摘要：聚酯纖維回收再利用不僅能節約資源，而且可以減輕環境負荷。文章綜述了聚酯纖維回收再利用及其環境影響評價研究，結果表明：對聚酯纖維進行回收再利用比直接填埋或直接焚燒更具環境效益;聚酯纖維回收再利用方法主要有物理回收法、能量回收法和化學回收法，其中以物理回收法和化學回收法為主;物理回收法經濟成本低，溫室氣體減排方面的環境效益好，但再生產品的質量有待提升;能量回收法通過焚燒的方式進行能量轉換，產生較多的溫室氣體排放，環境效益較差;化學回收法得到的最終產物可以達到與原生聚酯纖維幾乎相同的品質，降低回收再利用過程中的溫室氣體排放可以進一步提升該方法的環境效益。
關鍵詞：聚酯纖維;回收再利用;環境影響;碳排放
作者：錢蔚然
以滌綸為代表的聚酯纖維因其優良的機械性能和耐磨性能，抗皺性以及保形性優良、強度高等一系列優良性能而成為紡織工業的重要原材料[1]。近年來，中國聚酯產能穩步提高，是全球聚酯纖維最主要的生產和消費地區。截止到2019年11月份，中國滌綸產量超4300萬t，同比增長14.82%[2]。當前消費模式下，全球紡織服裝類產品的消費量逐年增長，產生了數量巨大的廢舊紡織品，其中廢舊聚酯纖維紡織服裝產品占據相當的比例[3]。聚酯原料為不可再生的石油資源，且其化學結構中亞甲基和苯環結構的存在，故而化學穩定性較好，在自然環境中難以自然降解，大量廢棄的聚酯纖維不僅造成資源浪費，也對環境產生較大影響[4]。廢舊紡織品的回收再利用一直是近年來紡織行業關注的焦點之一，中國紡織工業“十二五”、“十三五”發展規劃中聚焦廢舊紡織品回收利用關鍵共性技術，并在“十四五”發展規劃中持續推進。
廢舊紡織品回收再利用的相關研究一方面聚焦回收再利用方法、技術、模式等，推動廢舊紡織品綜合回收利用產業向規范化、規模化發展[5-10];另一方面是量化與評價廢舊紡織品回收再利用的經濟效益、社會效益和生態效益，為廢舊紡織品的循環再利用提供建議和參考[11-14]。本文綜述了物理回收法、能量回收法和化學回收法等聚酯纖維回收再利用方法的特點，并對聚酯纖維回收再利用的生態效益進行分析探討。
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利用，聚酯纖維回收再利用的原料主要來源于生產加工環節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。由生產加工環節產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過分離、提純步驟除去附加物(如包裝紙、染料、油漬等)，方可進行回收再利用。聚酯纖維的再生利用是利用聚酯的再生技術重新生產聚酯纖維，并用作紡織原料進行再利用。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結構基本不變的條件下，通過對廢舊紡織品進行破碎、開松、紡紗、熱處理等物理過程生產再生產品。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]。二是機械回收技術，即將廢舊紡織品不經分離直接破碎并進行機械加工得到聚酯纖維，并進一步用于聚酯纖維類面料的生產。由此法得到的纖維長度長、品質較好的聚酯纖維可選擇轉杯紡、摩擦紡等生產紗線;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，加工成非織造產品[17]。三是熔融再生技術，即不破壞高分子聚合物的化學結構以及內部的組成，通過熔融再造的方式進行廢舊聚酯類產品的再生處理[18]，生產聚酯纖維。該技術的主要優點是工藝流程短、設備簡單、技術要求較低。但通過該方法制備的再生聚酯纖維的機械性能較低，且在回收過程中易產生甲醛[19]。
1.2能量回收法
能量回收法亦稱熱回收法，即對不具備循環再生價值且熱值高的廢舊聚酯類產品采用焚燒的方式將其中的化學能轉變成熱能。此熱能主要有兩種去向：一是用于蒸汽制備，并用于發電，實現能量的回收再利用[20-22]。二是可與物理回收法相結合，將焚燒產生的熱能用于熔融擠壓過程，再生制得PET薄片、球團或芯片生產成纖維[23，28]。能量回收法雖然主要采用焚燒的方式進行能量轉換，但與直接焚燒處理還是有所區別：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生的煙量、粉塵較直接焚燒處理少，進而總體環境影響小[24]。
1.3化學回收法
