一種廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法。目的是提供的方法應(yīng)能有效實(shí)現(xiàn)對廢舊紡織品中纖維素纖維的回收。技術(shù)方案是：一種廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，依照以下步驟進(jìn)行：(1)定性確定廢舊紡織品中纖維的種類以及染料種類；(2)對用直接染料、活性染料、不溶性偶氮顏料或陽離子染料的染色紡織品，加入氧化還原酶進(jìn)行預(yù)處理；(3)在步驟(2)處理過的廢舊紡織品中加入纖維素酶處理，以選擇性降解纖維素；(4)對步驟(3)處理后的物質(zhì)進(jìn)行固液分離，降解液中的纖維素酶通過超濾分離重復(fù)回收利用，降解產(chǎn)物用于糖發(fā)酵生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品；殘留固體紡織品進(jìn)行物理回收。
【專利說明】一種廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢舊紡織品回收利用領(lǐng)域，具體涉及利用纖維素酶處理方法對廢舊紡織品中的纖維素纖維實(shí)現(xiàn)高效資源化回收利用。
【背景技術(shù)】:
[0002]中國是世界上紡織品生產(chǎn)和使用大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)2011年我國廢舊紡織品產(chǎn)生總量達(dá)2600萬噸。但是我國廢舊紡織品綜合利用處于起步階段，綜合利用率不足10%，大部分沒有得到合理的循環(huán)利用。廢舊紡織品的回收利用能有效緩解紡織原料短缺問題，顯著減少二氧化碳排放和環(huán)境污染，支持廢舊紡織品循環(huán)利用已被明確寫入中國紡織工業(yè)‘十二五’規(guī)劃之中，成為指引中國紡織工業(yè)未來5年發(fā)展方向的主要政策之一。我國力爭在“十二五”末實(shí)現(xiàn)廢舊紡織品回收利用率基本達(dá)到20%?40%，因此廢舊紡織品的高效回收利用是一個(gè)亟待解決的重大問題。
[0003]廢舊紡織品的品種繁多，其中占比最大的就是纖維素纖維及其混紡織物。目前對其回收處理技術(shù)主要可分為物理法、化學(xué)法、焚燒法和填埋法等，但是上述方法均存在一些不足；如填埋法浪費(fèi)大量土地且無法回收利用，同時(shí)紡織品在自然界降解過程中可能會分解出一些有害物質(zhì)，污染土壤和地下水源；焚燒法雖簡單且能進(jìn)行熱能回收，但焚燒過程中染料助劑會產(chǎn)生許多有毒氣體污染環(huán)境；物理法無法分離染料，對混紡纖維分類困難，適用性較差，同時(shí)回收利用技術(shù)要求高，分類困難，前處理機(jī)器設(shè)備多，成本高，回收工藝復(fù)雜；化學(xué)法采用化學(xué)試劑處理，溶解纖維素纖維或者降解其它纖維組分保留纖維素纖維，但此方法無法區(qū)分溶解性相近的纖維組分；當(dāng)存在部分活性染料時(shí)，纖維可能無法完全回收溶解，同時(shí)要使用各種有機(jī)化學(xué)溶劑，酸、堿等有害化學(xué)物質(zhì)，成本高且易造成環(huán)境污染。因此，發(fā)展一種新型的廢舊紡織品中纖維素纖維的綠色高效專一性回收方法具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種廢舊紡織品中纖維素纖維的回收處理方法，該方法應(yīng)能有效實(shí)現(xiàn)對廢舊紡織品中纖維素纖維的回收，并具有無需使用有害物質(zhì)、回收處理過程綠色、條件溫和、對環(huán)境友好以及資源回收利用率高的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，依照以下步驟進(jìn)行:
[0006](I)定性確定廢舊紡織品中纖維的種類以及染料種類，對含有蛋白質(zhì)纖維的廢舊紡織品繼續(xù)以下處理步驟；
[0007](2)對用直接染料、活性染料、不溶性偶氮顏料或陽離子染料的染色紡織品，加入氧化還原酶進(jìn)行預(yù)處理；反應(yīng)條件為:酶量0.5%?5%，水或緩沖液pH3?12，紡織品與水的質(zhì)量比例或紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.01?0.5: 1，溫度30?80°C，降解時(shí)間I?12h;對用還原染料、分散染料、酸性染料或硫化染料的染色紡織品以及未染色紡織品，無須預(yù)處理；
[0008](3)在步驟(2)處理過的廢舊紡織品中加入纖維素酶處理，以選擇性降解纖維素；反應(yīng)條件為:酶量1%?10%,水或緩沖液pH3?10,紡織品與水的質(zhì)量比例或紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.01?0.5: 1，溫度30?70°C，降解時(shí)間I?72h;
[0009](4)對步驟(3)處理后的物質(zhì)進(jìn)行固液分離，降解液中的纖維素酶通過超濾分離重復(fù)回收利用，降解產(chǎn)物用于糖發(fā)酵生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品；殘留固體紡織品進(jìn)行物理回收。
