明津法

（1.青島大學，山東青島，266071；2.山東省特型非織造材料工程研究中心，山東青島，266071；3.生物多糖纖維成形與生態(tài)紡織國家重點實驗室，山東青島，266071）

全球微塑料污染已成為當下日益嚴重的環(huán)境問題。2004 年“微塑料”術(shù)語提出，2008 年微塑料定義界定，即直徑小于5 mm 的塑料顆粒構(gòu)成微塑料［1］。至此，微塑料問題研究開啟，并成為全球環(huán)境領(lǐng)域特別關(guān)注的熱點問題。在2016 年召開的第二屆聯(lián)合國環(huán)境大會上，微塑料問題被列入環(huán)境與生態(tài)科學領(lǐng)域亟待研究的第二大科學問題。我國環(huán)境微塑料的相關(guān)研究始于2013 年，從關(guān)注水體微塑料污染現(xiàn)狀開始。

纖維微塑料是一種微塑料主要的物理形態(tài)類型，近年來在海洋、土壤、極地冰川均被檢出。難降解纖維材料是纖維微塑料的主要組成。全球微塑料污染的年排放量為80 萬t～250 萬t，其中來自紡織品脫落纖維約占34.8%（52 萬t/年）［2］26。在紡織品的全生命周期中，包括高聚物合成、紡絲成形（短纖、長絲）、紡紗、織造、染整等加工制備的各類機織物、針織物、非織造布、繩纜等，以及紡織產(chǎn)品的后續(xù)使用過程，均有纖維微塑料的釋放。本研究從紡織領(lǐng)域微塑料問題入手，系統(tǒng)介紹紡織領(lǐng)域微塑料的主要來源、研究進展和檢測方法，并總結(jié)微塑料的主要消減對策，為紡織行業(yè)綠色生產(chǎn)提供參考。

1 紡織領(lǐng)域微塑料問題的研究進展

1.1 紡織領(lǐng)域微塑料的主要來源

紡織領(lǐng)域微塑料來源類型多樣，紡織品生產(chǎn)、使用過程中物理磨損和洗滌過程被認為是產(chǎn)生纖維微塑料的主要原因。同時，產(chǎn)業(yè)用紡織品（土工、建筑領(lǐng)域）在使用過程中受環(huán)境條件、微生物和土壤綜合作用，會釋放大量纖維微塑料。廢舊紡織品的處置不規(guī)范，一旦進入自然界，逐漸裂解成碎片，形成纖維微塑料或不規(guī)則形狀微塑料。此外，社會公共應(yīng)急事件的發(fā)生也是造成纖維微塑料產(chǎn)生的重要原因。當前，全球新型冠狀病毒肺炎疫情肆虐，一次性醫(yī)用口罩、隔離服消耗量劇增，不可避免將產(chǎn)生大量纖維微塑料污染環(huán)境。

