：TS102.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）01-0022-05

作者簡介：錢蔚然（1996-），女，浙江杭州人，碩士研究生，主要從事紡織品服裝化學(xué)品足跡核算與評價(jià)方面的研究。

Abstract：Therecyclingofpolyesterfibercanhelpresourceconservationandenvironmentalloadalleviation.Thisstudyreviewspolyesterfiberrecyclinganditsenvironmentalimpactassessment.Theresultsshowthatrecyclingpolyesterfiberisofhigherenvironmentalbenefitbythanlandfillingorincineration.Therecyclingmethodsofpolyesterfibermainlyincludephysicalrecycling，energyrecyclingandchemicalrecycling.Physicalrecyclingandchemicalrecyclingarethemostcommonlyusedmethods.Physicalrecoverymethodisofloweconomiccostandgoodenvironmentalbenefitsintermsofgreenhousegasemissionreduction，butthequalityofitsrecycledproductsneedstobeimproved.Theenergyrecoverymethodconvertsenergythroughincineration，resultinginalargeamountofgreenhousegasemissionsandlowenvironmentalbenefit.Thequalityofthefinalproductobtainedbychemicalrecyclingisalmostsamewiththatoforiginalpolyesterfiber.canfurtherimproveTheenvironmentalbenefitsofthismethodcanbefurtherimprovedbyreducingthegreenhousegasemissionintherecyclingprocess.

Keywords：polyesterfiber;recycling;environmentimpact;carbonemission

以滌綸為代表的聚酯纖維因其優(yōu)良的機(jī)械性能和耐磨性能，抗皺性以及保形性優(yōu)良、強(qiáng)度高等一系列優(yōu)良性能而成為紡織工業(yè)的重要原材料[1]。近年來，中國聚酯產(chǎn)能穩(wěn)步提高，是全球聚酯纖維最主要的生產(chǎn)和消費(fèi)地區(qū)。截止到2019年11月份，中國滌綸產(chǎn)量超4300萬t，同比增長14.82%[2]。當(dāng)前消費(fèi)模式下，全球紡織服裝類產(chǎn)品的消費(fèi)量逐年增長，產(chǎn)生了數(shù)量巨大的廢舊紡織品，其中廢舊聚酯纖維紡織服裝產(chǎn)品占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤齕3]。聚酯原料為不可再生的石油資源，且其化學(xué)結(jié)構(gòu)中亞甲基和苯環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，故而化學(xué)穩(wěn)定性較好，在自然環(huán)境中難以自然降解，大量廢棄的聚酯纖維不僅造成資源浪費(fèi)，也對環(huán)境產(chǎn)生較大影響[4]。廢舊紡織品的回收再利用一直是近年來紡織行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)之一，中國紡織工業(yè)“十二五”、“十三五”發(fā)展規(guī)劃中聚焦廢舊紡織品回收利用關(guān)鍵共性技術(shù)，并在“十四五”發(fā)展規(guī)劃中持續(xù)推進(jìn)。

廢舊紡織品回收再利用的相關(guān)研究一方面聚焦回收再利用方法、技術(shù)、模式等，推動(dòng)廢舊紡織品綜合回收利用產(chǎn)業(yè)向規(guī)范化、規(guī)?；l(fā)展[5-10];另一方面是量化與評價(jià)廢舊紡織品回收再利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益，為廢舊紡織品的循環(huán)再利用提供建議和參考[11-14]。本文綜述了物理回收法、能量回收法和化學(xué)回收法等聚酯纖維回收再利用方法的特點(diǎn)，并對聚酯纖維回收再利用的生態(tài)效益進(jìn)行分析探討。

1聚酯纖維回收再利用方法

聚酯纖維回收再利用包括廢舊聚酯纖維及制品的回收和再生聚酯纖維的生產(chǎn)利用，聚酯纖維回收再利用的原料主要來源于生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)形成的聚酯纖維廢絲、廢熔體以及廢邊角料、使用過的廢舊聚酯瓶、聚酯薄膜和聚酯纖維服裝等。由生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生的聚酯廢料因未被污染可直接回爐再造，而廢舊聚酯瓶、聚酯薄膜及聚酯纖維服裝則需經(jīng)過分離、提純步驟除去附加物（如包裝紙、染料、油漬等），方可進(jìn)行回收再利用。聚酯纖維的再生利用是利用聚酯的再生技術(shù)重新生產(chǎn)聚酯纖維，并用作紡織原料進(jìn)行再利用。聚酯纖維回收再利用方法有物理回收法、能量回收法和化學(xué)回收法，其回收再利用流程如圖1所示[5]。廢舊聚酯回收再利用方法與去向見表1。

