废旧涤棉纺织品的回收循环再利用技术

杨瑞华， 邵 秋， 张 欣， 陈鹤文

(江南大学 生态纺织教育部重点实验室,江苏 无锡 214122)

伴随消费升级与市场扩张，纺织品需求量和产量快速增长。在快速迭代过程中，废弃量持续攀升，废旧纺织品成为增长最快的固体垃圾之一。根据相关资料[1-2]，2019年中国总计产生废旧纺织品超过2 000万t，其中废旧涤纶占53%，废旧棉占30%;仅有400万t被回收，回收率20%，其余的80%被作为垃圾填埋或焚化。填埋会对土壤和水资源造成严重危害,焚烧则会产生大量有毒有害物质，污染大气。国际回收再生组织(BIR)研究表明，每再利用1 kg废旧衣物，就可以减少3.6 kg的CO2，节约6 000 L水[3]。废旧纺织品的再利用可有效减少CO2排放，从而推动中国碳达峰、碳中和[4]目标的实现。

涤纶是全球产量最大、应用最广的合成纤维。中华人民共和国工业和信息化部数据显示[5]，2020年，中国化纤产量6 025万t，其中涤纶产量4 923万t，占总量的81.7%。涤纶产品又分为纯涤、涤棉混纺或涤纶与其他混纺，其中涤棉混纺占比70%左右[6]，每循环再利用1 t聚酯产品，可减少3.2 t CO2排放。涤纶再利用不仅可以有效减少CO2排放，对缓解生产聚酯纤维重要反应物——二甲苯(PX)的进口依赖也具有积极作用[7-8]。

纯棉及含棉混纺纺织品在各类纺织品中占据较大份额，巨大的人口粮食压力使大量种植棉花的土地转为种植粮食。根据国家统计局2021年棉花产量公告[9]，2021年全国棉花播种面积302.81亿m2，较2020年减少14.08亿m2，下降4.4%；2021年全国棉花总产量573.1万t，比2020年减少18万t，同比下降3%。随着人们生活水平的提高，对天然纤维的需求量也越来越大，棉纤维的回收利用对保持棉花供求关系、保证市场稳定运转起着非常重要的作用。

文中从涤、棉两种纤维再生利用的特征出发，结合国内外相关政策，积极探索符合中国国情的废旧纺织品回收利用道路。

1 废旧涤棉纺织品回收利用方法

依据GB/T 38923—2020《废旧纺织品分类与代码》[10]，将废旧纺织品分为废纺织品和旧纺织品两类。废纺织品指纺织材料及其制品在生产加工过程中(如纺丝、纺纱、织造、印染、裁剪等)产生的废料；旧纺织品指淘汰的纺织制品(包括服装、家用纺织品、产业用纺织品及其他纺织制品)。

废纺织品多为生产加工过程中各道工序的下脚料，相对洁净，原料成分清晰明确，染料、颜料、油剂、助剂等添加剂的使用较少，无金属、塑料等装饰异物，且成分相对简单，原料损伤小。该类产品回收利用技术较为成熟，工艺简单，再利用方式多为二次加工成低值产品。旧纺织品的成分复杂，损伤程度不一，回收利用困难。目前，处理回收的旧纺织品的主要途径有：①旧衣物的再利用，向非洲、中东地区进行二次销售；②直接进行填埋或焚烧，但污染环境，浪费资源；③生物降解，但仅适用于纤维素、甲壳素等一些亲水性木质素纤维制成的旧纺织品[11]，局限性大；④回收后进行分解，将分解后的原料二次加工，虽然难度大、成本高，但对保护环境、减少碳排放具有积极意义，是未来旧纺织品再利用的发展趋势。

1.1 废旧纤维的回收再利用

根据《中国工业统计年鉴2021》数据[12]，2020年，中国生产布459.19亿m，其中棉布186.24亿m，占40.5%；纯棉纺织品占据较大市场份额。因此，文中以废旧棉纤维为主要研究对象，对其合理再利用的方法进行阐述。

