史晟（左一）和研究生們正在觀察滌棉分離效果。記者鄔帥莉攝
圖為混紡織物分離小樣機。記者鄔帥莉攝
年關將至，家住太原市玲瓏琚小區(qū)的孫月梅老人在打掃衛(wèi)生時又整理出一大包淘汰的舊衣服，投入了社區(qū)舊衣回收箱里。留之無用，棄之可惜。如今，衣柜中堆積如山的閑置舊衣物成了很多家庭的煩心事。
衣食住行關乎民生大計。我國是全球第一紡織大國，紡織纖維加工總量占全球的50%以上。隨著人均纖維消費量不斷增加，我國每年產生大量廢舊紡織品，但循環(huán)利用總體效率偏低。當前，海量廢舊紡織品主要通過焚燒或掩埋方式處理，無法進行資源化利用，造成巨大資源浪費和二次環(huán)境污染。
廢舊紡織品循環(huán)利用是世界與中國實現(xiàn)低碳與可持續(xù)發(fā)展的重要組成。太原理工大學輕紡工程學院紡織系主任、副教授史晟帶領的團隊較早關注到這一問題。多年來，他們潛心深耕廢舊紡織品產業(yè)化、高值化利用領域，圍繞滌棉混紡織物大量存在且結構復雜難以回收利用的行業(yè)堵點、痛點，成功攻克環(huán)境友好條件下滌棉纖維分離關鍵技術，并持續(xù)探索廢舊紡織品變廢為寶的多元路徑，讓舊衣物煥發(fā)出了新生機。
循環(huán)利用刻不容緩 行業(yè)堵點痛點待解
37歲的史晟來自左權縣一個偏遠山村，小時候過慣了“新三年，舊三年，縫縫補補又三年”的簡樸生活。工作后一次回老家，他驚訝地發(fā)現(xiàn)村口竟然扔著一大堆舊衣服。“如此窮鄉(xiāng)僻壤都有這么多廢棄的舊衣物，解決廢舊紡織品循環(huán)利用問題確實已經到了迫在眉睫的地步?！笔逢?011年開始從事廢舊紡織品循環(huán)利用研究，彼時他還在讀碩士研究生，這次經歷更讓他增強了加快科技創(chuàng)新的緊迫感。
我國是全球最大的紡織服裝生產國和消費國。隨著人民生活水平不斷提高，服裝的作用已由御寒蔽體發(fā)展為時尚代名詞，紡織品也由耐用品變成快消品，其更新?lián)Q代愈加頻繁，生命周期也越來越短。我國每年纖維消費總量約3000萬噸，2022年我國人均衣著消費1365元，人均纖維消耗量超過20公斤，達到中等收入發(fā)達國家水平。紡織服裝已經成為增長最快的固體垃圾之一。據粗略估算，我國每年產生各類廢舊紡織品超兩千萬噸，僅太原市城區(qū)一年就產生舊衣物5萬噸。大量廢舊紡織品被遺棄或閑置囤積，造成巨大的資源和環(huán)境壓力。
“大家都知道珍惜盤中餐。實際上，我們扔掉一件棉T恤和扔掉一碗米飯造成的資源浪費是沒有區(qū)別的。棉花和糧食都是在土地上種出來，耳熟能詳?shù)幕瘜W纖維滌綸全部是從石油里合成的?！辈稍L中，史晟為我們算了一筆賬：我國平均一年生產紡織品需用棉700萬噸，用電2100億千瓦時，用水560億立方米，用煤6867萬噸，用石油7000萬噸，紡織服裝產業(yè)二氧化碳每年排放1.2億噸。龐大的生產規(guī)模消耗了大量能源。與此同時，填埋或焚燒處理廢舊紡織品，又嚴重污染土壤和空氣，造成大量石化資源浪費。由于紡織品密度低，填埋1噸廢舊紡織品需占面積3平方米—5平方米，焚燒1噸廢舊紡織品就會產生3.2噸碳排放。而每利用1千克廢舊紡織品，可降低3.6千克二氧化碳排放量，節(jié)約6000升水。
記者采訪中了解到，廢舊紡織品實際包含廢紡織品和舊紡織品兩大部分。廢紡織品是在紡紗、織造、印染、裁剪等生產加工過程中產生的廢絲、邊角料等廢料；舊紡織品主要指在使用環(huán)節(jié)被淘汰的服裝、家用紡織品、產業(yè)用紡織品等舊物。由于廢紡織品多為成分清晰的單一原料，分類回收后能夠有效進入工業(yè)系統(tǒng)，已形成完備產業(yè)鏈條，可基本實現(xiàn)循環(huán)利用。但舊紡織品實現(xiàn)大批量資源化、高值化利用的難度很大。
“舊衣物材質混雜，纖維多樣，老化損傷程度各異，難以批量化分類。即使在同一件衣服里，往往也是由幾種纖維混紡制成，既有絲麻棉毛等天然纖維，又有滌綸、氨綸等人造纖維?！笔逢烧J為，舊衣物循環(huán)利用的關鍵，是把衣物中不同種類的纖維分離，再分別回收利用?，F(xiàn)有技術對解決單一纖維的加工可提出較好方案，但對更加復雜的混紡織物難以處理。囿于技術和經濟限制，舊紡織品循環(huán)再利用目前還沒有成熟的標準和方法，回收、分揀和綜合利用產業(yè)鏈也亟待完善。