1.1物理回收法

物理回收法一般是指在廢舊紡織品中材料化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變的條件下，通過對廢舊紡織品進(jìn)行破碎、開松、紡紗、熱處理等物理過程生產(chǎn)再生產(chǎn)品。聚酯纖維紡織品物理回收法有3種：一是初級回收，直接將廢舊聚酯纖維紡織品剪切成塊或條狀，并用作抹布或者拖布等[16]。二是機(jī)械回收技術(shù)，即將廢舊紡織品不經(jīng)分離直接破碎并進(jìn)行機(jī)械加工得到聚酯纖維，并進(jìn)一步用于聚酯纖維類面料的生產(chǎn)。由此法得到的纖維長度長、品質(zhì)較好的聚酯纖維可選擇轉(zhuǎn)杯紡、摩擦紡等生產(chǎn)紗線;得到的纖維長度較短、性能較差的不可紡聚酯纖維，可利用針刺法、水刺法等工藝，加工成非織造產(chǎn)品[17]。三是熔融再生技術(shù)，即不破壞高分子聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部的組成，通過熔融再造的方式進(jìn)行廢舊聚酯類產(chǎn)品的再生處理[18]，生產(chǎn)聚酯纖維。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝流程短、設(shè)備簡單、技術(shù)要求較低。但通過該方法制備的再生聚酯纖維的機(jī)械性能較低，且在回收過程中易產(chǎn)生甲醛[19]。

1.2能量回收法

能量回收法亦稱熱回收法，即對不具備循環(huán)再生價(jià)值且熱值高的廢舊聚酯類產(chǎn)品采用焚燒的方式將其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能。此熱能主要有兩種去向：一是用于蒸汽制備，并用于發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量的回收再利用[20-22]。二是可與物理回收法相結(jié)合，將焚燒產(chǎn)生的熱能用于熔融擠壓過程，再生制得PET薄片、球團(tuán)或芯片生產(chǎn)成纖維[23，28]。能量回收法雖然主要采用焚燒的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，但與直接焚燒處理還是有所區(qū)別：一是能量回收法可通過焚燒回收熱能，而直接焚燒處理則無能量回收;二是能量回收過程產(chǎn)生的煙量、粉塵較直接焚燒處理少，進(jìn)而總體環(huán)境影響小[24]。

1.3化學(xué)回收法

化學(xué)回收法是將廢舊聚酯類材料進(jìn)行分離破碎后，在一定的化學(xué)條件下進(jìn)行解聚生成低分子化合物或酯單體，再進(jìn)行精制、再聚合，用于生產(chǎn)聚酯纖維。當(dāng)前常用的廢舊聚酯類材料解聚方法有糖解法、醇解法、水解法、加氫裂解和氨解法[25-29]。

由表1可知，廢舊聚酯的工業(yè)回收多采用物理回收法和化學(xué)回收法，其來源多為廢舊聚酯瓶，而再生去向則較為廣泛，又以再生PET瓶和PET纖維為主。物理回收法中的機(jī)械法回收工藝主要優(yōu)點(diǎn)是流程短、設(shè)備簡單、投資成本較低、環(huán)境污染較小，但此法制備的再生纖維品質(zhì)不高且循環(huán)再生率低，織造的面料服用性差，且切割和開松過程中產(chǎn)生的大量的粉塵和細(xì)小的纖維會危害現(xiàn)場操作人員的身體健康。相比之下，熔融再生技術(shù)可避免上述污染的產(chǎn)生，更具優(yōu)勢。

3種回收方法中，物理回收法生產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)較差且是單向回收，無法實(shí)現(xiàn)完全封閉利用，易形成二次污染?；瘜W(xué)回收法技術(shù)要求較高，前期投資成本高、能耗高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，但優(yōu)點(diǎn)突出。再生產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異，與原生聚酯無明顯差異，因此，由化學(xué)法回收得到的聚酯可全方位替代原生聚酯。由于化學(xué)回收法的技術(shù)要求高和資金回籠慢兩大弊端，國內(nèi)目前聚酯材料的回收處理中仍主要采用物理回收法。

2聚酯纖維回收再利用環(huán)境影響評價(jià)