[0010]所述步驟(2)中的酶量是氧化還原酶與染色紡織品的重量比、步驟(3)中的酶量是纖維素酶與染色紡織品的重量比。
[0011]所述步驟(3)中還添加非離子表面活性劑,其中包括Tween或Triton-χ,以提高纖維素纖維降解效率和促進(jìn)酶回收；表面活性劑添加量為紡織品重量的0.1?2%。
[0012]所述氧化還原酶為漆樹漆酶、云芝漆酶、真菌漆酶、多酚氧化酶、偶氮還原酶、過氧化氫酶、辣根過氧化物酶、絡(luò)氨酸酶、木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶以及芳醇氧化物酶中的一種或多種任意比例的混合。
[0013]所述纖維素酶為羧甲基纖維素酶、堿性纖維素酶、中性纖維素酶、酸性纖維素酶中的一種或多種任意比例的混合，或者為木霉屬、曲霉屬、青霉屬、綠色木霉、里氏木霉、黑曲霉、康寧木霉以及海率曲霉中的一種或多種任意比例的混合。
[0014]所述步驟(3)、步驟(4)中的緩沖液是醋酸-醋酸鈉緩沖液、甘氨酸-鹽酸緩沖液、鄰苯二甲酸-鹽酸緩沖液、磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、、檸檬酸-氫氧化鈉-鹽酸緩沖液、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖液、巴比妥鈉-鹽酸緩沖液、三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖液、硼酸-硼砂緩沖液、甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液、硼砂-氫氧化鈉緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、羥乙基哌嗪乙磺酸鈉緩沖體系中的一種；其離子強(qiáng)度為10-1000禮。
[0015]所述步驟(I)中的定性確定采用顯微鏡觀察法和紅外吸收光譜法。
[0016]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):所提供的方法有效排除了染料對回收過程的影響；整個(gè)過程不需使用有機(jī)溶劑和有害物質(zhì)，過程綠色，條件溫和；回收過程具有高選擇性，特別適用于混紡廢舊紡織品中纖維素纖維的選擇性回收；降解液中的纖維素酶可通過超濾分離重復(fù)使用，降解產(chǎn)物可用于糖發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇、琥珀酸、糠醛等相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用。
【具體實(shí)施方式】
[0017]1906年，Seilliere首先發(fā)現(xiàn)蝸牛的消化液中有一種能夠分解纖維素的物質(zhì)，即纖維素酶。纖維素酶目前已涉及纖維素纖維紡織加工多個(gè)方面，包括生物拋光、返舊整理、防縮防起球等。纖維素酶是指能夠降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱，是由三類其協(xié)同作用且具有不同催化反應(yīng)功能的酶組成的多酶體系，根據(jù)其催化功能的不同分為葡聚糖內(nèi)切酶、葡聚糖外切酶和β_葡萄糖苷酶。纖維素酶具有反應(yīng)過程綠色溫和，催化反應(yīng)效率高且具有高度的催化專一性等優(yōu)點(diǎn)，在三類酶的協(xié)同作用下，將纖維素降解為寡糖，二糖和葡萄糖。降解糖產(chǎn)物可進(jìn)一步用于發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇、琥珀酸、糠醛等產(chǎn)品。因此，本發(fā)明利用氧化還原酶對染料的催化降解/脫色功能以及纖維素酶對纖維素的特異性降解能力，以圖克服現(xiàn)有廢舊紡織品中纖維素纖維回收存在的各種問題，特別是染色混紡織物中的選擇性回收問題，實(shí)現(xiàn)對廢舊纖維素纖維的綠色高效選擇性資源化回收利用。
[0018]本發(fā)明提供的方法，先定性確定廢舊紡織品中纖維素纖維的種類以及染料種類，然后對含有不同染料的廢舊紡織品分別處理；其中，對于采用直接染料、活性染料、不溶性偶氮顏料和陽離子染料的染色紡織品，因?yàn)閷τ诿富钚杂绊戄^大，需用氧化還原酶(酶量
0.5%?5% ;優(yōu)選酶量1.0%?2.5%)進(jìn)行預(yù)處理去除染料；而對于還原染料、分散染料、酸性染料和硫化染料的染色紡織品，由于對酶活性影響較小，所以無須預(yù)處理。然后進(jìn)行纖維素纖維的選擇性降解，其中加入的纖維素酶酶量為1%?10% (優(yōu)選5.0%?9.0%)。最后進(jìn)行固液分離，并對降解液和殘留固體分別回收處理。
[0019]上述定性確定采用顯微鏡觀察法和紅外吸收光譜法；這是兩種常規(guī)檢測方法，可按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
[0020]本發(fā)明所述酶量，均指所添加的酶與干燥狀態(tài)(按國家標(biāo)準(zhǔn)處理后的狀態(tài))紡織品
的重量比。
[0021]本發(fā)明所述處理方法，廢舊紡織品需在水(一般城市管網(wǎng)的自來水即可)或緩沖液的浸沒狀態(tài)/濕潤狀態(tài)下進(jìn)行處理；緩沖液可外購或自行配制。