1.2 家用洗滌微塑料釋放研究

衣物等人工合成纖維紡織品的清洗被認為是紡織微塑料污染的重要源頭［3］。劉艷等采用模擬家庭洗滌過程研究織物洗滌時微塑料的釋放，以及洗滌條件對微塑料釋放量的影響。結(jié)果表明，每3 g 織物洗滌時釋放的微塑料數(shù)量在1 300 根～1 500 根，洗滌劑類型、洗滌溫度和時間對微塑料的釋放量影響較大［4］。CESA F S 等以紡織視角探討家用洗滌作為微塑料來源的相關(guān)考慮，研究發(fā)現(xiàn)，家用洗滌過程中纖維微塑料的釋放與消費者選擇的洗衣參數(shù)（水溫、洗滌劑）和紡織品特性（紗線類型、織物結(jié)構(gòu)）影響較大［5］。HERNANDEZ E 等在實驗室可控條件下模擬家庭洗滌過程，對合成（聚酯）紡織品中釋放的微塑料纖維大小和質(zhì)量進行定量分析，研究過程中考慮織物結(jié)構(gòu)和洗滌條件（洗滌劑的使用、溫度、洗滌時間和順序洗滌），并借助機械力研究纖維脫落傾向。研究發(fā)現(xiàn)，洗滌劑的使用對釋放的纖維總質(zhì)量影響最大，洗滌劑成分（液體或粉末）和用量對微塑料釋放沒有顯著影響。洗滌過程添加表面活性劑前后每克織物的微塑料纖維釋放量分別為0.025 mg 和0.1 mg，微塑料纖維的整體長度在100 μm～800 μm，與洗滌次數(shù)無關(guān)。該研究表明，紡紗過程中紗中短纖維含量和織物中紗線毛羽直接導致游離纖維的釋放，也為洗滌過程中纖維脫落提供了前提［6］。CAI Y P 等基于12 種聚酯紡織品洗滌測試，系統(tǒng)研究微塑料纖維的釋放情況，研究發(fā)現(xiàn)，12 種紡織品每次洗滌過程微塑料釋放量均超過210 g，微塑料纖維長度在165 μ m～841 μm，樣品采用剪刀裁剪微塑料釋放量是激光裁剪的3 倍～21 倍［7］。此外，韓其洋等從三方面綜述了合成纖維紡織品家庭洗滌釋放纖維微塑料的影響因素，包括紡織品特性、洗滌條件和洗滌劑，分析源頭控制和攔截及去除措施對微塑料減排的影響，提出纖維微塑料測試條件與定量分析方法的標準化，合成纖維紡織品家庭洗滌釋放纖維微塑料的潛在機制以及微塑料攔截及去除技術(shù)是未來研究重點［8］。

1.3 紡織品使用過程微塑料釋放研究

紡織品因織物組織結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、后整理加工工藝等不同造成使用過程中微塑料釋放量存在明顯差異。陳賢川等收集市售18 種不同品牌一次性防護口罩，分析口罩使用前后微塑料的釋放情況。研究發(fā)現(xiàn)，未使用過的口罩每只的微塑料平均釋放量為71.7 根～308.3 根，使用后的口罩每只的微塑料平均釋放量增加至682.7 根～1 918根，且微塑料以纖維為主并伴有少量碎片［9］。DRIS R 等選擇3 個不同室內(nèi)場地（2 個私人公寓、1 個辦公室）研究室內(nèi)外空氣中的纖維量，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)濃 度 在1.0 根/m3～60.0 根/m3之 間，室外濃度明顯較低，為0.3 根/m3～1.5 根/m3。纖維在室 內(nèi)環(huán) 境 中 的 沉 積 速 率 為1 586 根/（天·m2）～11 130 根/（天·m2），室內(nèi)環(huán)境中67%是天然纖維材料，主要是纖維素類，而其余33%纖維以聚丙烯為主［10］。O′BRIEN S 等在家用通風式干燥機中采集藍色滌綸/羊毛毯反復洗滌和干燥過程中纖維微塑料釋放到空氣中或被內(nèi)置過濾系統(tǒng)中的情況。發(fā)現(xiàn)在56 ℃～59 ℃下洗滌20 min，室內(nèi)藍色纖維平均為（0.17±0.27）根/m3，干燥機中為（0.05±0.05）根/m3，樣品中為（1.6±1.8）根/m3。該研究證實通風式干燥機機械干燥過程是造成微塑料纖維進入室內(nèi)空氣的主要原因［11］。

1.4 其他形式纖維微塑料釋放研究

徐晨燁等采集長三角地區(qū)22 家印染企業(yè)調(diào)節(jié)池進水及末端出水樣品，分析纖維微塑料的豐度、形態(tài)、聚合物類型及去除率。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，纖維微塑料在進出水口樣品中平均豐度為（7 504.8±5 685.9）個/L及（1 272.7±782.2）個/L，其中以聚對苯二甲酸乙二醇酯為主。同時，進水中以100 μm～300 μm 和無色透明的纖維微塑料占主導，處理后出水中尺寸小于100 μm 和有色纖維的比例有所上升［2］31。

