废旧涤棉混纺织物的清洁高效分离与棉基纤维素的再利用研究

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废旧纺织品循环利用对节约资源、减污降碳具有重要意义,是有效补充我国纺织工业原材料供应、缓解资源环境约束的重要措施,是建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重要内容。为此,本文以产量最大的涤棉混纺织物循环利用为出发点,探寻清洁高效的分离处理方法,通过对混纺织物的解捻分离分别实现棉基纤维素和涤纶的高值化利用,搭建废旧涤棉织物完整的循环利用体系,主要研究工作如下:(1)针对涤棉混纺织物中涤纶和棉纤维混纺纱线结构紧密缠绕,难以分离而无法加工的问题,采用水热体系以低浓度天然有机酸(醋酸、草酸、苹果酸、柠檬酸)为催化剂选择性水解混纺织物中的棉纤维,从而释放涤纶纤维实现有效分离。发现草酸具有优异的分离效果。研究表明:与无机酸相比,在相同反应条件下,草酸可达到与强酸相当的分离效果且所得涤纶纤维形态更完整,棉纤维水解程度更低,水解产物分布更窄;当草酸浓度为0.07 mol/L、反应温度为130℃、反应时间为3 h时,涤棉混纺织物具有最优的分离效果。其中棉纤维水解为纤维素材料,得率为91.46%,另有小部分水解为葡萄糖或低聚糖;涤纶纤维回收率高达99.28%,保留了原有涤纶纤维的性能;该反应体系可循环利用,实现了废旧涤棉混纺织物的高效利用。(2)为了进一步提高织物的分离效率,降低反应条件,以对甲苯磺酸为氢键作用供体、氯化胆碱为氢键作用受体,采用加热搅拌的简单方法合成有利于棉纤维溶解的低共熔溶剂对甲苯磺酸/氯化胆碱(T-DES),与水形成混合溶剂,构建反应体系。探究T-DES含水量、反应温度和时间对织物分离效果的影响,对分离后的涤纶纤维和纤维素进行表征分析,并研究体系的循环使用。研究表明:当反应条件为T-DES含水量25%,温度90℃,时间40 min时,涤棉组分具有最优的分离效果,此时涤纶回收率为98.48%,纤维素得率可达87.57%。与草酸水热体系相比,在分离效果相当的前提下,反应效率大幅提高,反应温度明显降低,T-DES经回收可重复利用5次。(3)为了实现废旧纺织品的闭环再生利用,提高回收产物的高值化利用,将分离得到的棉基纤维素与高聚物混合通过静电纺丝技术制备再利用纤维膜,研究纺丝工艺及共混比例对纤维膜形态的影响,并对制得的纤维膜进行表征分析。研究表明:在适宜的工艺条件下(纺丝电压17 k V、纺丝速度0.25 mm/min、接收距离10 cm)得到表面光滑、微观形貌较好的纤维膜。当纤维素/聚丙烯腈共混比例为30/70时,共混纤维膜具有良好的热稳定性和亲水性。
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