Des chercheurs séparent le coton du polyester dans un tissu mélangé

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la North Carolina State University ont découvert qu'ils pouvaient séparer les tissus mélangés de coton et de polyester à l'aide d'enzymes, des outils naturels pour accélérer les réactions chimiques. En fin de compte, ils espèrent que leurs découvertes conduiront à un moyen plus efficace de recycler les matériaux composants du tissu, réduisant ainsi les déchets textiles.

Cependant, ils ont également constaté que le processus nécessitait plus d'étapes si le tissu mélangé était teint ou traité avec des produits chimiques qui augmentent la résistance aux plis.

"Nous pouvons séparer tout le coton d'un mélange coton-polyester, ce qui signifie que nous avons maintenant du polyester propre qui peut être recyclé", a déclaré Sonja Salmon, auteure correspondante de l'étude, professeure agrégée d'ingénierie textile, de chimie et de sciences à NC State. "Dans une décharge, le polyester ne se dégrade pas et le coton peut mettre plusieurs mois ou plus à se décomposer. Grâce à notre méthode, nous pouvons séparer le coton du polyester en moins de 48 heures."

Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement, les consommateurs jettent environ 11 millions de tonnes de déchets textiles dans les décharges américaines chaque année. Les chercheurs voulaient développer une méthode de séparation du coton du polyester afin que chaque matériau composant puisse être recyclé.

Dans l'étude, les chercheurs ont utilisé un "cocktail" d'enzymes dans une solution légèrement acide pour hacher la cellulose du coton. La cellulose est le matériau qui structure les parois cellulaires des plantes. L'idée est de hacher la cellulose pour qu'elle "tombe" de la structure tissée mélangée, laissant quelques minuscules fragments de fibre de coton restants, ainsi que du glucose. Le glucose est le sous-produit biodégradable de la cellulose dégradée. Ensuite, leur processus consiste à laver le glucose et à filtrer les fragments de fibre de coton, laissant un polyester propre.

"Il s'agit d'un processus doux - le traitement est légèrement acide, comme l'utilisation de vinaigre", a déclaré Salmon. "Nous l'avons également fait fonctionner à 50 degrés Celsius, ce qui équivaut à la température d'une machine à laver chaude.

"Il est assez prometteur que nous puissions séparer le polyester à un niveau propre", a ajouté Salmon. "Nous avons encore du travail à faire pour caractériser les propriétés du polyester, mais nous pensons qu'elles seront très bonnes car les conditions sont si douces. Nous ajoutons simplement des enzymes qui ignorent le polyester."

Ils ont comparé la dégradation d'un tissu 100 % coton à la dégradation de mélanges de coton et de polyester, et ont également testé un tissu teint avec des colorants réactifs rouges et bleus et traité avec des produits chimiques de presse durables. Afin de décomposer les matériaux teints, les chercheurs ont dû augmenter le temps et les enzymes utilisés. Pour les tissus traités avec des produits chimiques de presse durables, ils devaient utiliser un prétraitement chimique avant d'ajouter les enzymes.

"Le colorant que vous choisissez a un impact important sur la dégradation potentielle du tissu", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Jeannie Egan, étudiante diplômée à NC State. "De plus, nous avons trouvé que le plus gros obstacle jusqu'à présent est la finition infroissable. La chimie derrière cela crée un blocage important pour que l'enzyme accède à la cellulose. Sans le pré-traiter, nous avons obtenu moins de 10 % de dégradation, mais après, avec deux doses d'enzymes, nous avons pu le dégrader complètement, ce qui était un résultat vraiment excitant."

Les chercheurs ont déclaré que le polyester pourrait être recyclé, tandis que la suspension de fragments de coton pourrait être utile comme additif pour le papier ou comme ajout utile aux matériaux composites. Ils étudient également si le glucose pourrait être utilisé pour fabriquer des biocarburants.

"Le lisier est constitué de fragments de coton résiduels qui résistent à une dégradation enzymatique très puissante", a déclaré Salmon. "Il a une valeur potentielle en tant qu'agent de renforcement. Pour le sirop de glucose, nous collaborons sur un projet pour voir si nous pouvons l'introduire dans un digesteur anaérobie pour fabriquer du biocarburant. Nous prendrions des déchets et les transformerions en bioénergie, ce qui serait bien mieux que de le jeter dans une décharge."

