纺织领域微塑料问题的研究现状及对策

明津法

（1.青岛大学，山东青岛，266071；2.山东省特型非织造材料工程研究中心，山东青岛，266071；3.生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室，山东青岛，266071）

全球微塑料污染已成为当下日益严重的环境问题。2004 年“微塑料”术语提出，2008 年微塑料定义界定，即直径小于5 mm 的塑料颗粒构成微塑料［1］。至此，微塑料问题研究开启，并成为全球环境领域特别关注的热点问题。在2016 年召开的第二届联合国环境大会上，微塑料问题被列入环境与生态科学领域亟待研究的第二大科学问题。我国环境微塑料的相关研究始于2013 年，从关注水体微塑料污染现状开始。

纤维微塑料是一种微塑料主要的物理形态类型，近年来在海洋、土壤、极地冰川均被检出。难降解纤维材料是纤维微塑料的主要组成。全球微塑料污染的年排放量为80 万t～250 万t，其中来自纺织品脱落纤维约占34.8%（52 万t/年）［2］26。在纺织品的全生命周期中，包括高聚物合成、纺丝成形（短纤、长丝）、纺纱、织造、染整等加工制备的各类机织物、针织物、非织造布、绳缆等，以及纺织产品的后续使用过程，均有纤维微塑料的释放。本研究从纺织领域微塑料问题入手，系统介绍纺织领域微塑料的主要来源、研究进展和检测方法，并总结微塑料的主要消减对策，为纺织行业绿色生产提供参考。

1 纺织领域微塑料问题的研究进展

1.1 纺织领域微塑料的主要来源

纺织领域微塑料来源类型多样，纺织品生产、使用过程中物理磨损和洗涤过程被认为是产生纤维微塑料的主要原因。同时，产业用纺织品（土工、建筑领域）在使用过程中受环境条件、微生物和土壤综合作用，会释放大量纤维微塑料。废旧纺织品的处置不规范，一旦进入自然界，逐渐裂解成碎片，形成纤维微塑料或不规则形状微塑料。此外，社会公共应急事件的发生也是造成纤维微塑料产生的重要原因。当前，全球新型冠状病毒肺炎疫情肆虐，一次性医用口罩、隔离服消耗量剧增，不可避免将产生大量纤维微塑料污染环境。

1.2 家用洗涤微塑料释放研究

衣物等人工合成纤维纺织品的清洗被认为是纺织微塑料污染的重要源头［3］。刘艳等采用模拟家庭洗涤过程研究织物洗涤时微塑料的释放，以及洗涤条件对微塑料释放量的影响。结果表明，每3 g 织物洗涤时释放的微塑料数量在1 300 根～1 500 根，洗涤剂类型、洗涤温度和时间对微塑料的释放量影响较大［4］。CESA F S 等以纺织视角探讨家用洗涤作为微塑料来源的相关考虑，研究发现，家用洗涤过程中纤维微塑料的释放与消费者选择的洗衣参数（水温、洗涤剂）和纺织品特性（纱线类型、织物结构）影响较大［5］。HERNANDEZ E 等在实验室可控条件下模拟家庭洗涤过程，对合成（聚酯）纺织品中释放的微塑料纤维大小和质量进行定量分析，研究过程中考虑织物结构和洗涤条件（洗涤剂的使用、温度、洗涤时间和顺序洗涤），并借助机械力研究纤维脱落倾向。研究发现，洗涤剂的使用对释放的纤维总质量影响最大，洗涤剂成分（液体或粉末）和用量对微塑料释放没有显著影响。洗涤过程添加表面活性剂前后每克织物的微塑料纤维释放量分别为0.025 mg 和0.1 mg，微塑料纤维的整体长度在100 μm～800 μm，与洗涤次数无关。该研究表明，纺纱过程中纱中短纤维含量和织物中纱线毛羽直接导致游离纤维的释放，也为洗涤过程中纤维脱落提供了前提［6］。CAI Y P 等基于12 种聚酯纺织品洗涤测试，系统研究微塑料纤维的释放情况，研究发现，12 种纺织品每次洗涤过程微塑料释放量均超过210 g，微塑料纤维长度在165 μ m～841 μm，样品采用剪刀裁剪微塑料释放量是激光裁剪的3 倍～21 倍［7］。此外，韩其洋等从三方面综述了合成纤维纺织品家庭洗涤释放纤维微塑料的影响因素，包括纺织品特性、洗涤条件和洗涤剂，分析源头控制和拦截及去除措施对微塑料减排的影响，提出纤维微塑料测试条件与定量分析方法的标准化，合成纤维纺织品家庭洗涤释放纤维微塑料的潜在机制以及微塑料拦截及去除技术是未来研究重点［8］。