聚酯纖維回收再利用可以實(shí)現(xiàn)廢舊產(chǎn)品的減量化，相關(guān)的環(huán)境影響評價(jià)受到諸多關(guān)注。通過廢舊聚酯回收再利用的環(huán)境影響評價(jià)，有助于明確廢舊聚酯回收再生產(chǎn)業(yè)的生態(tài)價(jià)值，同時(shí)篩選出較具環(huán)境效益的回收方法，為聚酯回收再生行業(yè)的發(fā)展提供參考。Shen等[30-32]評估了“瓶到瓶”、“瓶到纖維”兩種回收方式和分配方式的環(huán)境影響以及包括再生PET在內(nèi)的不同材料之間的環(huán)境影響;Nakatani等[33]探討了不同回收方式以及跨境回收方式產(chǎn)生的環(huán)境影響;Komly等[34]引入非線性模型，評估了不同的回收產(chǎn)物、回收方式以及回收次數(shù)的環(huán)境效益;Chilton等[35]評估了瓶到瓶的回收再生以及熱回收方式的環(huán)境影響;Ingrao等[36]進(jìn)一步評價(jià)分析了1kg具有相同絕緣功能的材料如聚苯乙烯泡沫塑料、巖棉和軟木以及再生PET纖維的環(huán)境影響。Intini等[37]比較評估了由原生、再生PET制成的隔熱面板之間的環(huán)境效益。Choudhary等[38]使用生命周期評價(jià)（LCA）法評估了使用不同能源回收再生PET材料的環(huán)境影響，結(jié)果顯示，PET材料的回收再利用具有顯著的環(huán)境影響效益。其中，以太陽能為動(dòng)力的回收再利用過程的環(huán)境影響最小。湯弘睿等[39]等運(yùn)用LCA法評價(jià)了廢舊聚酯回收行業(yè)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會的集成影響，結(jié)果表明，廢舊聚酯類產(chǎn)品的回收再生過程資金投入多且環(huán)境和人類社會影響較大，但資源耗竭比重小，可在一定程度上減輕對自然資源的依賴程度。

從環(huán)境影響評價(jià)指標(biāo)分析，Shen等[30-32]、Nakatani等[33]以氣候變化指標(biāo)和能源使用指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，如溫室氣體的排放、全球變暖潛能、不可再生能源的使用等。Komly等[34]、Intini等[37]等在此基礎(chǔ)上增加了生態(tài)環(huán)境影響指標(biāo)，如水體環(huán)境酸化、富營養(yǎng)化、非生物損耗等。Chilton等[35]、Ingrao等[36]、Choudhary等[38]以及湯弘睿[39]、Wang等[40]對人類健康、生態(tài)系統(tǒng)、氣候變化以及能源使用進(jìn)行環(huán)境評價(jià)，分析識別再生和使用過程中的重點(diǎn)污染流程和物質(zhì)。以日本國內(nèi)回收再利用1kg的廢舊PET瓶為例[33]，具體環(huán)境影響數(shù)據(jù)如表2所示。

由上述分析可知，物理回收再生制造PET短纖維的環(huán)境影響最小，能量回收法的溫室氣體排放影響最大，其次是化學(xué)回收法和物理回收法。此外，聚酯的原生與再生過程中，能量回收法和化學(xué)回收法進(jìn)行回收再利用排放的溫室氣體大于原生過程，但化石資源的消耗小于原生過程。

綜合分析上述文獻(xiàn)可知，廢舊聚酯的回收再生在資源損耗和氣候變化等方面的環(huán)境影響優(yōu)于直接填埋或直接焚燒，廢舊PET產(chǎn)品的回收方式中能量回收法產(chǎn)生的碳排放最多。物理回收法在能源使用、溫室氣體排放等方面優(yōu)于化學(xué)法，但化學(xué)再生的聚酯纖維的適用性更廣泛。再生PET產(chǎn)品的在全球變暖、光化學(xué)氧化、酸化、富營養(yǎng)化以及全球能源需求等方面的環(huán)境影響小于原生聚酯產(chǎn)品或具有同類功能的產(chǎn)品，并且產(chǎn)品中再生PET占比越多，環(huán)境影響越小。

3結(jié)語

廢舊聚酯的回收再利用是集環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約和經(jīng)濟(jì)效益于一體，對紡織工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。通過對聚酯纖維回收再利用及環(huán)境影響評價(jià)的研究文獻(xiàn)綜述，得出如下結(jié)論：

a）聚酯纖維回收再利用方法主要有物理回收法、能量回收法和化學(xué)回收法，化學(xué)回收法可實(shí)現(xiàn)聚酯類產(chǎn)品的高品質(zhì)回收再生的目標(biāo)，但技術(shù)要求高、資金投入大。

b）廢舊聚酯類產(chǎn)品的回收再生過程及其制品的在資源損耗和氣候變化等方面的環(huán)境影響比原生過程及其制品小，具有較好的生態(tài)效益。

c）從能源消耗、溫室氣體排放、水資源環(huán)境、化學(xué)品使用及排放等多維層面對聚酯纖維回收再利用進(jìn)行環(huán)境影響負(fù)荷評價(jià)，可以更加全面的量化聚酯纖維回收再利用的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]邰玉蕾，趙亞娟，馬希晨，等.廢舊聚酯瓶片的回收新技術(shù)[J].塑料科技，2004（4）：61-64.