L'étude, "Séparation enzymatique des fibres textiles pour le traitement durable des déchets", a été publiée dans Resources, Environment and Sustainability. Les co-auteurs comprenaient Siyan Wang, Jialong Shen, Oliver Baars et Geoffrey Moxley. Le financement a été fourni par la Environmental Research and Education Foundation, Kaneka Corporation et le Department of Textile Engineering, Chemistry and Science de NC State.

-oleniacz-

Remarque aux rédacteurs :Le résumé de l'étude suit.

Séparation enzymatique des fibres textiles pour un traitement durable des déchets

Auteurs : Jeannie Egan, Siyan Wang, Jialong Shen, Oliver Baars, Geoffrey Moxley et Sonja Salmon.

Publié : 8 mars 2023, Ressources, environnement et durabilité

DOI : 10.1016/j.resenv.2023.100118

Abstrait: Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement, environ 11 millions de tonnes de déchets textiles post-consommation (PCTW) sont éliminés chaque année dans des décharges américaines, soit 8 % de tous les déchets solides municipaux. Le PCTW est mis en décharge car il contient des mélanges complexes de fibres naturelles et synthétiques qui ne sont pas faciles à séparer, et les colorants et les produits chimiques de finition sur les tissus interfèrent avec le recyclage. L'objectif de ce travail était de développer un processus à l'échelle du laboratoire pour déconstruire et séparer les tissus coupés en différentes fractions de fibres afin de créer des flux de produits purifiés qui pourraient favoriser le recyclage des textiles. Les paramètres de la méthode ont été sélectionnés à partir de tests préliminaires sur différents types de tissus, suivis d'une évaluation paramétrique avec un ensemble de déchets textiles modèles préparés de manière rationnelle. La combinaison d'une agitation mécanique agressive et d'une hydrolyse catalysée par la cellulase a provoqué la désintégration complète des tissus 100 % coton en une bouillie de < 2 mm de petits solides et de produits de dégradation solubles dans l'eau. La présence de colorants réactifs sur les tissus modèles a inhibé la dégradation, le colorant réactif bifonctionnel créant de plus grandes barrières à la dégradation que le colorant monofonctionnel. Les barrières induites par les colorants ont été surmontées avec suffisamment de temps, de quantité d'enzymes et de traitements répétés. Même si son impact collatéral était une diminution de la résistance initiale à l'éclatement du tissu, la présence d'un fini de presse durable (DP) sur le coton présentait un obstacle important à la dégradation enzymatique. Ceci a été surmonté en incluant des prétraitements acide/alcali au tissu DP avant l'application de l'enzyme. La présence de fibres de polyester dans un mélange coton/polyester a permis au tissu de conserver sa structure tricotée macroscopique, tandis que le coton dégradé par voie enzymatique a été éliminé par lavage et filtration pour donner du polyester propre. Dans tous les cas, les produits de dégradation des tissus ont été séparés par filtration en - selon la sévérité des traitements - des fractions résiduelles de gros solides et de petits solides et un liquide de traitement clarifié contenant des composants solubles. Ces trois fractions ont été quantifiées par gravimétrie et ont été caractérisées par chromatographie liquide à haute performance (HPLC), diffraction des rayons X (XRD), calorimétrie différentielle à balayage (DSC), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), viscosimétrie, microscopie électronique à balayage (SEM ) et la microscopie optique. Les petits solides présents dans les boues après la dégradation du coton pourraient être utiles comme additifs pour le papier, les composites et d'autres produits, tandis que les sirops de traitement riches en glucose pourraient être utilisés pour produire des carburants et des produits chimiques par fermentation, ce qui aiderait à détourner le PCTW des décharges. . Il est important de noter que même lorsque les composants textiles cellulosiques n'étaient pas entièrement dégradés en composés solubles, leur conversion en boues pompables permettait une manipulation facile du matériau dégradé et permettait la récupération des fibres synthétiques non dégradées par simple filtration et lavage.