[0022]所述非離子表面活性劑可提高纖維素纖維降解效率，促進(jìn)酶回收；其中的Tween(聚山梨酯)包括吐溫20、吐溫21、吐溫40、吐溫60、吐溫61、吐溫80、吐溫81、吐溫85等，其中的 Triton-X (聚乙二醇辛基苯基醚)包括 X-15，X-35，X-45，X-114，X-100，X-165，X-305，X-405, X-102 等。
[0023]下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步說明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]直接紅243染色的粘膠纖維/聚乳酸纖維/羊毛混紡廢舊紡織品中粘膠纖維的酶處理法:
[0026](I)通過顯微鏡觀察法和紅外吸收光譜，確定染料種類為直接紅243，50克廢舊紡織品中含有粘膠纖維、聚乳酸纖維和羊毛組分；
[0027](2)直接紅243為直接染料，會抑制酶活性，因此先用漆樹漆酶對織物進(jìn)行預(yù)處理；處理?xiàng)l件為:漆樹漆酶酶量1.5%，磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液pH6.5 (離子強(qiáng)度為IOOmM),紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.25: 1，溫度55°C，降解時(shí)間8h ;
[0028](3)將預(yù)處理后的織物用中性纖維素酶進(jìn)行處理；處理?xiàng)l件為:中性纖維素酶酶量9%,朽1檬酸-朽1檬酸鈉緩沖液pH6.6 (尚子強(qiáng)度為250mM),紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為
0.15: I，反應(yīng)溫度45°C，處理時(shí)間36h ；
[0029](4)中性纖維素酶處理后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離；降解液中的中性纖維素酶通過超濾分離重復(fù)利用，降解產(chǎn)物用于糖發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇；殘留固體物聚乳酸纖維/羊毛5克直接物理回收。
[0030]實(shí)施例2
[0031]莫代爾纖維/滌綸紡廢舊紡織品中莫代爾纖維的酶處理法
[0032](I)通過顯微鏡觀察法和紅外吸收光譜，確定廢舊紡織品中含有莫代爾纖維和滌綸組分；
[0033](2)將廢舊紡織品100克直接用酸性纖維素酶進(jìn)行處理；處理?xiàng)l件為:酸性纖維素酶酶量5%，醋酸-醋酸鈉緩沖液pH4.8 (離子強(qiáng)度為500mM)，紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.2: 1，反應(yīng)溫度50°C，處理時(shí)間24h ；
[0034](3)處理結(jié)束后，體系固液過濾分離，降解液中酸性纖維素酶通過超濾分離重復(fù)利用，降解產(chǎn)物用于糖發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇；殘留固體物滌綸8克熔解重新紡絲利用。
[0035]實(shí)施例3
[0036]活性橙X-G染色的Lyocell纖維/尼龍混紡廢舊紡織品中Lyocell纖維(即溶解性纖維)的酶處理法
[0037](I)通過顯微鏡觀察法和紅外吸收光譜，確定廢舊紡織品中含有Lyocell纖維/尼龍組分；
[0038](2)活性染料會抑制酶活性，因此先用真菌漆酶對130克織物進(jìn)行預(yù)處理；處理?xiàng)l件為:真菌漆酶酶量1.3%，溫度45°C，羥乙基哌嗪乙磺酸鈉緩沖液pH6.5 (離子強(qiáng)度為80mM)，紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.2: 1，降解時(shí)間IOh ；
[0039](3)將預(yù)處理后的織物用堿性纖維素酶進(jìn)行處理；處理?xiàng)l件為:堿性纖維素酶酶量6.5%，甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液pH9.0 (離子強(qiáng)度為200mM)，紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.125: 1，為促進(jìn)降解過程的進(jìn)行，加入1.3克非離子型表面活性劑吐溫40，反應(yīng)溫度40°C，處理時(shí)間42h ；
[0040](4)處理結(jié)束后，體系固液過濾分離，降解液中堿性纖維素酶通過超濾分離重復(fù)利用，降解產(chǎn)物用于糖發(fā)酵生產(chǎn)糠醛；殘留固體物尼龍10克熔解重新紡絲利用。
[0041]實(shí)施例4
[0042]深藍(lán)3R染色的波里諾西克纖維/聚丙烯纖維混紡廢舊紡織品中波里諾西克纖維的酶處理法
[0043](I)通過顯微鏡觀察法和紅外吸收光譜，確定染料種類為硫化染料，120克廢舊紡織品中含有波里諾西克纖維和聚丙烯纖維組分；
[0044](2)硫化染料對酶活性影響不大，所以直接用羧甲基纖維素酶進(jìn)行處理；處理?xiàng)l件為:羧甲基纖維素酶酶量6.9%，紡織品與自來水的質(zhì)量比例為0.18: 1，反應(yīng)溫度38°C，處理時(shí)間52h ；