攻克滌棉分離技術 推動廢紡高值化利用
選定合適實驗對象，是技術創(chuàng)新邁出第一步的關鍵所在。“我國廢舊滌棉類織物每年產生量多達1500萬噸，占所有廢舊紡織品的65%左右。滌棉混紡織物結構與組分復雜，難分離、難降解、難提純，治廢產廢高，被稱為‘黑料’，幾乎全部焚燒或掩埋?！蓖ㄟ^前期工作積累，史晟帶領團隊最終選定紡織材料中占比最大的滌棉混紡織物作為研究對象，開啟了艱難的科研攻關之路。
2023年12月27日，記者走進太原理工大學紡織行業(yè)廢舊滌棉紡織品清潔再生重點實驗室。實驗室里，多種規(guī)格玻璃器皿、均相反應器、混紡織物分離小樣機等儀器一應俱全。試驗臺上整齊陳列著分離后滌綸織物、棉纖維素、棉基碳微球等實驗用品和再生紗線、再生紡織品、廢紡基吸聲板、纖塑復合型材等再生產品。
“滌與棉的物化性能迥異。要實現(xiàn)廢舊滌棉混紡織物高值化利用，首先需將滌綸纖維與棉纖維高效分離，這也是打通廢舊滌棉混紡織物循環(huán)利用技術路線的關鍵?！闭龓е芯可鰧嶒灥氖逢芍v述了曲折的研發(fā)過程。
團隊成員先將滌棉混紡織物放入由草酸和水配比制成的酸性水溶液，并使反應溫度保持在130攝氏度。這種方法能讓織物中的棉纖維變成粉末狀的棉基纖維素，對滌綸纖維卻沒有影響，從而使滌棉分離。然而一份草酸需要千倍的水來配比，如果批量處理舊衣物，必然導致用水量巨大和廢水處理問題?！爸螐U不產廢。要想真正解決廢舊紡織品循環(huán)利用問題，就不能帶來新的環(huán)境污染?！睅捉浻懻摚瑘F隊找來一臺帶有旋轉系統(tǒng)的反應器，通過反應器轉動讓溶液浸濕織物，大幅減少了用水量。
“如果無法適應規(guī)?；姆纸馀c生產，那么舊衣物循環(huán)利用仍是紙上談兵?！睘榇耍瑘F隊定制了一次能處理4千克左右織物的反應容器——混紡織物分離小樣機，并將酸性水溶液置換成低共熔溶劑，在大大降低反應溫度的情況下，使棉纖維產生溶脹作用，可以被快速切割、分離。經過一系列實驗探究和嘗試，團隊終于實現(xiàn)在常壓條件下滌棉混紡織物的規(guī)模化高效分離，打通了滌棉混紡織物循環(huán)利用的關鍵堵點，為推動廢舊紡織品高值化回收利用提供技術支持。
“分離后的滌綸纖維和棉基纖維素均可通過進一步加工應用到其他領域中。滌綸纖維可以重新紡織成紗線；棉基纖維素可用于造紙、涂料里的添加劑，經過碳化還可變成回收利用價值極高的碳材料——棉基碳微球?！笔逢山榻B，該技術榮獲2022年聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織碳中和技術方案征集全球冠軍和2023年中國紡織工業(yè)聯(lián)合會技術發(fā)明二等獎。
多年矢志創(chuàng)新取得豐碩成果。團隊獲得國家發(fā)明專利22項、實用新型專利2項，參與制定《廢舊紡織品回收技術規(guī)范》《廢舊紡織品再生利用技術規(guī)范》等國家標準3項。團隊還與安徽省天助紡織科技集團股份有限公司合作建立安徽省廢舊棉紡織品再生技術及綜合利用工程研究中心和中試生產線，為實現(xiàn)大批量、產業(yè)化的廢舊紡織品循環(huán)再利用奠定了基礎。
探索多元利用路徑 綠色產業(yè)大有可為
太原理工大學輕紡工程學院藝術織物實驗室里，陳列著多幅以山西大院文化為主題的拼布藝術品，色彩鮮明，刻畫精致。“這些拼布作品的主體都是以廢舊紡織品為原料?！奔徔椏茖W與工程專業(yè)碩士研究生黃格，師從服裝系副教授盧致文學習服裝重組再設計。她介紹：“盧老師還帶領我們對廢舊紡織品進行裁剪、拼接、重塑等處理，將其改造設計并制作出風格新穎、款式獨特的多系列時尚創(chuàng)意服裝，并進行時裝秀展示。通過舊衣改造和制作文創(chuàng)產品，賦予廢舊紡織品新的生命，有效延長了織物使用周期?！?o:p>
“物盡其用、形而上之?！苯涍^10余年探索研究，史晟提出廢舊紡織品“美、紡、分、材”四位一體的多元循環(huán)利用方案?！氨M管纖維分離是廢舊混紡織物高值化利用的必然路徑，但我們循環(huán)利用的總原則仍是：如果能用藝術改造方式，就不要用物理化學方式。如果能用物理開松等紡織方式制成再生纖維，就盡量不要用降解分離、化學再生?！?o:p>
