两项纺织技术入选《全球工程前沿2022》

12月15日，中国工程院、科睿唯安和高等教育出版社在北京联合发布《2022全球工程前沿》报告。报告围绕机械与运载工程、信息与电子工程、化工冶金与材料工程、能源与矿业工程、土木水利与建筑工程、环境与轻纺工程、农业、医药卫生、工程管理9个领域，遴选出年度工程研究前沿95项和工程开发前沿93项。其中，新型天然纤维素纤维的提取与研发、个人防护装备的回收再利用两项纺织技术入选。

一、新型天然纤维素纤维的提取与研发

在当前石化资源日益匮乏，环境问题愈发严重的情况下，天然纤维素纤维凭借其资源丰富、性能独特、原料可再生、废弃后可自然降解且对环境无毒无害等绿色清洁环保的特性得到了人们越来越多的关注。天然纤维素纤维是以纤维素为主要组成物质的一类天然纤维，其来源于植物，故又被称为植物纤维，具有良好的环境相容性。新型天然纤维素纤维的研发与应用对当今资源利用和环境保护具有重要意义。

当前纤维素科学的研究难点主要有以下几个方面：一是天然纤维素纤维的提取；二是纤维素溶解体系的研究；三是新型功能性天然纤维素纤维的研发。其中，如何清洁、高效地把纤维素从植物细胞壁（天然纤维）中分离出来尤为重要。植物细胞壁结构十分复杂，外层覆盖有蜡质、无机盐等保护层，内部纤维素与半纤维素、木质素等化学成分紧密相连，纤维素微原纤中结晶区和非结晶区共存，这些都给纤维素的分离提取带来阻碍。当前常用的分离提取技术是生物法和化学法，生物法提取后得到的纤维素含有大量的胶质且生物酶的活力较差。化学法使用最为广泛，但也存在工艺复杂、能耗高等问题。因此，新型天然纤维素纤维的绿色、高效分离提取与研发是进一步实现高附加值功能性天然纤维素纤维纺织品发展的重要研究方向。

二、个人防护装备的回收再利用

个人防护装备(personal protective equipment,PPE)是旨在保护穿戴者的身体免受伤害或感染的防护服、头盔、口罩、护目镜等保护用具。自新型冠状病毒肺炎（以下简称新冠肺炎）疫情以来，全球对一次性医用口罩、防护服等PPE医疗物资的需求不断攀升，伴随着一次性医疗卫生用品的应用，相关废弃物带来了难以估量的环境污染。据海洋保护组织发表的一篇报道显示，2020年全球共生产约520亿只口罩，其中至少15.6亿只口罩流入海洋，而降解这些口罩至少需要450年，降解过程中会对地球生态环境造成难以预估的破坏。卫生方面，以在多个不同环境中佩戴4小时后的口罩为例，口罩外侧菌落平均有1096个，内侧菌落有1840个，口罩丢弃后，口罩表面附着的细菌随口罩分散在我们生活的各个角落，同时大量废弃的一次性口罩所产生的资源浪费日益严重。因此，废弃防护装备(PPE)的回收再利用已成为迫在眉睫的问题。

新冠肺炎疫情的全球暴发，使废弃个人防护装备尤其是废弃一次性医用口罩的回收利用与升级再造成为国内外新形势下的重要课题。以一次性医用口罩为例，其一般由两层纺粘非织造材料中间复合一层熔喷非织造材料为主体，以及附属的耳带和鼻夹组成。主体部分以聚丙烯(PP)为原材料，外层和内层纺粘非织造材料的主要作用是防水、防溅射，同时提供一定的强力支撑，避免里层的熔喷非织造材料因强力过低而损坏；中间层的熔喷非织造材料主要起过滤作用，熔喷非织造材料纤维直径小(2um左右)，纤维网孔径小、孔隙率大。复合后的口罩经过静电驻极后能有效吸附粉尘颗粒，捕获细菌及病毒飞沫。

目前，废弃一次性医用口罩的回收处理方法主要有填埋法、焚烧法、物理回收利用和化学回收利用四大类。填埋法利用微生物分解口罩，降解时间长，且对土壤有污染。焚烧法将燃烧产生的热量用于发电及机械驱动，特点是工艺成熟、简单，有较大的使用范围，但环境污染严重、产能低、资源利用率低。物理回收利用是在物理机械作用下将废弃一次性医用口罩破碎成规定尺寸，与其他材料混合均匀后在热效应、压力或两者协同作用下粘连形成新的产物，特点是工艺较成熟、流程简单，但制得的产物产品价值低、资源利用率低。化学回收利用在处理废弃一次性医用口罩方面的应用较成功，通过化学反应将聚合物大分子转化为小分子化合物进一步利用，或使废弃口罩中特定基团与化学试剂反应生成新的产物，特点是产品的附加值较高、绿色环保，但部分试剂对环境有污染，可以寻找绿色环保的试剂替代。

总之，在形成全民意识进行废弃口罩分类处理的基础上，通过探索口罩相关材料分解、重构和再次功能化的机制，研发新型选择性绿色催化剂、降解剂，以及原位协同检测技术，设计合成下一代可化学循环的口罩材料，制定新型口罩标准，开发利用现有废弃一次性医用口罩剩余价值的新思路等途径，将大大助力废弃一次性医用口罩的升级再造，从而实现变“废”为“宝”，为社会可持续发展做出贡献。在后疫情时代常态化防治需求的背景下，补足我国医疗废物处置的能力短板，建立健全应急响应机制，是我国完善重大疫情防控体制的应有之义，更是构筑国家公共卫生领域安全屏障的重要支撑。而医疗废物回收再利用，需要通过创新开发来实现。近年来，我国在废旧纺织品回收再利用发展研究中的投入在全球名列前茅，个人防护装备的回收再利用技术不断创新。

近年来的技术核心专利中，我国公开量高达974项，占所有公开专利的97.99%，其次为美国和韩国，我国个人防护装备的回收再利用技术专利总量远高于美国、俄罗斯、日本等国家。从平均被引数来看，我国专利平均被引数仅为0.63，远低于美国、俄罗斯、日本等国家，个人防护装备的回收再利用技术原创仍较少，创新不足，影响力不够。从排名前十的核心专利产出机构来看，其中排名前两位的机构分别为我国的顺叱华（青岛）智能科技有限公司和博思英诺科技（北京）有限公司，但是它们的专利被引数和平均被引数都较低。各主要国家、机构间不存在研发合作关系，产业化程度较低，针对个人防护装备的回收再利用技术产-学-研合作仍有很大空间。我们应该进一步加强与其他国家、机构间的交流合作，进一步提升我国在这一领域的创新能力，在技术开发方面也应破除“唯数量论”，增加科研产出影响力的相关评估，以激励科研机构注重研究的质量与影响力，促进大学机构与企业之间的产学研结合，促进学科领域的长足发展。

“个人防护装备回收再利用”工程开发前沿的发展路线

“个人防护装备的回收再利用”工程开发前沿中核心专利的主要产出国家

“个人防护装备的回收再利用”工程开发前沿中核心专利的主要产出机构

中国工程院自2017年起联合科睿唯安、高等教育出版社开展全球工程前沿研究，既关注工程科技的研究动向，也关注工程科技的开发趋势。报告每年发布一次。