紡織領(lǐng)域微塑料問(wèn)題的研究現(xiàn)狀及對(duì)策

明津法

（1.青島大學(xué)，山東青島，266071；2.山東省特型非織造材料工程研究中心，山東青島，266071；3.生物多糖纖維成形與生態(tài)紡織國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島，266071）

全球微塑料污染已成為當(dāng)下日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。2004 年“微塑料”術(shù)語(yǔ)提出，2008 年微塑料定義界定，即直徑小于5 mm 的塑料顆粒構(gòu)成微塑料［1］。至此，微塑料問(wèn)題研究開啟，并成為全球環(huán)境領(lǐng)域特別關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。在2016 年召開的第二屆聯(lián)合國(guó)環(huán)境大會(huì)上，微塑料問(wèn)題被列入環(huán)境與生態(tài)科學(xué)領(lǐng)域亟待研究的第二大科學(xué)問(wèn)題。我國(guó)環(huán)境微塑料的相關(guān)研究始于2013 年，從關(guān)注水體微塑料污染現(xiàn)狀開始。

纖維微塑料是一種微塑料主要的物理形態(tài)類型，近年來(lái)在海洋、土壤、極地冰川均被檢出。難降解纖維材料是纖維微塑料的主要組成。全球微塑料污染的年排放量為80 萬(wàn)t～250 萬(wàn)t，其中來(lái)自紡織品脫落纖維約占34.8%（52 萬(wàn)t/年）［2］26。在紡織品的全生命周期中，包括高聚物合成、紡絲成形（短纖、長(zhǎng)絲）、紡紗、織造、染整等加工制備的各類機(jī)織物、針織物、非織造布、繩纜等，以及紡織產(chǎn)品的后續(xù)使用過(guò)程，均有纖維微塑料的釋放。本研究從紡織領(lǐng)域微塑料問(wèn)題入手，系統(tǒng)介紹紡織領(lǐng)域微塑料的主要來(lái)源、研究進(jìn)展和檢測(cè)方法，并總結(jié)微塑料的主要消減對(duì)策，為紡織行業(yè)綠色生產(chǎn)提供參考。

1 紡織領(lǐng)域微塑料問(wèn)題的研究進(jìn)展

1.1 紡織領(lǐng)域微塑料的主要來(lái)源

紡織領(lǐng)域微塑料來(lái)源類型多樣，紡織品生產(chǎn)、使用過(guò)程中物理磨損和洗滌過(guò)程被認(rèn)為是產(chǎn)生纖維微塑料的主要原因。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)用紡織品（土工、建筑領(lǐng)域）在使用過(guò)程中受環(huán)境條件、微生物和土壤綜合作用，會(huì)釋放大量纖維微塑料。廢舊紡織品的處置不規(guī)范，一旦進(jìn)入自然界，逐漸裂解成碎片，形成纖維微塑料或不規(guī)則形狀微塑料。此外，社會(huì)公共應(yīng)急事件的發(fā)生也是造成纖維微塑料產(chǎn)生的重要原因。當(dāng)前，全球新型冠狀病毒肺炎疫情肆虐，一次性醫(yī)用口罩、隔離服消耗量劇增，不可避免將產(chǎn)生大量纖維微塑料污染環(huán)境。

