聚酯纤维回收再利用及环境影响评价进展综述

　　摘要：聚酯纤维回收再利用不仅能节约资源，而且可以减轻环境负荷。文章综述了聚酯纤维回收再利用及其环境影响评价研究，结果表明：对聚酯纤维进行回收再利用比直接填埋或直接焚燒更具环境效益;聚酯纤维回收再利用方法主要有物理回收法、能量回收法和化学回收法，其中以物理回收法和化学回收法为主;物理回收法经济成本低，温室气体减排方面的环境效益好，但再生产品的质量有待提升;能量回收法通过焚烧的方式进行能量转换，产生较多的温室气体排放，环境效益较差;化学回收法得到的最终产物可以达到与原生聚酯纤维几乎相同的品质，降低回收再利用过程中的温室气体排放可以进一步提升该方法的环境效益。

　　关键词：聚酯纤维;回收再利用;环境影响;碳排放

　　作者：钱蔚然

　　以涤纶为代表的聚酯纤维因其优良的机械性能和耐磨性能，抗皱性以及保形性优良、强度高等一系列优良性能而成为纺织工业的重要原材料[1]。近年来，中国聚酯产能稳步提高，是全球聚酯纤维最主要的生产和消费地区。截止到2019年11月份，中国涤纶产量超4300万t，同比增长14.82%[2]。当前消费模式下，全球纺织服装类产品的消费量逐年增长，产生了数量巨大的废旧纺织品，其中废旧聚酯纤维纺织服装产品占据相当的比例[3]。聚酯原料为不可再生的石油资源，且其化学结构中亚甲基和苯环结构的存在，故而化学稳定性较好，在自然环境中难以自然降解，大量废弃的聚酯纤维不仅造成资源浪费，也对环境产生较大影响[4]。废旧纺织品的回收再利用一直是近年来纺织行业关注的焦点之一，中国纺织工业“十二五”、“十三五”发展规划中聚焦废旧纺织品回收利用关键共性技术，并在“十四五”发展规划中持续推进。

　　废旧纺织品回收再利用的相关研究一方面聚焦回收再利用方法、技术、模式等，推动废旧纺织品综合回收利用产业向规范化、规模化发展[5-10];另一方面是量化与评价废旧纺织品回收再利用的经济效益、社会效益和生态效益，为废旧纺织品的循环再利用提供建议和参考[11-14]。本文综述了物理回收法、能量回收法和化学回收法等聚酯纤维回收再利用方法的特点，并对聚酯纤维回收再利用的生态效益进行分析探讨。

　　1聚酯纤维回收再利用方法

　　聚酯纤维回收再利用包括废旧聚酯纤维及制品的回收和再生聚酯纤维的生产利用，聚酯纤维回收再利用的原料主要来源于生产加工环节形成的聚酯纤维废丝、废熔体以及废边角料、使用过的废旧聚酯瓶、聚酯薄膜和聚酯纤维服装等。由生产加工环节产生的聚酯废料因未被污染可直接回炉再造，而废旧聚酯瓶、聚酯薄膜及聚酯纤维服装则需经过分离、提纯步骤除去附加物(如包装纸、染料、油渍等)，方可进行回收再利用。聚酯纤维的再生利用是利用聚酯的再生技术重新生产聚酯纤维，并用作纺织原料进行再利用。聚酯纤维回收再利用方法有物理回收法、能量回收法和化学回收法，其回收再利用流程如图1所示[5]。废旧聚酯回收再利用方法与去向见表1。

　　1.1物理回收法

　　物理回收法一般是指在废旧纺织品中材料化学结构基本不变的条件下，通过对废旧纺织品进行破碎、开松、纺纱、热处理等物理过程生产再生产品。聚酯纤维纺织品物理回收法有3种：一是初级回收，直接将废旧聚酯纤维纺织品剪切成块或条状，并用作抹布或者拖布等[16]。二是机械回收技术，即将废旧纺织品不经分离直接破碎并进行机械加工得到聚酯纤维，并进一步用于聚酯纤维类面料的生产。由此法得到的纤维长度长、品质较好的聚酯纤维可选择转杯纺、摩擦纺等生产纱线;得到的纤维长度较短、性能较差的不可纺聚酯纤维，可利用针刺法、水刺法等工艺，加工成非织造产品[17]。三是熔融再生技术，即不破坏高分子聚合物的化学结构以及内部的组成，通过熔融再造的方式进行废旧聚酯类产品的再生处理[18]，生产聚酯纤维。该技术的主要优点是工艺流程短、设备简单、技术要求较低。但通过该方法制备的再生聚酯纤维的机械性能较低，且在回收过程中易产生甲醛[19]。

　　1.2能量回收法

　　能量回收法亦称热回收法，即对不具备循环再生价值且热值高的废旧聚酯类产品采用焚烧的方式将其中的化學能转变成热能。此热能主要有两种去向：一是用于蒸汽制备，并用于发电，实现能量的回收再利用[20-22]。二是可与物理回收法相结合，将焚烧产生的热能用于熔融挤压过程，再生制得PET薄片、球团或芯片生产成纤维[23，28]。能量回收法虽然主要采用焚烧的方式进行能量转换，但与直接焚烧处理还是有所区别：一是能量回收法可通过焚烧回收热能，而直接焚烧处理则无能量回收;二是能量回收过程产生的烟量、粉尘较直接焚烧处理少，进而总体环境影响小[24]。

