南洋理工大學(xué)吳榮輝教授，最新Nature系列綜述：紡織廢料“變身”功能纖維

在快時(shí)尚的浪潮下，紡織業(yè)每年都會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物料和碳排放。2024年，全球約有1.2億噸紡織廢料產(chǎn)生，其中80%被填埋或焚燒，僅不足1%被回收利用。這不僅是資源的巨大浪費(fèi)，更造成了沉重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。

特別值得注意的是，棉、蠶絲、羊毛等天然纖維約占全球纖維產(chǎn)量的31%。這些天然纖維具備豐富的回收再利用潛力，但在紡織品的使用與廢棄過(guò)程中會(huì)因磨損、日曬、氧化水解等因素導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，并且回收過(guò)程中的加工工藝也可能造成其分子鏈斷裂、分子量下降。這些情況導(dǎo)致的性能劣化嚴(yán)重阻礙了紡織廢料中天然纖維的回收應(yīng)用。

鑒于此，南洋理工大學(xué)吳榮輝教授團(tuán)隊(duì)近日在《 Nature Reviews Bioengineering》發(fā)表評(píng)論文章”Upcycling textile waste into sustainable functional fibres”，系統(tǒng)闡述了將紡織廢料升級(jí)再造為高價(jià)值功能材料的前沿技術(shù)與無(wú)限可能，為可持續(xù)紡織產(chǎn)業(yè)指明方向。

針對(duì)紡織品中的天然纖維，現(xiàn)有的回收方法主要分為三類：即機(jī)械回收、化學(xué)回收、酶回收。機(jī)械回收是最直接的方法，將廢布料直接粉碎成纖維，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低，但會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷纖維的長(zhǎng)度和強(qiáng)度，不利于開(kāi)發(fā)材料的高價(jià)值應(yīng)用。化學(xué)回收通過(guò)特定的化學(xué)反應(yīng)選擇性地降解并分離出不同的成分，尤其適用于處理復(fù)雜的混紡面料。類似的，酶回收利用酶的高選擇性來(lái)溶解提取天然聚合物。這種方法條件溫和、環(huán)保，但相比較于化學(xué)回收，目前還存在成本較高、速度較慢等問(wèn)題。

文章指出：紡織品的生產(chǎn)中廣泛添加的染料以及各種功能性助劑會(huì)嚴(yán)重干擾回收過(guò)程，影響再生纖維的純度和性能。因此開(kāi)發(fā)高效、環(huán)保的分離技術(shù)是實(shí)現(xiàn)紡織廢料可持續(xù)管理的關(guān)鍵。

圖1、廢棄紡織品中天然纖維的價(jià)值化

除回收工藝外，文章進(jìn)一步聚焦于天然纖維的“升級(jí)再造”——將回收的材料制備加工為性能媲美原材料、甚至具備更強(qiáng)功能性的產(chǎn)品。例如，為了解決“回收纖維分子量的降低會(huì)影響其機(jī)械性能”這一局限性，可以通過(guò)選擇性提取高分子量成分用以制備高強(qiáng)度的“再生纖維”。該策略的可行性已在相關(guān)研究中得到證實(shí)，通過(guò)提取廢棄蠶絲中的重鏈絲素蛋白，生產(chǎn)出的再生絲纖維具有與天然蠶絲相當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度以及更高的模量。在此基礎(chǔ)上，介觀層次重構(gòu)能為再生材料賦予獨(dú)特的機(jī)械、電學(xué)或光學(xué)性能，如通過(guò)微流體紡絲精確調(diào)節(jié)絲纖維的二級(jí)結(jié)構(gòu)，可以將蠶絲固有的親水性和疏水性轉(zhuǎn)化為可編程的濕度響應(yīng)性，從而能夠制造出具有可逆收縮行為的軟致動(dòng)器。

此外，通過(guò)纖維與功能性納米粒子的雜交，能夠產(chǎn)生具有新物理化學(xué)性質(zhì)的復(fù)合材料，顯著拓寬材料的功能應(yīng)用。在智能醫(yī)療領(lǐng)域，使用離子液體處理蠶絲為其附著銀納米粒子，可以制備具有優(yōu)異抗菌性能的傷口敷料和防護(hù)過(guò)濾器；在柔性傳感領(lǐng)域，將鐵酸鋅與再生絲蛋白通過(guò)濕法紡絲結(jié)合，能得到可感知過(guò)氧化氫的纖維，用于生理或環(huán)境監(jiān)測(cè)；在能源方面，通過(guò)將氧化錫納米粒子與廢棉復(fù)合，可以制造出柔軟、高容量的超級(jí)電容器，為可穿戴設(shè)備供電。

綜合上述加工與改性策略，文章探討了廢棄天然纖維被升級(jí)為高功能性設(shè)備的可能性，并從再生纖維的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能特征的角度進(jìn)一步發(fā)掘其應(yīng)用前景（如利用其本征的低分子量特質(zhì)將其摻入高分子量體系中作為增塑劑以提升材料的柔韌性）。在實(shí)踐中，需利用生命周期分析（Life Cycle Assessment）對(duì)各種新型工藝進(jìn)行深入研究，以確保升級(jí)回收過(guò)程在能耗和化學(xué)品使用方面與傳統(tǒng)的處理方法相比具備更優(yōu)的環(huán)境效益。同時(shí)，值得注意的是要實(shí)現(xiàn)真正的循環(huán)經(jīng)濟(jì)不能只著眼于末端的回收和利用，文章最后對(duì)此提出了更具前瞻性的思考：“為循環(huán)而設(shè)計(jì)”——在紡織品生產(chǎn)之初，就應(yīng)優(yōu)先使用單一材料、減少對(duì)共混織物的依賴，并開(kāi)發(fā)易于去除的染料和化學(xué)處理劑。這些舉措不僅能讓回收過(guò)程更簡(jiǎn)單、成本更低，也有助于保護(hù)天然纖維的固有優(yōu)良特性。

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https://www.nature.com/articles/s44222-025-00396-1