1.1.1废棉纤维的再利用

废纤维主要来自纺纱工序中开清、梳棉、精梳等环节的落棉以及织造和成品生产加工环节的废纱线、边角料、瑕疵成衣(未服用)等废纺织制品。纺纱工序的落棉可直接使用，废线、边角料、成衣等需进行开松处理，后与其他品质的棉花按照一定比例混合，采用非织造、转杯纺工艺，将其重新加工成非织造织物或58.3～116.6 tex的转杯纺纱。在现有技术基础上，科研工作者不断技术创新，在原料配比、工艺参数、成品质量等方面进行深入探索。例如，PUPPIM R等[13]结合非织造针刺技术和毡缩技术，开发创新纺织产品；YILMAZ D等[14]将落棉与原棉以5种不同比例进行混纺，对纱线的拉伸性能以及毛羽性能进行比较；GUN A D等[15]利用服装下脚料与聚酯纤维混纺，探究混纺比、纱线支数对纱线的影响；AWGICHEW D等[16]将针织废料制备的再生纤维与原棉混纺，探究不同比例混纺纱的结构和机械性能。随着科技的进步，围绕工艺优化、产品开发等方面的研究不断深入，由新型多功能材料(保暖酷爽材料、绝缘材料等)制成的再生产品将逐步走向市场。

1.1.2旧棉纤维的再利用

旧棉纤维在回收过程中的品质差异很大，需要对纤维进行评价，以确定其是否符合后续生产工艺的需要。根据旧棉纤维的品质高低，对其采用不同方法进行再利用。

1)物理机械法对纤维损伤较大，多用于力学性能较好的旧棉织物。具体方法为：①对旧棉织物进行切割、撕裂、开松，重新获得棉纤维；②利用涂鸦、手工拼接等技术对其进行改造，可以把旧衣服变成拖布、抹布等一些劳动产品，实现旧纺织品的新发展。

2)对于力学性能无法满足物理法处理过程中所需的强力要求，但仍有利用价值的旧棉织物，可采用化学法，利用化学试剂溶解旧棉织物，获得纤维素。旧棉纤维中含有丰富的纤维素，是代替木浆、生产黏胶和Lyocell纤维的绝佳选择。采用黏胶工艺制取可再生的黏胶是目前比较成熟的旧棉纤维再生方法。以赛得利FINEX纤生代等系列为代表的再生黏胶产品已初步获得市场认可。同时，对旧纤维再利用的探索也在不断推进，MA Y B等[17]提出，采用二甲基亚矾与1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐溶解有色旧棉纤维后制备的Lyocell纤维可保留原色，避免二次染色；薛菁雯等[18]以旧纯棉T恤为原料，以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子溶液为溶剂，制成再生纤维素透明薄膜，其具有良好的拉伸强度。还可利用化学改性法，使旧棉织物分子结构改变，从而获得可用于食品、美容等领域的水溶性羧甲基纤维素产品。

对于无法满足上述利用方式的旧棉纤维，可进行生物堆肥，利用微生物降解旧棉纤维，生成有机物，改善土壤环境。

无论是物理法还是化学法，仅单纯依靠某一种方法难以实现废旧棉纤维大规模的二次利用，需要在现有工艺处理技术基础上，依据纤维品质差异，多种方式协调运用，最大限度开发废旧纤维的再利用潜能。

1.2 废旧混纺纤维的回收再利用

虽然纯棉产品占据一部分市场份额，但如今各种成分不同、性能不同的纱线混纺产品占据了主流市场，其回收二次利用对现有工艺提出了更高要求。对混纺纤维而言，实现不同组分的分离是重中之重。以占比最高的涤棉混纺纤维为例，由于涤棉混纺织物难以实现物理分离，因此现阶段主要采用化学分离法进行回收，新型环保方法的研究也在不断深入。

1.2.1传统化学法

化学法是废旧涤棉纤维分离的主要方法，它通过不同化学试剂有选择地将混纺织物中的一种纤维分解成低分子或单体，而另一种纤维不发生反应。传统化学方法有酸解法、醇解法和水解法。酸解法主要针对棉纤维，在一定条件下通过稀酸溶液中的氢离子和棉纤维分子链上的氧原子结合，使棉纤维降解为还原性糖和棉渣粉末，涤纶保持不变[19]。醇解法和水解法主要通过化学试剂与涤纶发生反应，醇解法是将涤纶与乙二醇在一定的条件下混合发生反应，生成对苯二甲酸乙二醇酯(见图1[20])；水解法则是利用NaOH等碱性物质，在水中将涤纶分解为对苯二甲酸钠。

图1 涤棉织物与乙二醇反应产物Fig.1 Reaction products of polyester and cotton fabric with ethylene glycol