[2]中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會.2019年中國化纖經(jīng)濟(jì)形勢分析與預(yù)測[M].北京：中國紡織出版社，2019.

[3]陳燁，王少博，柯福佑，等.廢舊聚酯纖維制品資源再生循環(huán)技術(shù)發(fā)展[J].紡織科學(xué)研究，2019（8）：64-66.

[4]曾衛(wèi)衛(wèi).再生滌綸工業(yè)絲的制備及性能研究[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2013.

[5]王來力，吳雄英，丁雪梅.廢舊紡織品的回收再利用探討[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2009（4）：26-28.

[6]史晟，戴晉明，牛梅，等.廢舊紡織品的再利用[J].紡織學(xué)報(bào)，2011，32（11）：147-152.

[7]汪軍，楊璇，傅婷.廢舊紡織品回收綜合利用和產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)問題的探討[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2013，21（3）：25-28，33.

[8]郭燕.我國廢舊紡織品回收及再利用政策與措施研究[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2013（3）：18，20-23.

[9]黃美林，陳永生，梁月基.國內(nèi)廢舊紡織品回收與再利用現(xiàn)狀研究[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2015（1）：26-28.

[10]張帆，楊術(shù)莉，杜平凡.廢舊紡織品回收再利用綜述[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2015，23（6）：56-62.

[11]邢喜全，錢軍，王方河，等.聚酯類廢舊紡織品制備再生纖維工藝研究[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2017（8）：36-38.

[12]SANDING，PETERSGM.Environmentalimpactoftextilereuseandrecycling-Areview[J].JournalofCleanerProduction，2018（184）：353-365.

[13]WALTERLF，DAWNE，SARAH，etal.Areviewofthesocio-economicadvantagesoftextilerecycling[J].JournalofCleanerProduction，2019（218）：10-20.

[14]HELENAO，KRISTIINAA，HANNAE，etal.Increasingtextilecirculation-Consequencesandrequirements[J].SustainableProductionandConsumption，2017（9）：44-57.

[15]詹發(fā)林.滌綸聚酯降解及回收利用探討[J].輕紡工業(yè)與技術(shù)，2019，48（6）：59-60，65.

[16]趙國樑.我國廢舊紡織品綜合再利用技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2019，39（1）：98-104.

[17]甘勝華，李紅彬，李現(xiàn)順，等.國內(nèi)外廢舊紡織品回收利用現(xiàn)狀及展望[J].合成纖維，2016，45（9）：42-46.

[18]RAGAERTK，DELVAL，GEEMKV.Mechanicalandchemicalrecyclingofsolidplasticwaste[J].Wastemanagement，2017，69：24-58.

[19]張渤.利用廢棄聚酯瓶制備新型超仿棉纖維材料的研究[D].大連：大連工業(yè)大學(xué)，2016.

[20]嚴(yán)濤海.廢舊紡織品回收利用的再探討——聚酯回收技術(shù)[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016，33（1）：181-185.

[21]方葉青，陳浩.廢舊聚酯循環(huán)利用技術(shù)及應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，45（7）：57-58.

[22]馬洪霞.不飽和聚酯廢棄物的回收利用[J].熱固性樹脂，2010，25（2）：38-42.

[23]ANDERSS，DAVIDW，SANDRAR，etal.Gainingbenefitsfromdiscardedtextiles：LCAofdifferenttreatmentpathways[M].Copenhagen：NordiskMinisterrad，2016.

[24]張建川，陸民憲.聚合物基復(fù)合材料廢棄物幾種處理方法概述[J].材料工程，2009（S2）：186-192，195.

[25]RAHEEMAB，NOORZZ，HAZASSA，etal.Currentdevelopmentsinchemicalrecyclingofpost-consumerpolyethyleneterephthalatewastesfornewmaterialsproduction：Areview[J].JournalofCleanerProduction，2019（225）：1052-1064.

[26]SHUKLASR，HARADAM，JAWALELS.Chemicalrecyclingofpetwasteintohydrophobictextiledyestuffs[J].PolymerDegradationandStability，2009，94（4）：604-609.

[27]SINHAV，PATELMR，PATELJV.PETWastemanagementbychemicalrecycling：Areview[J].JournalofPolymersandtheEnvironment，2010，18（1）：8-25.

[28]VIANAME，RIULA，CARVALHOGM，etal.ChemicalrecyclingofPETbycatalyzedglycolysis：Kineticsoftheheterogeneousreaction[J].ChemicalEngineeringJournal，2011，173（1）：210-219.