一种提高涤纶废弃布料酶降解效率的预处理方法

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种提高涤纶废弃布料酶降解效率的预处理方法。

背景技术：

随着人口增长和纺织服装行业的发展，全球产生的废弃纺织品污染也日益严重，尤其是涤纶废弃纺织品。涤纶(pet)是由对苯二甲酸(tpa)和乙二醇(eg)缩聚而成的半结晶热塑型树脂，化学结构稳定、结晶度高，难以生物降解。

目前的涤纶废弃物的回收方法包括填埋、焚烧、机械回收、物理回收、化学回收等，其中最常用的回收方法是化学法。化学法又包括水解法、醇解法、胺解法、氨解法、微波法等，在亚临界水条件下，温度达到260℃时，涤纶大分子断裂，生成对苯二甲酸(tpa)和乙二醇，tpa的收率为99.48％。

上述的废弃涤纶废弃物的回收方法都存在一定缺陷，填埋和焚烧会对土壤和大气造成二次污染；物理回收只能回收具有一定力学性能的纤维；化学回收的工艺相对复杂，且易腐蚀设备，对废弃纺织品的成分要求严格。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种提高涤纶废弃布料酶降解效率的预处理方法，预处理后，利用生物酶法降解回收涤纶废弃物，过程绿色，对环境污染小，可操作性强。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种提高涤纶废弃布料酶降解效率的预处理方法，包括如下步骤：

(1)将洁净、干燥的涤纶废弃布料进行熔融；

(2)将熔融状态的涤纶废弃布料迅速进行降温淬火，使涤纶发生重结晶，降低结晶度；

(3)将步骤(2)处理后的涤纶进行粉碎；

(4)将步骤(3)粉碎后的涤纶加入到含有涤纶降解酶lcc的酶催化体系中，于ph＝8，温度67℃条件下进行涤纶的酶降解。

优选的，步骤(1)中所述洁净、干燥的涤纶废弃布料由如下方法得到：

将涤纶废弃布料进行清洗，去除表面污渍后进行干燥。

优选的，步骤(1)还包括将干燥后的涤纶废弃布料剪裁成碎片的步骤。

优选的，所述碎片的尺寸为8cm*8cm。

优选的，步骤(1)中的熔融在高温均相反应器中进行。

优选的，步骤(1)中的熔融的温度为260～300℃。

优选的，步骤(2)中所述降温淬火的方法为：将熔融状态的涤纶废弃布料快速转入冰块中。

优选的，步骤(2)中所述降温淬火的过程在10s内完成。

优选的，步骤(3)中粉碎至60目的粒径大小。

优选的，步骤(4)所述的酶降解的转速为120rpm/min。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明创新性地利用熔融淬火的技术降低了涤纶废弃布料的结晶度，配合涤纶降解酶lcc及本案选定的特殊的降解条件，从而使废弃涤纶布料从不可酶降解转变成可生物酶降解。该方法大大提高了废弃涤纶的生物酶降解效率，与化学法降解废弃涤纶相比，克服了易污染环境、工艺复杂等缺陷，并给其他废弃纺织布料的处理提供了一种全新思路。

经实施例所展示的数据对比可知，采用本发明利用特定的工艺对涤纶废弃布料的酶降解效率能达到50％。

附图说明

图1是不同温度下涤纶熔融淬火前后的dsc检测图，其中a是原始废弃涤纶材料，b是260℃下熔融淬火后，c是280℃下熔融淬火后，d是300℃下熔融淬火后。

图2是不同熔融温度条件预处理后涤纶酶降解结果图，其中a是280℃熔融淬火预处理，b是280℃熔融淬火预处理，c是300℃熔融淬火预处理。

具体实施案例

实施例1

(1)收集涤纶废弃布料，去除布料上的标签和纽扣后用75％乙醇和去离子水进行消毒和清洗。

(2)将步骤(1)中清洁后的废弃涤纶布料在65℃的烘箱里干燥2h，去除残留的水分，得到干燥的涤纶废弃布料。

(3)将步骤(2)中的干燥涤纶废弃布料裁剪成8cm*8cm的碎片后置于100ml的铝制托盘内进在高温均相反应器中高温熔融，在260℃下熔融后得到熔融状态的涤纶布料。

(4)步骤(3)中的熔融涤纶布料从高温反应器中取出，在10秒内迅速用冰块淬火，从而达到降低结晶度的目的。

(5)将步骤(4)中熔融淬火处理后的涤纶进行粉碎，使粒径减小至40～60目。

(6)将步骤(1)中的原始涤纶布料和步骤(4)中熔融淬火处理后的涤纶布料，各取约3mg进行差示扫描量热法测试(dsc)，检测熔融淬火预处理前后涤纶废弃布料的结晶度变化。

仪器的检测条件：温度范围50～300℃，升降温速率为10℃/min，填充气体为氮气。结晶度计算方法为：

比较熔融淬火处理前的涤纶结晶度(图1a)和熔融淬火处理后的涤纶结晶度(图1b)可知，预处理后的冷结晶峰明显降低，结晶度也明显降低。

(7)原始涤纶的结晶度约为49％，260℃熔融淬火预处理后的结晶度降低至45％。(8)在200ml的血清瓶中加入100ml的pbs缓冲液、1mg的涤纶降解酶lcc、1g步骤(5)得到的涤纶粉末。在磁力搅拌水浴锅中进行酶催化反应，酶催化反应条件：ph8.0，温度67℃，反应48h，转速120rpm/min。