水體中微塑料的監(jiān)測以微塑料顆粒和球體為主，而不是纖維。研究表明，微塑料纖維對水生生物有一些負面影響。微塑料纖維的持續(xù)和未來污染可能會干擾水生生態(tài)系統(tǒng)的功能。 REBELEIN A 等綜述了微塑料纖維在自然界中的豐度、生物利用度以及對水生生物的影響等方面的研究現(xiàn)狀，基于這些發(fā)現(xiàn)，建議在前瞻性監(jiān)測研究中納入微塑料纖維，并進行暴露研究和風險評估［12］。

SCHELLENBERGER S 等選擇聚酰胺和聚酯/棉兩種織物，并用全氟己烷基側(cè)鏈氟化聚合物涂覆，洗滌過程釋放的纖維在10 μm～500 μm 之間。與聚酯/棉織物相比，聚酰胺織物釋放更多的纖維。經(jīng)過一次旋洗（2 次～15 次家庭洗滌）后，聚酰胺織物和聚酯/棉織物分別釋放出240 μg 和1 300 μg 的含氟纖維［13］。

CAI Y P 等開發(fā)了一種超聲提取方法來量化和表征存在于紡織品中可提取的微塑料纖維。以18 種紡織品生產(chǎn)線上的聚酯紡織品為研究對象，提取的微塑料纖維數(shù)量從長絲15 根/g 到超細纖維紡織品45 400 根/g；相比于其他類型紗線160 根/g～230 根/g，轉(zhuǎn)杯紡紗顯示出較高的微塑料纖維數(shù)量（4 310 根/g）；相比于未整理紡織品，紡織品特殊整理（如起絨、拉絨、纖維超細化）微塑料纖維提取量高5 倍，顯示紡織品生產(chǎn)過程摩擦的發(fā)生是微塑料纖維形成的另一個因素。研究中大部分微塑料纖維的長度在100 μm～800 μm，這項研究結(jié)果有助于減少紡織品生產(chǎn)和整理過程中微塑料纖維的釋放［14］。

2 紡織微塑料去除與檢測技術(shù)

2.1 紡織微塑料去除技術(shù)

傳統(tǒng)的水中微塑料去除技術(shù)如過濾、混凝等已經(jīng)在實際應(yīng)用中提高了微塑料去除率，但傳統(tǒng)去除技術(shù)無法徹底消除微塑料，殘留的微塑料會在污泥中沉積，存在回到水環(huán)境的可能。陳俊良等從傳統(tǒng)水處理工藝改革、纖維微塑料的重視程度、纖維微塑料無害化去除手段的探索、纖維微塑料的資源化利用4 個方面綜述了未來纖維微塑料去除技術(shù)的發(fā)展趨勢［15］。董姝楠等以聚酯微塑料為研究對象，分析電解質(zhì)濃度、電解質(zhì)類型及pH等水環(huán)境因素對其沉降行為的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，水環(huán)境中聚酯微塑料的沉降隨電解質(zhì)濃度的升高而不斷增強，其懸液標準化濃度最低可降至0.64；水中1-2 型電解質(zhì)（CaCl2、MgCl2）能夠促進聚酯微塑料的沉降；同時，水環(huán)境中聚酯微塑料的沉降隨pH 值的增加而降低［16］。SHEN M C 等采用電凝技術(shù)進行廢水中微塑料的去除，研究發(fā)現(xiàn)，鋁陽極對微塑料的去除效果優(yōu)于鐵陽極，同時鋁陽極電凝對4 種微塑料的去除率超過82%（pH 為3～10），其中聚乙烯93.2%，聚甲基丙烯酸甲酯91.7%，醋酸纖維素98.2%，聚丙烯98.4%（pH為7.2）［17］。

2.2 紡織微塑料檢測技術(shù)