虽然醇解法已投入工业化生产，但传统方法中使用的酸碱物质以及采取的高温反应等，都难免会对纤维和环境造成不同程度的危害，且存在反应产物难以分离、回收率不高等问题，因此仍需研究者努力攻克技术难题。

1.2.2新型分离方法

新型分离方法是在传统方法上进行创新，其包括生物酶水解法、超临界水热法等。①生物酶水解法。该方法利用稀酸碱预处理废旧涤棉纤维，通过纤维素酶将棉纤维水解为葡萄糖，再发酵为乙醇，极大地减少了酸碱的使用，降低了对环境的危害。②超临界水热法。与传统方法中只与其中一种纤维反应不同，该方法与两类纤维同时反应，在超临界水热条件下，棉纤维碳化为碳微球，涤纶纤维水解为对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)[21]。

新型分离方法虽然可以降低对环境的危害，实现废旧涤棉的最大化利用，但该类技术尚未发展成熟，目前只适用于实验室，距离大规模工业化生产还有很长的路要走。

1.2.3能量法

对于不能利用化学法分离且无法生物降解的废旧混纺纺织品，多利用能量法实现最大化利用。能量法是指将回收的纺织品作为燃料，通过焚烧将纺织品的价值以热能形式加以利用的方法，可用于金属熔化、化学加热等方面。但通常不建议使用此法，因为纺织品在焚烧过程中也会产生大量的一氧化碳、二口恶英、氮氧化物等有毒有害气体，严重危害环境。

随着技术的进步，适合大规模、多品种、高速高效生产的废旧混纺纤维分离工序和设备不断创新，混纺纤维分离方法逐渐升级，相信在不久的将来，可以实现混纺纤维最大化利用，达到保护环境和减少污染的效果。

2 废旧涤棉纺织品回收利用现状

2.1 国内现状

在中国，废旧纺织品的回收再利用可根据其损伤污染程度、材质等因素的不同，通过二手服装外销、物理法、化学法、能量法等实现其在不同领域的二次利用。其中，出口外销约占该产业链的30%，物理法约占50%，化学法约占10%，能量及其他方法约占10%[22]。虽然方法众多，但都未形成规范的产业链。

浙江是实现中国废旧纺织品高值化利用的典型地区。浙江苍南县有8 000余家从事废棉再生的企业，共有相关设备10 000余套，这些企业生产的再生无纺布、路基布、气流纱等产品已出口到世界各地；浦江县2018年时就实现了棉再生工业总产值38.25亿元。企业方面，以浙江佳人、杭州鼎缘、宁波大发等为废旧纺织品循环利用的代表，其中浙江佳人是目前全球领先的涤纶丝化学法循环利用生产企业[23-24]。

中国在政策上尚未开放二手服装贸易市场，出口成为再利用主流。下游商人以0.8～3元/kg价格收购旧服装，出口商再以1.7～10元/kg不等的价格打包出口到非洲等地。伴随着跨境电商的兴起和线上销售平台的建设，二手服装贸易越发繁荣。根据海关统计数据[25]，总结得出2017—2021年中国旧衣物出口量与出口额，具体如图2所示。由图2可知，2021中国旧衣物出口量较2017年增长21.46万t，出口额增长5.5亿美元。

图2 2017—2021年中国旧衣物出口量与出口额Fig.2 Export volume and export value of used clothes in China from 2017 to 2021

随着资金和人才的大量涌入，中国废旧纺织品行业发展速度日益加快，并逐步实现规范化、机械化，建成符合中国国情的纺织品生产、利用、回收再利用的循环模式指日可待。

2.2 国外现状

相较于国内，国外多家企业、研究机构早在20世纪开始便投入大量资金研究废旧纺织品的回收再利用。

国外废纺织品已实现高值化利用。例如，美国莱卡公司推出完全由纺织废料制成、具有优异保温性能的填充棉；日本Jeplan公司与大阪高校合作开发了废旧棉转换酒精技术；澳大利亚新南威尔士大学以废旧棉纤维、聚酰胺纤维等纤维混合物为原料，开发了防水、防火实心板[26]。企业方面，美国Jimtex Yarns、沃尔玛、日本帝人、英国马莎百货等均为再生纺织品的开发、生产和销售作出了贡献。

在国外，旧纺织品回收产业依托民间慈善机构、二手店和线上交易平台，将旧纺织品回收、二手服装买卖、慈善事业结合在一起，极大地提高了消费者捐赠、购买的积极性。美国在线二手零售商ThredUP发布的2022年转售报告[27]显示，预计到2026年，美国二手服装市场交易金额将达到820亿美元(见图3)，全球二手服装交易的市场规模将会突破2 000亿美元(见图4)。