1.2 家用洗滌微塑料釋放研究

衣物等人工合成纖維紡織品的清洗被認(rèn)為是紡織微塑料污染的重要源頭［3］。劉艷等采用模擬家庭洗滌過(guò)程研究織物洗滌時(shí)微塑料的釋放，以及洗滌條件對(duì)微塑料釋放量的影響。結(jié)果表明，每3 g 織物洗滌時(shí)釋放的微塑料數(shù)量在1 300 根～1 500 根，洗滌劑類型、洗滌溫度和時(shí)間對(duì)微塑料的釋放量影響較大［4］。CESA F S 等以紡織視角探討家用洗滌作為微塑料來(lái)源的相關(guān)考慮，研究發(fā)現(xiàn)，家用洗滌過(guò)程中纖維微塑料的釋放與消費(fèi)者選擇的洗衣參數(shù)（水溫、洗滌劑）和紡織品特性（紗線類型、織物結(jié)構(gòu)）影響較大［5］。HERNANDEZ E 等在實(shí)驗(yàn)室可控條件下模擬家庭洗滌過(guò)程，對(duì)合成（聚酯）紡織品中釋放的微塑料纖維大小和質(zhì)量進(jìn)行定量分析，研究過(guò)程中考慮織物結(jié)構(gòu)和洗滌條件（洗滌劑的使用、溫度、洗滌時(shí)間和順序洗滌），并借助機(jī)械力研究纖維脫落傾向。研究發(fā)現(xiàn)，洗滌劑的使用對(duì)釋放的纖維總質(zhì)量影響最大，洗滌劑成分（液體或粉末）和用量對(duì)微塑料釋放沒有顯著影響。洗滌過(guò)程添加表面活性劑前后每克織物的微塑料纖維釋放量分別為0.025 mg 和0.1 mg，微塑料纖維的整體長(zhǎng)度在100 μm～800 μm，與洗滌次數(shù)無(wú)關(guān)。該研究表明，紡紗過(guò)程中紗中短纖維含量和織物中紗線毛羽直接導(dǎo)致游離纖維的釋放，也為洗滌過(guò)程中纖維脫落提供了前提［6］。CAI Y P 等基于12 種聚酯紡織品洗滌測(cè)試，系統(tǒng)研究微塑料纖維的釋放情況，研究發(fā)現(xiàn)，12 種紡織品每次洗滌過(guò)程微塑料釋放量均超過(guò)210 g，微塑料纖維長(zhǎng)度在165 μ m～841 μm，樣品采用剪刀裁剪微塑料釋放量是激光裁剪的3 倍～21 倍［7］。此外，韓其洋等從三方面綜述了合成纖維紡織品家庭洗滌釋放纖維微塑料的影響因素，包括紡織品特性、洗滌條件和洗滌劑，分析源頭控制和攔截及去除措施對(duì)微塑料減排的影響，提出纖維微塑料測(cè)試條件與定量分析方法的標(biāo)準(zhǔn)化，合成纖維紡織品家庭洗滌釋放纖維微塑料的潛在機(jī)制以及微塑料攔截及去除技術(shù)是未來(lái)研究重點(diǎn)［8］。

1.3 紡織品使用過(guò)程微塑料釋放研究

紡織品因織物組織結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、后整理加工工藝等不同造成使用過(guò)程中微塑料釋放量存在明顯差異。陳賢川等收集市售18 種不同品牌一次性防護(hù)口罩，分析口罩使用前后微塑料的釋放情況。研究發(fā)現(xiàn)，未使用過(guò)的口罩每只的微塑料平均釋放量為71.7 根～308.3 根，使用后的口罩每只的微塑料平均釋放量增加至682.7 根～1 918根，且微塑料以纖維為主并伴有少量碎片［9］。DRIS R 等選擇3 個(gè)不同室內(nèi)場(chǎng)地（2 個(gè)私人公寓、1 個(gè)辦公室）研究室內(nèi)外空氣中的纖維量，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)濃 度 在1.0 根/m3～60.0 根/m3之 間，室外濃度明顯較低，為0.3 根/m3～1.5 根/m3。纖維在室 內(nèi)環(huán) 境 中 的 沉 積 速 率 為1 586 根/（天·m2）～11 130 根/（天·m2），室內(nèi)環(huán)境中67%是天然纖維材料，主要是纖維素類，而其余33%纖維以聚丙烯為主［10］。O′BRIEN S 等在家用通風(fēng)式干燥機(jī)中采集藍(lán)色滌綸/羊毛毯反復(fù)洗滌和干燥過(guò)程中纖維微塑料釋放到空氣中或被內(nèi)置過(guò)濾系統(tǒng)中的情況。發(fā)現(xiàn)在56 ℃～59 ℃下洗滌20 min，室內(nèi)藍(lán)色纖維平均為（0.17±0.27）根/m3，干燥機(jī)中為（0.05±0.05）根/m3，樣品中為（1.6±1.8）根/m3。該研究證實(shí)通風(fēng)式干燥機(jī)機(jī)械干燥過(guò)程是造成微塑料纖維進(jìn)入室內(nèi)空氣的主要原因［11］。

1.4 其他形式纖維微塑料釋放研究

徐晨燁等采集長(zhǎng)三角地區(qū)22 家印染企業(yè)調(diào)節(jié)池進(jìn)水及末端出水樣品，分析纖維微塑料的豐度、形態(tài)、聚合物類型及去除率。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，纖維微塑料在進(jìn)出水口樣品中平均豐度為（7 504.8±5 685.9）個(gè)/L及（1 272.7±782.2）個(gè)/L，其中以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯為主。同時(shí)，進(jìn)水中以100 μm～300 μm 和無(wú)色透明的纖維微塑料占主導(dǎo)，處理后出水中尺寸小于100 μm 和有色纖維的比例有所上升［2］31。

