聚酯纤维被指责污染环境但可能有助于拯救环境

十多年前，时差的纺织专家胡安·希内斯特罗萨 (Juan Hinestroza) 降落在中国新塘，在一条大溪边散步。他注意到水的颜色很奇怪——靛蓝，来自附近一家纺织厂倾倒的剧毒染料、颜料和整理剂。

“人们的脸看起来是蓝色的。房子是蓝色的。空气是蓝色的。纺织厂将污染物排放到河流中——人们在那里游泳，人们在那里获取饮用水和烹饪水，”人类生态学院纤维科学和服装设计系 Rebecca Q. Morgan '60 教授 Hinestroza 说。

“那时我知道我必须改变我的研究重点，”他说。“作为一名化学工程师和纺织化学家，我意识到我可以帮助解决其中一些复杂的问题——它们不会神奇地消失。”

现在，希内斯特罗扎和康奈尔大学化学家和工程师组成的多学科团队正在使用化学工具箱来清理另一个强大的环境敌人：聚酯纺织废料。

该团队发明了一种方法来分解旧的聚酯服装，并重新利用其中的一些化合物来制造防火、抗菌或防皱的面料，并阻止垃圾填埋场中服装废料的扩散。

这是一种符合联合国环境规划署的循环方法，该规划署已开始在全球范围内努力结束发达国家对服装的过度消费。根据该计划，过去 20 年来人们穿衣服的次数减少了 36%。

2015年，美国环境保护局估计，美国人每年丢弃超过70磅的纺织品。报告称，更糟糕的是，超过 85% 的纺织废料最终被填埋。

“最终，我们将耗尽空间，”希内斯特罗扎说。“我们将耗尽可以运送纺织垃圾的国家。后果是相当悲惨的，但解决方案是可能的，而且就在我们自己身上。”

扰乱正常营业

柯叶琳站在人类生态大楼实验室通风柜安静的嗡嗡声前，面对三个磁力搅拌器。她将装满彩色聚酯织物条的顶针放入一个小圆底烧瓶中，然后倒入氢氧化钠溶液以覆盖织物。

通过搅拌、施加一点热量、乙醇和冷却水，那些由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的小块聚酯布(塑料汽水瓶也是用这种粘稠物制成的)将变成实验室汤。

然后，科学家们可以从汤中提取旧织物的单体，并用它们来创建连接体，组装成金属有机框架(MOF)。在 Hinestroza 实验室工作的纤维科学领域博士生、富布赖特奖学金获得者 Ko 表示，这些 MOF 结构可用于在衣服上形成涂层，保护人们免受细菌或有毒气体的侵害，保护消防员免受火灾或其他尚未想象到的用途。

“我们不使用有毒溶剂来回收连接 MOF 的单体，而是使用乙醇和水作为溶剂，而且我们回收单体的速度要快得多，”她说。

文理学院化学和化学生物学助理教授 Phill Milner 和康奈尔工程学院材料科学与工程副教授 Jin Suntivich 也正在与 Hinestroza 合作开发这些新的化学技术。

米尔纳说：“使用合适的金属盐，例如一些铜盐，我们可以通过化学方法从这些消化的纺织品中回收的单体中捕获有机分子。”

聚酯在室温下 30 分钟内解聚，安全且不会破坏环境。

米尔纳说：“化学反应完全受自组装思想的控制，即组件本身想要成为有序的结构。” 科学家们将铜盐添加到酸中以产生前体溶液，然后将其放入解聚聚酯汤中。“自然过程一直持续下去，直到构建出一个扩展结构——MOF——这就是解决方案的结果。”

电化学家和材料科学家 Suntivich 表示，该团队认为，新技术可能会破坏纺织和服装的常规流程，他们认为这种流程是不可持续的。“塑料回收显然是一个挑战，所以我们将在这种背景下解决这个问题。我认为 MOF 只是我实现材料回收的一种方式。”

然而，教授们知道，要取得成功，他们的技术必须适应现有的行业实践，希内斯特罗扎说。

理想情况下，该团队希望制造商在现有基础设施中使用 MOF 化学物质。“尝试将新设备融入新工艺总是很困难，”他说。“你可以开发一种独特的化学物质，但如果你需要新的设备来处理这种材料，那么就会遇到很多阻力。”

使用纺织品清洁水

Hinestroza 说，含有这些 MOF 的纺织品还可以净化染色和污染的水。

为了实现这一目标，他将新的化学技术与他在过滤和纤维科学方面的专业知识结合起来。

在早期的研究项目中，Hinestroza 创造了天然纤维材料来选择性地捕获或分解有害污染物，例如纺织品制造中的染料、水力压裂中的砷、煤矿开采中的汞和氰化物以及农业生产中的杀虫剂和化肥。

这些项目的种子是在希内斯特罗萨在他的祖国哥伦比亚旅行时播下的。他注意到用于包装咖啡豆的大袋子是由一种名为 fique 的强纤维制成的。在显微镜下，纤维显示出氧化锰可以徘徊的空腔。当将纤维布放入污水中时，氧化锰在几分钟内分解了 99% 的靛蓝染料，使水变得清澈。

在寻找一种能起到同样作用的当地材料时，Hinestroza 考虑使用由康奈尔果园种植的科特兰苹果皮和伊萨卡农贸市场出售的葡萄茎制成的纤维。六年前，他展示了使用这些天然材料制造的纳米棒如何分解水道中的毒素。

Hinestroza 认为同样的概念，但使用 MOF 纺织品可以帮助阻止纺织品和服装制造过程中产生的一些污染。

“除了亚洲的地方之外，我还在印度蒂拉普尔和中美洲的许多其他地方看到了但丁式的污染场景，”希内斯特罗扎说。

“我见过河流的颜色是紫色、绿色或粉红色的，”他说。“有时幽默中也有真理，因为你可以通过观察一些纺织厂城镇的河流来判断纽约或巴黎哪种颜色流行。”

希内斯特罗萨说，一些时装公司在社交媒体渠道上声称自己是环保的，但现实却大不相同。“像康奈尔大学这样的教育机构具有独特的优势，可以提供能够解决这些复杂问题的基于科学的解决方案。

“我们必须主动寻找这项业务的答案，这是我们研究工作的关键动力，”希内斯特罗扎说。“威胁性的问题不仅是未来纺织服装生产中产生的废物，而且是已经产生的废物和污染，这些废物和污染不会突然消失。”