Исследователи отделили хлопок от полиэстера в смесовой ткани

В новом исследовании исследователи из Университета штата Северная Каролина обнаружили, что они могут разделить смешанные хлопчатобумажные и полиэфирные ткани с помощью ферментов – природных инструментов для ускорения химических реакций. В конечном итоге они надеются, что их результаты приведут к более эффективному способу переработки материалов, из которых состоит ткань, тем самым сокращая текстильные отходы.

Однако они также обнаружили, что процесс требует большего количества этапов, если смесовая ткань была окрашена или обработана химикатами, которые повышают устойчивость к морщинам.

«Мы можем отделить весь хлопок от смеси хлопка и полиэстера, а это означает, что теперь у нас есть чистый полиэстер, который можно переработать», — сказала соавтор исследования Соня Салмон, доцент кафедры текстильного машиностроения, химии и науки в штате Северная Каролина. «На свалке полиэстер не будет разлагаться, а разложение хлопка может занять несколько месяцев или даже больше. Используя наш метод, мы можем отделить хлопок от полиэстера менее чем за 48 часов».

По данным Агентства по охране окружающей среды США, потребители ежегодно выбрасывают на свалки США около 11 миллионов тонн текстильных отходов. Исследователи хотели разработать метод отделения хлопка от полиэстера, чтобы каждый компонент можно было переработать.

В ходе исследования исследователи использовали «коктейль» ферментов в слегка кислом растворе для измельчения целлюлозы в хлопке. Целлюлоза – это материал, который придает структуру клеточным стенкам растений. Идея состоит в том, чтобы измельчить целлюлозу так, чтобы она «выпала» из смешанной тканой структуры, оставив несколько крошечных фрагментов хлопкового волокна вместе с глюкозой. Глюкоза – это биоразлагаемый побочный продукт деградированной целлюлозы. Затем их процесс включает смывание глюкозы и фильтрацию фрагментов хлопкового волокна, оставляя чистый полиэстер.

«Это мягкий процесс — обработка слегка кислая, как при использовании уксуса», — сказал Салмон. «Мы также запускали его при температуре 50 градусов по Цельсию, что соответствует температуре горячей стиральной машины.

«Вполне многообещающе, что мы сможем отделить полиэстер до чистого уровня», — добавил Салмон. «Нам еще предстоит проделать некоторую работу, чтобы охарактеризовать свойства полиэстера, но мы думаем, что они будут очень хорошими, поскольку условия очень мягкие. Мы просто добавляем ферменты, которые игнорируют полиэстер».

Они сравнили деградацию 100%-ной хлопчатобумажной ткани с деградацией смесей хлопка и полиэстера, а также протестировали ткань, окрашенную красными и синими реактивными красителями и обработанную стойкими химикатами для прессования. Чтобы разрушить окрашенные материалы, исследователям пришлось увеличить количество времени и количество используемых ферментов. Для тканей, обработанных прочными химикатами для прессования, перед добавлением ферментов приходилось использовать предварительную химическую обработку.

«Выбранный вами краситель оказывает большое влияние на потенциальное разрушение ткани», — сказала ведущий автор исследования Джинни Иган, аспирантка штата Северная Каролина. «Кроме того, мы обнаружили, что самым большим препятствием на данный момент является устойчивое к морщинам покрытие. Химический состав, стоящий за ним, создает значительную блокировку доступа фермента к целлюлозе. Без предварительной обработки мы достигли разложения менее 10%, но после этого с помощью двух доз фермента мы смогли полностью его разложить, и это был действительно впечатляющий результат».

Исследователи заявили, что полиэстер можно переработать, а суспензия фрагментов хлопка может быть ценной добавкой для бумаги или полезной добавкой к композитным материалам. Они также исследуют, можно ли использовать глюкозу для производства биотоплива.

«Взвесь состоит из остаточных фрагментов хлопка, которые устойчивы к очень мощному ферментативному разложению», — сказал Салмон. «Он имеет потенциальную ценность в качестве укрепляющего агента. Что касается сиропа глюкозы, мы сотрудничаем в проекте, чтобы посмотреть, сможем ли мы подать его в анаэробный варочный котел для производства биотоплива. Мы будем собирать отходы и превращать их в биоэнергию, что было бы намного лучше, чем выбросить его на свалку».

Исследование «Ферментативное разделение текстильных волокон для устойчивой переработки отходов» было опубликовано в журнале Resources, Environment and Sustainability. Соавторами были Сиян Ван, Цзялун Шен, Оливер Баарс и Джеффри Моксли. Финансирование было предоставлено Фондом экологических исследований и образования, корпорацией Kaneka и Департаментом текстильной инженерии, химии и науки штата Северная Каролина.