水體中微塑料的監(jiān)測(cè)以微塑料顆粒和球體為主，而不是纖維。研究表明，微塑料纖維對(duì)水生生物有一些負(fù)面影響。微塑料纖維的持續(xù)和未來(lái)污染可能會(huì)干擾水生生態(tài)系統(tǒng)的功能。 REBELEIN A 等綜述了微塑料纖維在自然界中的豐度、生物利用度以及對(duì)水生生物的影響等方面的研究現(xiàn)狀，基于這些發(fā)現(xiàn)，建議在前瞻性監(jiān)測(cè)研究中納入微塑料纖維，并進(jìn)行暴露研究和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［12］。

SCHELLENBERGER S 等選擇聚酰胺和聚酯/棉兩種織物，并用全氟己烷基側(cè)鏈氟化聚合物涂覆，洗滌過(guò)程釋放的纖維在10 μm～500 μm 之間。與聚酯/棉織物相比，聚酰胺織物釋放更多的纖維。經(jīng)過(guò)一次旋洗（2 次～15 次家庭洗滌）后，聚酰胺織物和聚酯/棉織物分別釋放出240 μg 和1 300 μg 的含氟纖維［13］。

CAI Y P 等開發(fā)了一種超聲提取方法來(lái)量化和表征存在于紡織品中可提取的微塑料纖維。以18 種紡織品生產(chǎn)線上的聚酯紡織品為研究對(duì)象，提取的微塑料纖維數(shù)量從長(zhǎng)絲15 根/g 到超細(xì)纖維紡織品45 400 根/g；相比于其他類型紗線160 根/g～230 根/g，轉(zhuǎn)杯紡紗顯示出較高的微塑料纖維數(shù)量（4 310 根/g）；相比于未整理紡織品，紡織品特殊整理（如起絨、拉絨、纖維超細(xì)化）微塑料纖維提取量高5 倍，顯示紡織品生產(chǎn)過(guò)程摩擦的發(fā)生是微塑料纖維形成的另一個(gè)因素。研究中大部分微塑料纖維的長(zhǎng)度在100 μm～800 μm，這項(xiàng)研究結(jié)果有助于減少紡織品生產(chǎn)和整理過(guò)程中微塑料纖維的釋放［14］。

2 紡織微塑料去除與檢測(cè)技術(shù)

2.1 紡織微塑料去除技術(shù)

傳統(tǒng)的水中微塑料去除技術(shù)如過(guò)濾、混凝等已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中提高了微塑料去除率，但傳統(tǒng)去除技術(shù)無(wú)法徹底消除微塑料，殘留的微塑料會(huì)在污泥中沉積，存在回到水環(huán)境的可能。陳俊良等從傳統(tǒng)水處理工藝改革、纖維微塑料的重視程度、纖維微塑料無(wú)害化去除手段的探索、纖維微塑料的資源化利用4 個(gè)方面綜述了未來(lái)纖維微塑料去除技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)［15］。董姝楠等以聚酯微塑料為研究對(duì)象，分析電解質(zhì)濃度、電解質(zhì)類型及pH等水環(huán)境因素對(duì)其沉降行為的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，水環(huán)境中聚酯微塑料的沉降隨電解質(zhì)濃度的升高而不斷增強(qiáng)，其懸液標(biāo)準(zhǔn)化濃度最低可降至0.64；水中1-2 型電解質(zhì)（CaCl2、MgCl2）能夠促進(jìn)聚酯微塑料的沉降；同時(shí)，水環(huán)境中聚酯微塑料的沉降隨pH 值的增加而降低［16］。SHEN M C 等采用電凝技術(shù)進(jìn)行廢水中微塑料的去除，研究發(fā)現(xiàn)，鋁陽(yáng)極對(duì)微塑料的去除效果優(yōu)于鐵陽(yáng)極，同時(shí)鋁陽(yáng)極電凝對(duì)4 種微塑料的去除率超過(guò)82%（pH 為3～10），其中聚乙烯93.2%，聚甲基丙烯酸甲酯91.7%，醋酸纖維素98.2%，聚丙烯98.4%（pH為7.2）［17］。

2.2 紡織微塑料檢測(cè)技術(shù)