化學回收法是將廢舊聚酯類材料進行分離破碎后，在一定的化學條件下進行解聚生成低分子化合物或酯單體，再進行精制、再聚合，用于生產聚酯纖維。當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，廢舊聚酯的工業回收多采用物理回收法和化學回收法，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。物理回收法中的機械法回收工藝主要優點是流程短、設備簡單、投資成本較低、環境污染較小，但此法制備的再生纖維品質不高且循環再生率低，織造的面料服用性差，且切割和開松過程中產生的大量的粉塵和細小的纖維會危害現場操作人員的身體健康。相比之下，熔融再生技術可避免上述污染的產生，更具優勢。
3種回收方法中，物理回收法生產出的產品品質較差且是單向回收，無法實現完全封閉利用，易形成二次污染。化學回收法技術要求較高，前期投資成本高、能耗高、生產工藝復雜，但優點突出。再生產品品質優異，與原生聚酯無明顯差異，因此，由化學法回收得到的聚酯可全方位替代原生聚酯。由于化學回收法的技術要求高和資金回籠慢兩大弊端，國內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境影響評價
聚酯纖維回收再利用可以實現廢舊產品的減量化，相關的環境影響評價受到諸多關注。通過廢舊聚酯回收再利用的環境影響評價，有助于明確廢舊聚酯回收再生產業的生態價值，同時篩選出較具環境效益的回收方法，為聚酯回收再生行業的發展提供參考。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境影響以及包括再生PET在內的不同材料之間的環境影響;Nakatani等[33]探討了不同回收方式以及跨境回收方式產生的環境影響;Komly等[34]引入非線性模型，評估了不同的回收產物、回收方式以及回收次數的環境效益;Chilton等[35]評估了瓶到瓶的回收再生以及熱回收方式的環境影響;Ingrao等[36]進一步評價分析了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境效益。Choudhary等[38]使用生命周期評價(LCA)法評估了使用不同能源回收再生PET材料的環境影響，結果顯示，PET材料的回收再利用具有顯著的環境影響效益。其中，以太陽能為動力的回收再利用過程的環境影響最小。湯弘睿等[39]等運用LCA法評價了廢舊聚酯回收行業的環境、經濟與社會的集成影響，結果表明，廢舊聚酯類產品的回收再生過程資金投入多且環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。
從環境影響評價指標分析，Shen等[30-32]、Nakatani等[33]以氣候變化指標和能源使用指標進行評價，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]等在此基礎上增加了生態環境影響指標，如水體環境酸化、富營養化、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、生態系統、氣候變化以及能源使用進行環境評價，分析識別再生和使用過程中的重點污染流程和物質。以日本國內回收再利用1kg的廢舊PET瓶為例[33]，具體環境影響數據如表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，能量回收法和化學回收法進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境影響優于直接填埋或直接焚燒，廢舊PET產品的回收方式中能量回收法產生的碳排放最多。物理回收法在能源使用、溫室氣體排放等方面優于化學法，但化學再生的聚酯纖維的適用性更廣泛。再生PET產品的在全球變暖、光化學氧化、酸化、富營養化以及全球能源需求等方面的環境影響小于原生聚酯產品或具有同類功能的產品，并且產品中再生PET占比越多，環境影響越小。
3結語
廢舊聚酯的回收再利用是集環境保護、資源節約和經濟效益于一體，對紡織工業發展循環經濟，促進可持續發展具有重要的意義。通過對聚酯纖維回收再利用及環境影響評價的研究文獻綜述，得出如下結論：
a)聚酯纖維回收再利用方法主要有物理回收法、能量回收法和化學回收法，化學回收法可實現聚酯類產品的高品質回收再生的目標，但技術要求高、資金投入大。
b)廢舊聚酯類產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境影響比原生過程及其制品小，具有較好的生態效益。
c)從能源消耗、溫室氣體排放、水資源環境、化學品使用及排放等多維層面對聚酯纖維回收再利用進行環境影響負荷評價，可以更加全面的量化聚酯纖維回收再利用的經濟、社會和生態效益。
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