Evaluation on the degradation of wool fibres via enzymatic hydrolysis from wool/polyester/elastane textile waste

Abstract

The textile industry is a major contributor to greenhouse gas emissions and a major consumer of primary raw materials. Developing new recycling technologies to recover a share of these valuable products are to be researched more profoundly. The recycling of multi-material textiles displays a major challenge, particularly in the presence of robust natural fibres such as wool. This thesis explores biochemical recycling routes by applying a series of novel subtilisin proteases to recover pure polyester and elastane fibres. Enzymatic hydrolysis was applied to pre-consumer textile waste containing polyester, wool and elastane to decompose the wool fibres. A set of different experimental setups were tested on pure wool samples using sodium bisulfite and sodium dodecyl sulphate. The optimal setup was applied to pre-consumer textile waste using different proteases followed by parameter studies. Kinetic studies were performed to evaluate the progression of the hydrolysis allowing to identify the minimum reaction time of 8 hours. Differential Scanning Calorimetry and Scanning Electron Microscopy confirmed the full removal of wool and the intactness of the polyester fibres. Keratin hydrolysate was produced and characterized qualitatively and quantitatively.

Die Textilindustrie zählt zu den Hauptemittenten von Treibhausgasen und ist einer der größten Verbraucher von primären Rohstoffen. Die Entwicklung neuer Technologien für die Wiedergewinnung der wertvollen Rohstoffe aus Textilabfällen erfordert weiters umfangreiche Forschungsarbeit. Die Rezyklierung von Textilien, welche aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind, stellt eine große Herausforderung dar, insbesondere wenn robuste natürliche Fasern wie Wolle vorkommen. In dieser Diplomarbeit wurden mögliche biochemische Recyclingrouten untersucht. Hierfür wurde eine Reihe an neuartigen Subtilisin Proteasen getestet, um reines Polyester und Elastan aus Industrieabfällen mittels enzymatischer Hydrolyse zu gewinnen. Unter Zuhilfenahme von Natriumhydrogensulfit und Natriumdodecylsulfat wurden mehrere experimentelle Versuchsanordnungen an purer Wolle getestet. Die optimalen Bedingungen wurden auf eine Textilprobe angewandt. Dabei wurden mehrere Proteasen unter verschiedenen Bedingungen getestet und weitere Parameterstudien durchgeführt. Der zeitliche Verlauf der Hydrolyse wurde mittels kinetischer Studien untersucht, wobei minimale Reaktionslaufzeit von acht Stunden identifiziert worden sind. Mittels Differntialthermoanalyse und Rasterelektronenmikroskopie konnte die Unversehrtheit der Polyesterfasern und die vollständige Entfernung der Wollfasern bestätigt werden. Es konnte Keratinhydrolysat hergestellt werden, welches in weiterer Folge qualitativ und quantitativ charakterisiert wurde.