1.3 纺织品使用过程微塑料释放研究

纺织品因织物组织结构、材质、后整理加工工艺等不同造成使用过程中微塑料释放量存在明显差异。陈贤川等收集市售18 种不同品牌一次性防护口罩，分析口罩使用前后微塑料的释放情况。研究发现，未使用过的口罩每只的微塑料平均释放量为71.7 根～308.3 根，使用后的口罩每只的微塑料平均释放量增加至682.7 根～1 918根，且微塑料以纤维为主并伴有少量碎片［9］。DRIS R 等选择3 个不同室内场地（2 个私人公寓、1 个办公室）研究室内外空气中的纤维量，发现室内浓 度 在1.0 根/m3～60.0 根/m3之 间，室外浓度明显较低，为0.3 根/m3～1.5 根/m3。纤维在室 内环 境 中 的 沉 积 速 率 为1 586 根/（天·m2）～11 130 根/（天·m2），室内环境中67%是天然纤维材料，主要是纤维素类，而其余33%纤维以聚丙烯为主［10］。O′BRIEN S 等在家用通风式干燥机中采集蓝色涤纶/羊毛毯反复洗涤和干燥过程中纤维微塑料释放到空气中或被内置过滤系统中的情况。发现在56 ℃～59 ℃下洗涤20 min，室内蓝色纤维平均为（0.17±0.27）根/m3，干燥机中为（0.05±0.05）根/m3，样品中为（1.6±1.8）根/m3。该研究证实通风式干燥机机械干燥过程是造成微塑料纤维进入室内空气的主要原因［11］。

1.4 其他形式纤维微塑料释放研究

徐晨烨等采集长三角地区22 家印染企业调节池进水及末端出水样品，分析纤维微塑料的丰度、形态、聚合物类型及去除率。研究结果发现，纤维微塑料在进出水口样品中平均丰度为（7 504.8±5 685.9）个/L及（1 272.7±782.2）个/L，其中以聚对苯二甲酸乙二醇酯为主。同时，进水中以100 μm～300 μm 和无色透明的纤维微塑料占主导，处理后出水中尺寸小于100 μm 和有色纤维的比例有所上升［2］31。

水体中微塑料的监测以微塑料颗粒和球体为主，而不是纤维。研究表明，微塑料纤维对水生生物有一些负面影响。微塑料纤维的持续和未来污染可能会干扰水生生态系统的功能。 REBELEIN A 等综述了微塑料纤维在自然界中的丰度、生物利用度以及对水生生物的影响等方面的研究现状，基于这些发现，建议在前瞻性监测研究中纳入微塑料纤维，并进行暴露研究和风险评估［12］。

SCHELLENBERGER S 等选择聚酰胺和聚酯/棉两种织物，并用全氟己烷基侧链氟化聚合物涂覆，洗涤过程释放的纤维在10 μm～500 μm 之间。与聚酯/棉织物相比，聚酰胺织物释放更多的纤维。经过一次旋洗（2 次～15 次家庭洗涤）后，聚酰胺织物和聚酯/棉织物分别释放出240 μg 和1 300 μg 的含氟纤维［13］。

CAI Y P 等开发了一种超声提取方法来量化和表征存在于纺织品中可提取的微塑料纤维。以18 种纺织品生产线上的聚酯纺织品为研究对象，提取的微塑料纤维数量从长丝15 根/g 到超细纤维纺织品45 400 根/g；相比于其他类型纱线160 根/g～230 根/g，转杯纺纱显示出较高的微塑料纤维数量（4 310 根/g）；相比于未整理纺织品，纺织品特殊整理（如起绒、拉绒、纤维超细化）微塑料纤维提取量高5 倍，显示纺织品生产过程摩擦的发生是微塑料纤维形成的另一个因素。研究中大部分微塑料纤维的长度在100 μm～800 μm，这项研究结果有助于减少纺织品生产和整理过程中微塑料纤维的释放［14］。

