Using supercritical carbon dioxide for textile discoloration as part of textile recycling

Nowadays, textile industry poses real environment problems by its massive pollution footprint which became an imminent threat for the human being prosperity, due to: i) high greenhouse gases’ (GHG’s) global emissions reasoning in energy usage and non-renewable resources exploitation; ii) increased freshwater consumption; iii) huge amounts of waste (textiles, wastewater, and chemicals) - only textile mills generate one-fifth of the world’s industrial water pollution and use overall 20 000 chemicals, many of them carcinogenic150; Creating socially and environmentally sustainable textile recycling loops requires a lot of effort from all industries: textile, chemicals, processing, as well as fashion, considering that nowadays less than 1% of the textile waste is recycled into products of the same value (upcycling)1. Textile recycling paradigm is complex and has some adjacent problems, such as the presence of colour in waste textile, which is treated as chemical waste, and the current textile fibre blending, i.e., mix of more than one fibre type in a single product. Therefore, this research project aims to promote a closed loop textile recycling process by using pressurized natural gas, in the form of supercritical carbon dioxide (scCO2), for colour/pigment recovery from waste textile materials prior to their recycling. The chosen materials were selected from available commercial textiles which were dyed either using wet or dry dyeing processes. A selection of most used textile fibres was made, and the most representative synthetic and natural ones were considered in this research. As such, three different PET fibres, as well as nylon, cotton and wool fibres were used. Colour extraction results were confirmed by colour yield calculated using K/S values, revealing best results for PET materials which were previously dyed with the same technology (approx. 94% colour was recovered) proving the reversibility of dyeing process in scCO2 for this fibre, being followed by a good colour recovery from PET dyed with conventional wet process (77.0% of colour was removed). Despite nylon was successfully dyed using scCO2 process (K/S value of 6.8), its discoloration was unsatisfied (only 2% colour was removed). Moreover, natural fibres registered hardly any discoloration in scCO2. Furthermore, SEM results evidenced that fibres morphology and surface do not suffer any change when exposing to scCO2 pressurization and depressurization rates. Regarding natural fibres and nylon, the efforts should be focus on the pre-treatment stage as well as in changing the paradigm of dyeing process. However, for PET fibre, the attention needs to be directed to the development of this process, since scCO2 colour extraction is possible and effective, which represents an environmental friendly process that definitely contributes to the carbon capture and utilization (CCU) policies, emphasizing a closed loop recycling process.Atualmente, a indústria têxtil promove sérios problemas ambientais devido à sua enorme pegada ecológica, tornando-se numa ameaça iminente para a prosperidade do ser humano, devido a: i) elevados teores de emissões globais referentes a gases de efeito estufa, com preponderância no consumo de energia e na exploração de recursos não renováveis; ii) excesso de consumo de água doce; iii) enormes quantidades de resíduos (têxteis, águas residuais e produtos químicos) - apenas as fábricas têxteis geram um quinto da poluição global de água residual e utilizam globalmente 20 000 produtos químicos, muitos deles cancerígenos150; A criação de ciclos de reciclagem têxtil ambientalmente sustentáveis requer muito esforço por parte de todas as indústrias: têxtil, química e processual, bem como a da moda, considerando que hoje menos de 1% dos resíduos têxteis são reciclados em produtos do mesmo valor (upcycling)1. O paradigma da reciclagem têxtil é complexo e tem problemas adjacentes, como a presença de cor na roupa, que é tratada como um resíduo químico na sua reciclagem, e a atual mistura de mais de um tipo de fibra num único produto têxtil, designado de blending. Assim, este projeto de investigação visa promover um processo de reciclagem têxtil closed loop através da utilização de gás natural pressurizado, sob a forma de dióxido de carbono supercrítico (scCO2), para a recuperação de corantes/pigmentos de resíduos têxteis antes da sua reciclagem. Os materiais escolhidos foram selecionados a partir de produtos comerciais disponíveis, que foram tingidos utilizando tanto processos de tingimento a húmido, com água, como a seco, com scCO2. Foi feita uma seleção das fibras têxteis mais utilizadas, tendo sido consideradas as mais representativas no mercado. Como tal, foram utilizadas três diferentes fibras de PET (Tereftalato de polietileno), bem como fibras de nylon, algodão e lã. Os resultados da extração de cor foram confirmados pelo cálculo do rendimento da cor com base nos valores K/S, revelando melhores resultados para a amostra de PETque foi previamente tingida através da mesma tecnologia (aprox. 94% do corante foi recuperado), comprovando a reversibilidade do processo de tingimento em scCO2 para esta fibra. De forma complementar, uma amostra de PET previamente tingida com água, obteve também um bom resultado, com 77.0% da cor removida pelo scCO2. Apesar de uma amostra de nylon ter sido tingida com sucesso neste meio (valor K/S de 6.8), a sua descoloração não foi satisfatória (apenas 2% de cor extraída). Além disso, as fibras naturais registaram aproximadamente 0% de descoloração. Adicionalemente, observou-se que a morfologia e superfície das fibras não sofrem qualquer alteração após a pressurização e despressurização de CO2. Assim sendo, quanto às fibras naturais e ao nylon, os esforços devem centrar-se na fase de pré-tratamento, bem como na alteração do paradigma do processo de tingimento. No entanto, para a fibra de PET, a atenção deve ser direcionada para o desenvolvimento deste processo, uma vez que a extração de corantes com scCO2 é possível e eficaz, representando assim um processo ecológico e que contribui definitivamente para as políticas de captura e utilização de carbono (CCU), enfatizando um processo de reciclagem closed loop