　　1.3化学回收法

　　化学回收法是将废旧聚酯类材料进行分离破碎后，在一定的化学条件下进行解聚生成低分子化合物或酯单体，再进行精制、再聚合，用于生产聚酯纤维。当前常用的废旧聚酯类材料解聚方法有糖解法、醇解法、水解法、加氢裂解和氨解法[25-29]。

　　由表1可知，废旧聚酯的工业回收多采用物理回收法和化学回收法，其来源多为废旧聚酯瓶，而再生去向则较为广泛，又以再生PET瓶和PET纤维为主。物理回收法中的机械法回收工艺主要优点是流程短、设备简单、投资成本较低、环境污染较小，但此法制备的再生纤维品质不高且循环再生率低，织造的面料服用性差，且切割和开松过程中产生的大量的粉尘和细小的纤维会危害现场操作人员的身体健康。相比之下，熔融再生技术可避免上述污染的产生，更具优势。

　　3种回收方法中，物理回收法生产出的产品品质较差且是单向回收，无法实现完全封闭利用，易形成二次污染。化学回收法技术要求较高，前期投资成本高、能耗高、生产工艺复杂，但优点突出。再生产品品质优异，与原生聚酯无明显差异，因此，由化学法回收得到的聚酯可全方位替代原生聚酯。由于化学回收法的技术要求高和资金回笼慢两大弊端，国内目前聚酯材料的回收处理中仍主要采用物理回收法。

　　2聚酯纤维回收再利用环境影响评价

　　聚酯纤维回收再利用可以实现废旧产品的减量化，相关的环境影响评价受到诸多关注。通过废旧聚酯回收再利用的环境影响评价，有助于明确废旧聚酯回收再生产业的生态价值，同时筛选出较具环境效益的回收方法，为聚酯回收再生行业的发展提供参考。Shen等[30-32]评估了“瓶到瓶”、“瓶到纤维”两种回收方式和分配方式的环境影响以及包括再生PET在内的不同材料之间的环境影响;Nakatani等[33]探讨了不同回收方式以及跨境回收方式产生的环境影响;Komly等[34]引入非线性模型，评估了不同的回收产物、回收方式以及回收次数的环境效益;Chilton等[35]评估了瓶到瓶的回收再生以及热回收方式的环境影响;Ingrao等[36]进一步评价分析了1kg具有相同绝缘功能的材料如聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉和软木以及再生PET纤维的环境影响。Intini等[37]比较评估了由原生、再生PET制成的隔热面板之间的环境效益。Choudhary等[38]使用生命周期评价(LCA)法评估了使用不同能源回收再生PET材料的环境影响，结果显示，PET材料的回收再利用具有显著的环境影响效益。其中，以太阳能为动力的回收再利用过程的环境影响最小。汤弘睿等[39]等运用LCA法评价了废旧聚酯回收行业的环境、经济与社会的集成影响，结果表明，废旧聚酯类产品的回收再生过程资金投入多且环境和人类社会影响较大，但资源耗竭比重小，可在一定程度上减轻对自然资源的依赖程度。

　　从环境影响评价指标分析，Shen等[30-32]、Nakatani等[33]以气候变化指标和能源使用指标进行评价，如温室气体的排放、全球变暖潜能、不可再生能源的使用等。Komly等[34]、Intini等[37]等在此基础上增加了生态环境影响指标，如水体环境酸化、富营养化、非生物损耗等。Chilton等[35]、Ingrao等[36]、Choudhary等[38]以及汤弘睿[39]、Wang等[40]对人类健康、生态系统、气候变化以及能源使用进行环境评价，分析识别再生和使用过程中的重点污染流程和物质。以日本国内回收再利用1kg的废旧PET瓶为例[33]，具体环境影响数据如表2所示。

　　由上述分析可知，物理回收再生制造PET短纤维的环境影响最小，能量回收法的温室气体排放影响最大，其次是化学回收法和物理回收法。此外，聚酯的原生与再生过程中，能量回收法和化学回收法进行回收再利用排放的温室气体大于原生过程，但化石资源的消耗小于原生过程。

　　综合分析上述文献可知，废旧聚酯的回收再生在资源损耗和气候变化等方面的环境影响优于直接填埋或直接焚烧，废旧PET产品的回收方式中能量回收法产生的碳排放最多。物理回收法在能源使用、温室气体排放等方面优于化学法，但化学再生的聚酯纤维的适用性更广泛。再生PET产品的在全球变暖、光化学氧化、酸化、富营养化以及全球能源需求等方面的环境影响小于原生聚酯产品或具有同类功能的产品，并且产品中再生PET占比越多，环境影响越小。

　　3结语

　　废旧聚酯的回收再利用是集环境保护、资源节约和经济效益于一体，对纺织工业发展循环经济，促进可持续发展具有重要的意义。通过对聚酯纤维回收再利用及环境影响评价的研究文献综述，得出如下结论：

　　a)聚酯纤维回收再利用方法主要有物理回收法、能量回收法和化学回收法，化学回收法可实现聚酯类产品的高品质回收再生的目标，但技术要求高、资金投入大。

　　b)废旧聚酯类产品的回收再生过程及其制品的在资源损耗和气候变化等方面的环境影响比原生过程及其制品小，具有较好的生态效益。

　　c)从能源消耗、温室气体排放、水资源环境、化学品使用及排放等多维层面对聚酯纤维回收再利用进行环境影响负荷评价，可以更加全面的量化聚酯纤维回收再利用的经济、社会和生态效益。

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