2 纺织微塑料去除与检测技术

2.1 纺织微塑料去除技术

传统的水中微塑料去除技术如过滤、混凝等已经在实际应用中提高了微塑料去除率，但传统去除技术无法彻底消除微塑料，残留的微塑料会在污泥中沉积，存在回到水环境的可能。陈俊良等从传统水处理工艺改革、纤维微塑料的重视程度、纤维微塑料无害化去除手段的探索、纤维微塑料的资源化利用4 个方面综述了未来纤维微塑料去除技术的发展趋势［15］。董姝楠等以聚酯微塑料为研究对象，分析电解质浓度、电解质类型及pH等水环境因素对其沉降行为的影响规律。研究发现，水环境中聚酯微塑料的沉降随电解质浓度的升高而不断增强，其悬液标准化浓度最低可降至0.64；水中1-2 型电解质（CaCl2、MgCl2）能够促进聚酯微塑料的沉降；同时，水环境中聚酯微塑料的沉降随pH 值的增加而降低［16］。SHEN M C 等采用电凝技术进行废水中微塑料的去除，研究发现，铝阳极对微塑料的去除效果优于铁阳极，同时铝阳极电凝对4 种微塑料的去除率超过82%（pH 为3～10），其中聚乙烯93.2%，聚甲基丙烯酸甲酯91.7%，醋酸纤维素98.2%，聚丙烯98.4%（pH为7.2）［17］。

2.2 纺织微塑料检测技术

TIRKEY A 等综述了适合微塑料采样的方法以及在环境样品中识别微塑料的技术，取样方法包括筛分、过滤、目测分选、消化、密度分离。识别技术包括扫描电镜、红外光谱、核磁共振、拉曼光谱等［18］。刘丹童等开发了显微拉曼光谱的面扫模式技术，提高小尺寸（＜50 μm）微塑料的检出率，在3 种浓度梯度下，不同粒径（5 μm～50 μm）聚苯乙烯微塑料回收率为33.3%～79.0%［19］。HIDALGO-RUZ V 等以68 份研究样本为基础，比较了用于识别和定量海洋环境中微塑料的方法［20］。视觉分类是识别微塑料最常用的方法之一（以类型、形状、降解阶段和颜色为标准）。化学和物理特性（密度）也被使用。红外光谱法是鉴别微塑料化学成分最可靠的方法。此外，用荧光染料标记微塑料是实验室跟踪微塑料的有效工具。然而，基于荧光检测的文献偏向于使用聚苯乙烯和聚乙烯微球，对于非球形形态和环境中常见的其他塑料类型研究较少。KARAKOLIS E G 等介绍了一种热介导微塑料染色方案，将廉价市售荧光分散染料直接稳定地结合到聚合物结构中，用于实验室研究［21］。该研究证实这种微塑料标记方法兼容多种塑料类型包括聚苯乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈，可定制不同颜色和荧光光谱。同时，测定超过72 h 标记塑料的荧光强度，与使用尼罗红染色的现有微塑料染色方法比较，这种染色方法对聚苯乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈的荧光稳定性比对低密度聚乙烯、聚丙烯的荧光稳定性更强。这种染色方法的成本是尼罗红的一半，有助于开发低成本的通用微塑料标记方法，更好地理解微塑料与生物的相互关系研究。

3 消减纺织领域微塑料的主要策略

3.1 发展循环再生技术

中国工程院发布的《废旧化纤纺织品资源再生循环技术发展战略研究报告》显示，“十二五”期间，我国废旧纺织品产生量累计达1.4 亿t，回收利用率不足10%［22］。“十三五”末废旧纺织品产生量可达近2 亿t，将给环境带来巨大压力。自“十三五”以来，纺织行业启动建立废旧纺织品循环利用产业链体系，但进展缓慢。在《纺织行业“十四五”绿色发展指导意见》中提出，引入市场化机制推动废旧纺织品循环利用产业发展，推进旧衣“二手市场”的开放和建立，建立再生产品认证体系等一系列措施，发展循环再生体系和技术，实现纺织微塑料问题的源头治理。

3.2 助推生物可降解纤维应用

随着“限塑令”升级为“禁塑令”，开发生物可降解纤维材料及制品将成为纺织行业重点攻关工程，比如：已二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）等生物可降解纤维材料关键原料的研发，生物基化学纤维（莱赛尔纤维、海藻纤维）产业化技术与装备等。生物可降解纤维材料通常可在一定时间和条件下被微生物或其分泌物分解，但生物可降解纺织品与微塑料消减之间的关系尚不明确，且生物可降解产品在环境中滞留时间相比传统难降解产品缩短较多，有助于降低对环境的危害力度。

4 结语

纺织领域微塑料污染问题已经受到全球关注，其解决策略极具挑战。我国是化学纤维和纺织品生产的第一大国，对纺织领域微塑料问题的成因、消减措施等问题更应加大研究力度，例如：纺织领域微塑料的科学定义、标准化检测方法、源头治理措施等。因此，在以构建绿色低碳循环产业经济为目标的发展路径指引下，有效提升纺织领域全产业链技术水平，促进产业可持续发展，才能有效助推纺织微塑料问题的解决。