发达国家废旧纺织品回收利用历史悠久，相关法律法规、宣传政策相对完善，无论是个人、企业，还是社会团体、政府机构，都十分重视废旧纺织品的回收和再利用，对中国废旧纺织品回收利用模式的构建具有一定参考价值。

图3 美国二手服装市场规模(2012—2021年)与增长预测(2022—2026年)Fig.3 Size from 2012 to 2021 and growth forecast from 2022 to 2026 of US second-hand clothing market

图4 全球二手服装市场规模(2021年)与增长预测(2022—2026年)Fig.4 Size in 2021 and growth forecast from 2022 to 2026 of global second-hand clothing market

3 废旧纺织品回收再利用政策

目前国内尚未颁布关于废旧涤棉纺织品回收再利用的政策，文中主要介绍废旧纺织品整个行业的相关政策。纺织品从原料、加工、流通、使用到废弃，各环节皆具有巨大的降碳潜力[28-29]。近年来，为节约资源，降低纺织品对环境造成的危害，国家出台了一系列环保政策。然而，相较于其他可循环利用的废弃物(如纸、玻璃、金属)，中国的纺织品循环利用政策起步较晚，相关研究也不多，有关文献仅占回收政策的1%[30]。

3.1 国内相关政策

针对废旧纺织品个体差异化和数量庞大的问题，中国正以生活垃圾分类和“两网融合”[31]为主，发展规划和相关政策为辅，大力发展中国纺织品再利用产业。

2012年，中国发布《纺织工业“十二五”发展规划》，提出“支持废旧纺织品回收利用”的相关倡导[32-33]。“十二五”期间，中国开始建设废旧纺织品回收、分拣和利用产业链，开创“旧衣零抛弃”活动。2015年，中国建立纺织纤维回收系统，再利用纺织纤维总量达到800万t。2016年，发布《纺织行业“十三五”发展规划》，定下绿色发展目标，要求突破一批回收利用关键技术，循环利用纤维量在纤维加工总量的占比继续增加[34-35]。2017年，山东青岛成立废旧纺织品综合利用战略联盟。2018年，深圳市实施《废旧织物回收及综合利用规范》，各地立足当地基本情况，探讨适合自身的循环体系[36-38]。 2019年，中国循环经济协会批准发布《二手服装消毒工艺规范》《废旧纺织品回收利用规范》《再生涤棉混纺纱线(气流纺)》《再生棉纱线(气流纺)》《再生棉纱线(环锭纺)》等5项团体标准[39]，标志着中国废旧纺织品回收利用体系逐步规范化。2021年，发布《纺织工业“十四五”发展纲要》，指明绿色纺织发展方向：要求到2035年，纺织行业责任导向的绿色低碳循环体系基本建成，纺织行业碳排放在达峰后稳中有降[40-42]。同年，中华人民共和国工业和信息化部颁布《循环再利用化学纤维(涤纶)行业规范条件》和《循环再利用化学纤维(涤纶)企业规范公告管理暂行办法》。2022年，出台《关于加快废旧物资循环利用体系建设的指导意见》，明确到2025年废旧纺织品循环利用率达到25%[43]；到2030年建成较为完善的废旧纺织品循环利用体系，废旧纺织品循环利用率达到30%，废旧纺织品再生纤维产量达到300万t。

3.2 国外相关政策

发达国家废旧纺织品回收再利用起步早，相关的法律法规较为完备。早在20世纪，欧美各国就已先后制定法案，如美国颁布《固体废物处置法案》(1965)、《资源回收法案》(1970)、《资源保护和回收法案》(1976)；欧洲有《欧盟环境保护法》(1990)、《欧盟包装和包装废弃物指令(94/62/EC)》(1994)、德国《循环经济和废弃物管理法》(1996)；日本颁布《促进再生资源利用法》(1993)。