[0045](4)處理結(jié)束后，體系固液過濾分離，降解液中羧甲基纖維素酶通過超濾分離重復(fù)利用，降解產(chǎn)物用于糖發(fā)酵生產(chǎn)糠醛；殘留固體物聚丙烯20克熔解重新紡絲利用。
[0046]以上所述的實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種【具體實(shí)施方式】，其描述具體和詳細(xì)，但并不能理解為對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制。應(yīng)指出的是，在本發(fā)明構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域的相關(guān)研究或技術(shù)人員還可做出各類變形和改進(jìn)，這些均屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，依照以下步驟進(jìn)行: (1)定性確定廢舊紡織品中纖維的種類以及染料種類，對含有纖維素纖維的廢舊紡織品繼續(xù)以下處理步驟； (2)對用直接染料、活性染料、不溶性偶氮顏料或陽離子染料的染色紡織品，加入氧化還原酶進(jìn)行預(yù)處理；反應(yīng)條件為:酶量0.5%?5%,水或緩沖液pH3?12,紡織品與水的質(zhì)量比例或紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.0l?0.5: 1，溫度30?80°C，降解時(shí)間I?12h ;對用還原染料、分散染料、酸性染料或硫化染料的染色紡織品以及未染色紡織品，無須預(yù)處理； (3)在步驟(2)處理過的廢舊紡織品中加入纖維素酶處理，以選擇性降解纖維素；反應(yīng)條件為:酶量1%?10%，水或緩沖液pH3?10，紡織品與水的質(zhì)量比例或紡織品與緩沖液的質(zhì)量比例為0.01?0.5: 1，溫度30?70°C，降解時(shí)間I?72h ; (4)對步驟(3)處理后的物質(zhì)進(jìn)行固液分離，降解液中的纖維素酶通過超濾分離重復(fù)回收利用，降解產(chǎn)物用于糖發(fā)酵生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品；殘留固體紡織品進(jìn)行物理回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，其特征在于所述步驟(2)中的酶量是氧化還原酶與染色紡織品的重量比、步驟(3)中的酶量是纖維素酶與染色紡織品的重量比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，其特征在于所述步驟(3)中還可添加非離子表面活性劑，其中包括Tween或Triton-X，以提高纖維素纖維降解效率和促進(jìn)酶回收；表面活性劑添加量為紡織品重量的0.1?2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，其特征在于所述氧化還原酶為漆樹漆酶、云芝漆酶、真菌漆酶、多酚氧化酶、偶氮還原酶、過氧化氫酶、辣根過氧化物酶、絡(luò)氨酸酶、木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶以及芳醇氧化物酶中的一種或多種任意比例的混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，其特征在于所述纖維素酶為羧甲基纖維素酶、堿性纖維素酶、中性纖維素酶、酸性纖維素酶中的一種或多種任意比例的混合，或者為木霉屬、曲霉屬、青霉屬、綠色木霉、里氏木霉、黑曲霉、康寧木霉以及海棗曲霉中的一種或多種任意比例的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，其特征在于所述步驟(3)、步驟(4)中的緩沖液是醋酸-醋酸鈉緩沖液、甘氨酸-鹽酸緩沖液、鄰苯二甲酸-鹽酸緩沖液、磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、、檸檬酸-氫氧化鈉-鹽酸緩沖液、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖液、巴比妥鈉-鹽酸緩沖液、三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖液、硼酸-硼砂緩沖液、甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液、硼砂-氫氧化鈉緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、羥乙基哌嗪乙磺酸鈉緩沖體系中的一種；其離子強(qiáng)度為10-1000mM。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢舊紡織品中的纖維素纖維酶處理回收法，其特征在于所述步驟(I)中的定性確定采用顯微鏡觀察法和紅外吸收光譜法。
【文檔編號】D06M101/06GK103556474SQ201310504974
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】楊志清, 陳建華, 趙欣剛, 祝成炎, 葉翔宇, 樓才英 申請人:浙江省紡織測試研究院