Novel approach of rayon fibers recycling based on enzymatic hydrolysis

Abstract

The waste produced in viscose fiber production, which until now has to be disposed of in regular operation, is associated with ecological problems and above all financial losses. In particular, the recovery of flame retardant pigments, which are added to fibers for the production of flame retardant textiles, represents an interesting option to this topic if the recycled pigment can be used as a secondary raw material. The work on hand presents a new method for the recycling of such particle-filled regenerated cellulose fibers. First, the cellulose was degraded by enzymatic hydrolysis and process parameters were determined. In particular, minimal amounts of enzyme and maximum amounts of viscose input required for a thorough hydrolysis were determined and it could be shown that the reaction is strongly temperature-dependent. Thereafter, techniques for separating the liberated pigment from the reaction solution were evaluated, focusing on filtration and sedimentation, whereby both methods showed different separation efficiency. The technology was finally confirmed in a series of experiments on a larger scale. The presented method thus has great potential for industrial application in the field of recycling of cellulose fibers. As a next step, the developed pigment separation should be further optimized and then an upscaling to the pilot scale should be realized.

Der in der Viskosefaserproduktion anfallende Ausschuss, der im regulären Betrieb bisher entsorgt werden muss, ist mit ökologischen Problemen und vor allem finanziellen Verlusten verbunden. Vor allem die Rückgewinnung von Flammschutzpigmenten, die Fasern für die Produktion von Flammschutztextilien zugesetzt werden, stellt in diesem Zusammenhang eine interessante Option dar, wenn das rezyklierte Pigment als Sekundärrohstoff genutzt werden kann. Die vorliegende Arbeit stellt eine neue Methode für das Recycling derartiger, partikelgefüllter Celluloseregeneratfasern vor. Zunächst wurden mittels enzymatischer Hydrolyse die Cellulose aufgeschlossen und die wichtigsten Prozessparameter ermittelt. Hierbei wurden vor allem die minimal nötigen Enzymmengen und die maximalen Viskose-Einsatzmengen für eine vollständige Hydrolyse bestimmt und es konnte gezeigt werden, dass die Reaktion stark temperaturabhängig ist. Daran anschließend wurden Techniken zur Abtrennung des freigesetzten Pigments aus der Reaktionslösung evaluiert, wobei der Fokus auf Filtration und Sedimentation gelegt wurde. Dabei zeigte sich, dass die Trenneffizienz beider Methoden unterschiedlich war. Die Technologie wurde schließlich in einer Versuchsreihe in größerem Maßstab bestätigt. Die vorgestellte Methode besitzt somit großes Potential für die industrielle Anwendung im Bereich Recycling von Cellulosefasern. Als nächster Schritt sollte daher die entwickelte Pigmentabtrennung weiter optimiert und danach ein Upscaling in den Pilotmaßstab realisiert werden.