到21世纪，相关法案继续制定、完善。2000年，日本颁布《循环型社会形成推进基本法案》；2007年，法国颁布《纺织品、服装、鞋类和家用亚麻制品的回收和处置草案》；2010年，欧盟《垃圾框架指令(2008/98/EC)》生效；2018年，欧盟发布第94/62/EC号《包装和包装废弃物指令(修订版)》[44-45]；同年，欧盟发布《废弃物框架指令(EU)2018/851》，要求建立废旧纺织品分类回收体系；2020年，欧盟发布《生活垃圾单独(分类)回收指南》，明确列出废旧纺织品范围、回收渠道[46]；同年，欧盟颁布《新循环经济行动计划》，明确要将循环经济理念贯穿产品全生命周期，构建覆盖纺织品设计、消费、制造等环节的可持续政策框架；2021年，日本时尚与环境工作小组的报告中提出，建立旧衣物收集、分类制度，共享回收设施。

4 中国废旧纺织品制度存在的问题与建议

4.1 中国废旧纺织品制度的主要问题

中国回收再利用体系尚未建成，很多问题尚待解决。对于废纺织品而言：①相关检验、监管不到位，质量监督管理未完全落实[47]，“黑心棉”产品层出不穷；②不能严格按照GB/T 32479—2016《再加工纤维基本安全技术要求》[48]进行生产，不能确保产品的安全和质量；③再生产品标注不符合GB/T 27611—2011《再生利用品和再制造品通用要求及标识》[49]要求，标识缺乏，部分产品信息虚假；④消费者对再生产品接受度低，购买欲不强，再生产品市场竞争力弱。

对于旧纺织品而言，存在以下问题：①没有完善的综合回收系统，回收网点多集中在大城市和沿海发达地区，乡镇和西部地区有待进一步发展；②分类困难，虽已制定纺织品成分鉴定国家标准，但目前还没有一个明确的技术和标准可以用于大规模分拣，仍采用人工分拣；③一些企业为了谋取利润而缺少严格消毒灭菌过程，未达到卫生检疫要求；④再利用技术相对滞后，再利用产品种类有限，多为手套、防尘帽、空调隔音材料、温室保温材料等低值化商品，仍需努力开发高价值、多用途的商品。

4.2 中国废旧纺织品制度建设建议

废旧纺织品再利用拥有千亿级市场规模的潜力[50]，伴随环保意识的提高和国家政策的倾斜，该市场正蓬勃发展。针对废纺织品提出以下建议：①加强相关法律法规建设，强化市场监管及执法力度，确保一切经营活动的合法进行，规范交易市场和平台，严厉打击假冒、以次充好等欺诈行为；②对产品生产的流程和工艺进行严格控制和管理，生产活动需符合国家标准；③加快产品质量标准及认证、标识溯源等体系建设，再生产品满足质量指标的同时力求生产信息公开透明；④增强消费者接受度，有关部门需加强社会推广宣传，做大做强再生产品市场。

针对旧纺织品提出以下建议：①以大城市为核心，线上、线下二手交易平台为载体，以物流为依托，大力发展中小城市及乡镇循环利用体系，建立覆盖全国的旧纺织品回收系统；②开发精准图像识别技术、近红外光谱技术，结合《废旧纺织品分类与代码》[10]，开发精准、高速、机械化、规模化的分拣设备和技术；③开发并升级消毒、检测设备，进行高效、高速的消毒和检测，确保每一件旧纺织品的安全卫生；④政府、研究院所、高校、企业需加强对再生产品的开发，进行产学研深度合作，解决技术难点，提高高值化利用水平，推进产业化进程。

5 结语

废旧纺织品高质高效再利用技术是实现全球纺织行业可持续性发展的有效途径，也是中国发展循环经济的必然要求。目前，废旧纺织品再利用产业在技术、市场、政策等各方面都进行了探索，主要包括：①应用技术方面，综合考虑废旧纺织品的状态、组成、结构和性质，选择合适的回收利用方法，并进行多种方法的相互协调、综合应用；②产品市场方面，再利用市场仍以二手服装交易为主，并随着电商物流的发展而越发繁荣，同时新兴的废旧再生产品市场随着新技术的开发正逐步扩大；③政策方面，针对废旧纺织品的政策条款日益精细化，涉及回收、消毒、再利用和再生等各个环节，积极推动了废旧纺织品行业的规范化发展。

面对未来更加复杂和庞大的废旧纺织品产业，政府、企业、院校应相互合作，以国家政策为指导方向，以国外先进经验为基础，细化废旧纺织品分拣，研发废旧纺织品处理专用设备，攻克再利用技术难题，提高技术水平和产品质量，推进废旧纺织品产业化。相信在国家、企业、个人多方不断努力下，废旧纺织品相关产业将迎来新的发展机遇。