2022年，在中國紡織工業(yè)聯(lián)合會產業(yè)部指導下，史晟團隊聯(lián)合安徽省天助紡織科技集團股份有限公司開展了“廢舊酒店布草高值化利用”項目，即將進行規(guī)模化生產。項目將酒店廢床品、廢毛巾類布草分類并清洗消毒后，經過開松、梳棉、并條等紡織工藝，形成再生紗線，并利用再生紗線制作出非遺苗繡包、時尚再生購物袋、儲物筐、沙發(fā)面料、地毯等產品。依托校企聯(lián)合研發(fā)優(yōu)勢，他們還制定出《再生棉紗產品碳足跡核算方法》和《廢舊紡織品回收利用企業(yè)碳排放核算與報告要求》兩項團體標準。
“廢舊紡織品還可以變身為廢紡基新材料。這些柵欄都是用廢紡基新型纖塑復合型材制作的?！?023年12月27日，太原市南寒公園里冬雪皚皚，指著公園里一長排形似木質的柵欄，山西豫強物資有限公司總經理楊延龍告訴記者，公司與史晟團隊合作研發(fā)出廢舊紡織品基新型纖塑復合型材，建設完成日產3噸板材的中試生產線1條。生產出的型材具有優(yōu)異的力學性能和耐腐蝕性能，已廣泛用于制作公園柵欄、步道、小區(qū)垃圾暫存處和環(huán)衛(wèi)工具凳等。
2022年3月，國家發(fā)展改革委、商務部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《關于加快推進廢舊紡織品循環(huán)利用的實施意見》，明確到2025年，廢舊紡織品循環(huán)利用率達到25%。到2030年，建成較為完善的廢舊紡織品循環(huán)利用體系，高值化利用途徑不斷擴展，廢舊紡織品循環(huán)利用率達到30%。
“這是從國家層面首次出臺廢舊紡織品專門文件。”展望未來，史晟滿懷憧憬：“廢舊紡織品循環(huán)利用是建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經濟體系的重要內容。如果循環(huán)利用率達至這一目標，將意味著一個新興綠色產業(yè)的興起，在產生巨大資源、環(huán)境和經濟價值的同時，也提供了大量就業(yè)崗位。于山西省高質量轉型發(fā)展而言，這無疑是一座尚待開發(fā)的金山和富礦?！?o:p>
記者手記
推動經濟社會發(fā)展綠色化、低碳化是實現(xiàn)高質量發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。黨的二十大報告指出，加快發(fā)展方式綠色轉型。實施全面節(jié)約戰(zhàn)略，推進各類資源節(jié)約集約利用，加快構建廢棄物循環(huán)利用體系。
廢舊紡織品循環(huán)利用是有效補充我國紡織工業(yè)原材料供應、緩解資源環(huán)境約束的重要措施，是建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經濟體系的重要內容，對節(jié)約資源、減污降碳具有重要意義。近年來，國家高度重視廢舊紡織品循環(huán)利用工作，取得了積極進展。但廢舊紡織品循環(huán)利用行業(yè)仍存在回收體系不夠健全、關鍵技術較為薄弱、綜合利用效率不高等問題。
采訪中，記者看到諸多有識之士為推動廢舊紡織品循環(huán)利用工作付出努力、傾注心血，并深深為之振奮和感動，同時也清醒認識到：廢舊紡織品循環(huán)利用還有大量基礎科學問題亟待解決，攻克產業(yè)關鍵技術并實現(xiàn)轉化應用還有很長的路要走。
科技創(chuàng)新是推動廢舊紡織品循環(huán)利用高質量發(fā)展的技術保障。未來，尚須充分發(fā)揮科技的引領和支撐作用，加快突破一批廢舊紡織品纖維識別、高效分揀、混紡材料分離和再生利用重點技術及裝備。鼓勵企業(yè)與高等院校、專業(yè)科研機構等開展產學研合作，加快推動先進適用技術裝備研發(fā)和產業(yè)化應用，有效實現(xiàn)廢舊紡織品規(guī)?；?、高值化循環(huán)利用，助力山西高質量轉型發(fā)展和我國循環(huán)經濟發(fā)展。
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