(9)对步骤(8)的降解体系进行定时取样，每隔12h取样一次，直到反应48小时后结束，即在反应12h、24h、36h、48h时取样。

(10)通过高效液相色谱检测降解过程中涤纶降解产物对苯二甲酸(tpa)和副产物mhet的生成，从而计算涤纶的降解率。根据反应12h、24h、36h、48h时的液相出峰面积，计算生成的降解产物tpa和副产物mhet的浓度和产物，从而计算出涤纶的降解率。

(11)260℃下熔融淬火处理的涤纶在经过粉碎后，酶反应48h后产生14.68mg的tpa和8.79mg的mhet，最终的tpa当量为20.21mg(图2a)，涤纶降解率为12.92％。

实施例2

(1)收集涤纶废弃布料，去除布料上的标签和纽扣后用75％乙醇和去离子水进行消毒和清洗。

(2)将步骤(1)中清洁后的废弃涤纶布料在65℃的烘箱里干燥2h，去除残留的水分，得到干燥的涤纶废弃布料。

(3)将步骤(2)中的干燥涤纶废弃布料裁剪成8cm*8cm的碎片后置于100ml的铝制托盘内进在高温均相反应器中高温熔融，在280℃下熔融后得到熔融状态的涤纶布料。

(4)步骤(3)中的熔融涤纶布料从高温反应器中取出，在10秒内迅速用冰块淬火，从而达到降低结晶度的目的。

(5)将步骤(4)中熔融淬火处理后的pet进行粉碎，使粒径减小至40～60目。

(6)将步骤(1)中的原始涤纶布料和步骤(4)中熔融淬火处理后的涤纶布料，各取约3mg进行差示扫描量热法测试(dsc)，检测熔融淬火预处理前后涤纶废弃布料的结晶度变化。

仪器的检测条件：温度范围50～300℃，升降温速率为10℃/min，填充气体为氮气。结晶度计算方法为：

比较熔融淬火处理前的涤纶结晶度(图1a)和熔融淬火处理后的涤纶结晶度(图1c)可知，预处理后的冷结晶峰明显降低，结晶度也明显降低。

(7)原始涤纶的结晶度约为49％，280℃熔融淬火预处理后的结晶度降低至42％。(8)在200ml的血清瓶中加入100ml的pbs缓冲液、1mg的涤纶降解酶lcc、1g步骤(5)得到的涤纶粉末。在磁力搅拌水浴锅中进行酶催化反应，酶催化反应条件：ph8.0，温度67℃，反应48h，转速120rpm/min。

(9)对步骤(8)的降解体系进行定时取样，每隔12h取样一次，直到反应48小时后结束，即在反应12h、24h、36h、48h时取样。

(10)通过高效液相色谱检测降解过程中涤纶降解产物对苯二甲酸(tpa)和副产物mhet的生成，从而计算涤纶的降解率。根据反应12h、24h、36h、48h时的液相出峰面积，计算生成的降解产物tpa和副产物mhet的浓度和产物，从而计算出涤纶的降解率。

(11)280℃下熔融淬火处理的涤纶在经过粉碎后，酶反应48h后产生28.29mg的tpa和14.03mg的mhet，最终的tpa当量为37.45mg(图2b)，涤纶降解率为35.51％。

实施例3

(1)收集涤纶废弃布料，去除布料上的标签和纽扣后用75％乙醇和去离子水进行消毒和清洗。

(2)将步骤(1)中清洁后的废弃涤纶布料在65℃的烘箱里干燥2h，去除残留的水分，得到干燥的涤纶废弃布料。

(3)将步骤(2)中的干燥涤纶废弃布料裁剪成8cm*8cm的碎片后置于100ml的铝制托盘内进在高温均相反应器中高温熔融，在300℃下熔融后得到熔融状态的涤纶布料。

(4)步骤(3)中的熔融涤纶布料从高温反应器中取出，在10秒内迅速用冰块淬火，从而达到降低结晶度的目的。

(5)将步骤(4)中熔融淬火处理后的pet进行粉碎，使粒径减小至40～60目。

(6)将步骤(1)中的原始涤纶布料和步骤(4)中熔融淬火处理后的涤纶布料，各取约3mg进行差示扫描量热法测试(dsc)，检测熔融淬火预处理前后涤纶废弃布料的结晶度变化。

仪器的检测条件：温度范围50～300℃，升降温速率为10℃/min，填充气体为氮气。结晶度计算方法为：

比较熔融淬火处理前的涤纶结晶度(图1a)和熔融淬火处理后的涤纶结晶度(图1d)可知，预处理后的冷结晶峰明显降低，结晶度也明显降低。

(7)原始涤纶的结晶度约为49％，300℃熔融淬火预处理后的结晶度降低至40％。

(8)在200ml的血清瓶中加入100ml的pbs缓冲液、1mg的涤纶降解酶lcc、1g步骤(5)得到的涤纶粉末。在磁力搅拌水浴锅中进行酶催化反应，酶催化反应条件：ph8.0，温度67℃，反应48h，转速120rpm/min。

(9)对步骤(8)的降解体系进行定时取样，每隔12h取样一次，直到反应48小时后结束，即在反应12h、24h、36h、48h时取样。

(10)通过高效液相色谱检测降解过程中涤纶降解产物对苯二甲酸(tpa)和副产物mhet的生成，从而计算涤纶的降解率。根据反应12h、24h、36h、48h时的液相出峰面积，计算生成的降解产物tpa和副产物mhet的浓度和产物，从而计算出涤纶的降解率。

(11)300℃下熔融淬火处理的涤纶在经过粉碎后，酶反应48h后产生38.01mg的tpa和20.99mg的mhet，最终的tpa当量为51.73mg(图2c)，涤纶降解率为50.05％。