TIRKEY A 等綜述了適合微塑料采樣的方法以及在環(huán)境樣品中識(shí)別微塑料的技術(shù)，取樣方法包括篩分、過(guò)濾、目測(cè)分選、消化、密度分離。識(shí)別技術(shù)包括掃描電鏡、紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜等［18］。劉丹童等開發(fā)了顯微拉曼光譜的面掃模式技術(shù)，提高小尺寸（＜50 μm）微塑料的檢出率，在3 種濃度梯度下，不同粒徑（5 μm～50 μm）聚苯乙烯微塑料回收率為33.3%～79.0%［19］。HIDALGO-RUZ V 等以68 份研究樣本為基礎(chǔ)，比較了用于識(shí)別和定量海洋環(huán)境中微塑料的方法［20］。視覺分類是識(shí)別微塑料最常用的方法之一（以類型、形狀、降解階段和顏色為標(biāo)準(zhǔn)）?；瘜W(xué)和物理特性（密度）也被使用。紅外光譜法是鑒別微塑料化學(xué)成分最可靠的方法。此外，用熒光染料標(biāo)記微塑料是實(shí)驗(yàn)室跟蹤微塑料的有效工具。然而，基于熒光檢測(cè)的文獻(xiàn)偏向于使用聚苯乙烯和聚乙烯微球，對(duì)于非球形形態(tài)和環(huán)境中常見的其他塑料類型研究較少。KARAKOLIS E G 等介紹了一種熱介導(dǎo)微塑料染色方案，將廉價(jià)市售熒光分散染料直接穩(wěn)定地結(jié)合到聚合物結(jié)構(gòu)中，用于實(shí)驗(yàn)室研究［21］。該研究證實(shí)這種微塑料標(biāo)記方法兼容多種塑料類型包括聚苯乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈，可定制不同顏色和熒光光譜。同時(shí)，測(cè)定超過(guò)72 h 標(biāo)記塑料的熒光強(qiáng)度，與使用尼羅紅染色的現(xiàn)有微塑料染色方法比較，這種染色方法對(duì)聚苯乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈的熒光穩(wěn)定性比對(duì)低密度聚乙烯、聚丙烯的熒光穩(wěn)定性更強(qiáng)。這種染色方法的成本是尼羅紅的一半，有助于開發(fā)低成本的通用微塑料標(biāo)記方法，更好地理解微塑料與生物的相互關(guān)系研究。

3 消減紡織領(lǐng)域微塑料的主要策略

3.1 發(fā)展循環(huán)再生技術(shù)

中國(guó)工程院發(fā)布的《廢舊化纖紡織品資源再生循環(huán)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告》顯示，“十二五”期間，我國(guó)廢舊紡織品產(chǎn)生量累計(jì)達(dá)1.4 億t，回收利用率不足10%［22］。“十三五”末廢舊紡織品產(chǎn)生量可達(dá)近2 億t，將給環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。自“十三五”以來(lái)，紡織行業(yè)啟動(dòng)建立廢舊紡織品循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)鏈體系，但進(jìn)展緩慢。在《紡織行業(yè)“十四五”綠色發(fā)展指導(dǎo)意見》中提出，引入市場(chǎng)化機(jī)制推動(dòng)廢舊紡織品循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進(jìn)舊衣“二手市場(chǎng)”的開放和建立，建立再生產(chǎn)品認(rèn)證體系等一系列措施，發(fā)展循環(huán)再生體系和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)紡織微塑料問(wèn)題的源頭治理。

3.2 助推生物可降解纖維應(yīng)用

隨著“限塑令”升級(jí)為“禁塑令”，開發(fā)生物可降解纖維材料及制品將成為紡織行業(yè)重點(diǎn)攻關(guān)工程，比如：已二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚羥基丁酸戊酸酯（PHBV）等生物可降解纖維材料關(guān)鍵原料的研發(fā)，生物基化學(xué)纖維（萊賽爾纖維、海藻纖維）產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與裝備等。生物可降解纖維材料通?？稍谝欢〞r(shí)間和條件下被微生物或其分泌物分解，但生物可降解紡織品與微塑料消減之間的關(guān)系尚不明確，且生物可降解產(chǎn)品在環(huán)境中滯留時(shí)間相比傳統(tǒng)難降解產(chǎn)品縮短較多，有助于降低對(duì)環(huán)境的危害力度。

4 結(jié)語(yǔ)

紡織領(lǐng)域微塑料污染問(wèn)題已經(jīng)受到全球關(guān)注，其解決策略極具挑戰(zhàn)。我國(guó)是化學(xué)纖維和紡織品生產(chǎn)的第一大國(guó)，對(duì)紡織領(lǐng)域微塑料問(wèn)題的成因、消減措施等問(wèn)題更應(yīng)加大研究力度，例如：紡織領(lǐng)域微塑料的科學(xué)定義、標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)方法、源頭治理措施等。因此，在以構(gòu)建綠色低碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)的發(fā)展路徑指引下，有效提升紡織領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，才能有效助推紡織微塑料問(wèn)題的解決。