TIRKEY A 等綜述了適合微塑料采樣的方法以及在環(huán)境樣品中識別微塑料的技術(shù)，取樣方法包括篩分、過濾、目測分選、消化、密度分離。識別技術(shù)包括掃描電鏡、紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜等［18］。劉丹童等開發(fā)了顯微拉曼光譜的面掃模式技術(shù)，提高小尺寸（＜50 μm）微塑料的檢出率，在3 種濃度梯度下，不同粒徑（5 μm～50 μm）聚苯乙烯微塑料回收率為33.3%～79.0%［19］。HIDALGO-RUZ V 等以68 份研究樣本為基礎(chǔ)，比較了用于識別和定量海洋環(huán)境中微塑料的方法［20］。視覺分類是識別微塑料最常用的方法之一（以類型、形狀、降解階段和顏色為標準）。化學和物理特性（密度）也被使用。紅外光譜法是鑒別微塑料化學成分最可靠的方法。此外，用熒光染料標記微塑料是實驗室跟蹤微塑料的有效工具。然而，基于熒光檢測的文獻偏向于使用聚苯乙烯和聚乙烯微球，對于非球形形態(tài)和環(huán)境中常見的其他塑料類型研究較少。KARAKOLIS E G 等介紹了一種熱介導微塑料染色方案，將廉價市售熒光分散染料直接穩(wěn)定地結(jié)合到聚合物結(jié)構(gòu)中，用于實驗室研究［21］。該研究證實這種微塑料標記方法兼容多種塑料類型包括聚苯乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈，可定制不同顏色和熒光光譜。同時，測定超過72 h 標記塑料的熒光強度，與使用尼羅紅染色的現(xiàn)有微塑料染色方法比較，這種染色方法對聚苯乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈的熒光穩(wěn)定性比對低密度聚乙烯、聚丙烯的熒光穩(wěn)定性更強。這種染色方法的成本是尼羅紅的一半，有助于開發(fā)低成本的通用微塑料標記方法，更好地理解微塑料與生物的相互關(guān)系研究。

3 消減紡織領(lǐng)域微塑料的主要策略

3.1 發(fā)展循環(huán)再生技術(shù)

中國工程院發(fā)布的《廢舊化纖紡織品資源再生循環(huán)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》顯示，“十二五”期間，我國廢舊紡織品產(chǎn)生量累計達1.4 億t，回收利用率不足10%［22］?！笆濉蹦U舊紡織品產(chǎn)生量可達近2 億t，將給環(huán)境帶來巨大壓力。自“十三五”以來，紡織行業(yè)啟動建立廢舊紡織品循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)鏈體系，但進展緩慢。在《紡織行業(yè)“十四五”綠色發(fā)展指導意見》中提出，引入市場化機制推動廢舊紡織品循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進舊衣“二手市場”的開放和建立，建立再生產(chǎn)品認證體系等一系列措施，發(fā)展循環(huán)再生體系和技術(shù)，實現(xiàn)紡織微塑料問題的源頭治理。

3.2 助推生物可降解纖維應(yīng)用

隨著“限塑令”升級為“禁塑令”，開發(fā)生物可降解纖維材料及制品將成為紡織行業(yè)重點攻關(guān)工程，比如：已二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚羥基丁酸戊酸酯（PHBV）等生物可降解纖維材料關(guān)鍵原料的研發(fā)，生物基化學纖維（萊賽爾纖維、海藻纖維）產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與裝備等。生物可降解纖維材料通?？稍谝欢〞r間和條件下被微生物或其分泌物分解，但生物可降解紡織品與微塑料消減之間的關(guān)系尚不明確，且生物可降解產(chǎn)品在環(huán)境中滯留時間相比傳統(tǒng)難降解產(chǎn)品縮短較多，有助于降低對環(huán)境的危害力度。

4 結(jié)語

紡織領(lǐng)域微塑料污染問題已經(jīng)受到全球關(guān)注，其解決策略極具挑戰(zhàn)。我國是化學纖維和紡織品生產(chǎn)的第一大國，對紡織領(lǐng)域微塑料問題的成因、消減措施等問題更應(yīng)加大研究力度，例如：紡織領(lǐng)域微塑料的科學定義、標準化檢測方法、源頭治理措施等。因此，在以構(gòu)建綠色低碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟為目標的發(fā)展路徑指引下，有效提升紡織領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平，促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，才能有效助推紡織微塑料問題的解決。