在快时尚的浪潮下，纺织业每年都会产生大量废弃物料和碳排放。2024年，全球约有1.2亿吨纺织废料产生，其中80%被填埋或焚烧，仅不足1%被回收利用。这不仅是资源的巨大浪费，更造成了沉重的环境负担。 特别值得注意的是，棉、蚕丝、羊毛等天然纤维约占全球纤维产量的31%。这些天然纤维具备丰富的回收再利用潜力，但在纺织品的使用与废弃过程中会因磨损、日晒、氧化水解等因素导致结构损坏，并且回收过程中的加工工艺也可能造成其分子链断裂、分子量下降。这些情况导致的性能劣化严重阻碍了纺织废料中天然纤维的回收应用。 鉴于此，南洋理工大学吴荣辉教授团队近日在《Nature Reviews Bioengineering》发表评论文章”Upcycling textile waste into sustainable functional fibres”，系统阐述了将纺织废料升级再造为高价值功能材料的前沿技术与无限可能，为可持续纺织产业指明方向。
针对纺织品中的天然纤维，现有的回收方法主要分为三类即机械回收、化学回收、酶回收。机械回收是最直接的方法，将废布料直接粉碎成纤维，其优点是简单、成本低，但会严重损伤纤维的长度和强度，不利于开发材料的高价值应用。化学回收通过特定的化学反应选择性地降解并分离出不同的成分，尤其适用于处理复杂的混纺面料。类似的，酶回收利用酶的高选择性来溶解提取天然聚合物。这种方法条件温和、环保，但相比较于化学回收，目前还存在成本较高、速度较慢等问题。 文章指出，纺织品的生产中广泛添加的染料以及各种功能性助剂会严重干扰回收过程，影响再生纤维的纯度和性能。因此开发高效、环保的分离技术是实现纺织废料可持续管理的关键。 图1、废弃纺织品中天然纤维的价值化 除回收工艺外，文章进一步聚焦于天然纤维的“升级再造”——将回收的材料制备加工为性能媲美原材料、甚至具备更强功能性的产品。例如，为了解决“回收纤维分子量的降低会影响其机械性能”这一局限性，可以通过选择性提取高分子量成分用以制备高强度的“再生纤维”。该策略的可行性已在相关研究中得到证实，通过提取废弃蚕丝中的重链丝素蛋白，生产出的再生丝纤维具有与天然蚕丝相当的抗拉强度以及更高的模量。在此基础上，介观层次重构能为再生材料赋予独特的机械、电学或光学性能，如通过微流体纺丝精确调节丝纤维的二级结构，可以将蚕丝固有的亲水性和疏水性转化为可编程的湿度响应性，从而能够制造出具有可逆收缩行为的软致动器。 此外，通过纤维与功能性纳米粒子的配合，能够产生具有新物理化学性质的复合材料，显著拓宽材料的功能应用。在智能医疗领域，使用离子液体处理蚕丝为其附着银纳米粒子，可以制备具有优异抗菌性能的伤口敷料和防护过滤器；在柔性传感领域，将铁酸锌与再生丝蛋白通过湿法纺丝结合，能得到可感知过氧化氢的纤维，用于生理或环境监测；在能源方面，通过将氧化锡纳米粒子与废棉复合，可以制造出柔软、高容量的超级电容器，为可穿戴设备供电。 综合上述加工与改性策略，文章探讨了废弃天然纤维被升级为高功能性设备的可能性，并从再生纤维的独特结构和性能特征的角度进一步发掘其应用前景（如利用其本征的低分子量特质将其掺入高分子量体系中作为增塑剂以提升材料的柔韧性）。在实践中，需利用生命周期分析（Life Cycle Assessment）对各种新型工艺进行深入研究，以确保升级回收过程在能耗和化学品使用方面与传统的处理方法相比具备更优的环境效益。同时，值得注意的是要实现真正的循环经济不能只着眼于末端的回收和利用，文章最后对此提出了更具前瞻性的思考：“为循环而设计”——在纺织品生产之初，就应优先使用单一材料、减少对共混织物的依赖，并开发易于去除的染料和化学处理剂。这些举措不仅能让回收过程更简单、成本更低，也有助于保护天然纤维的固有优良特性。