12月15日，中國(guó)工程院、科睿唯安和高等教育出版社在北京聯(lián)合發(fā)布 《2022全球工程前沿》報(bào)告。報(bào)告圍繞機(jī)械與運(yùn)載工程、信息與電子工程、化工冶金與材料工程、能源與礦業(yè)工程、土木水利與建筑工程、環(huán)境與輕紡工程、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、工程管理9個(gè)領(lǐng)域，遴選出年度工程研究前沿95項(xiàng)和工程開(kāi)發(fā)前沿93項(xiàng)。其中， 新型天然纖維素纖維的提取與研發(fā)、個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用兩項(xiàng)紡織技術(shù)入選。

一、新型天然纖維素纖維的提取與研發(fā)

在當(dāng)前石化資源日益匱乏，環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重的情況下，天然纖維素纖維憑借其資源豐富、性能獨(dú)特、原料可再生、廢棄后可自然降解且對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害等綠色清潔環(huán)保的特性得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。天然纖維素纖維是以纖維素為主要組成物質(zhì)的一類(lèi)天然纖維，其來(lái)源于植物，故又被稱(chēng)為植物纖維，具有良好的環(huán)境相容性。新型天然纖維素纖維的研發(fā)與應(yīng)用對(duì)當(dāng)今資源利用和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

當(dāng)前纖維素科學(xué)的研究難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：一是天然纖維素纖維的提取；二是纖維素溶解體系的研究；三是新型功能性天然纖維素纖維的研發(fā)。其中，如何清潔、高效地把纖維素從植物細(xì)胞壁（天然纖維）中分離出來(lái)尤為重要。植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，外層覆蓋有蠟質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽等保護(hù)層，內(nèi)部纖維素與半纖維素、木質(zhì)素等化學(xué)成分緊密相連，纖維素微原纖中結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)共存，這些都給纖維素的分離提取帶來(lái)阻礙。當(dāng)前常用的分離提取技術(shù)是生物法和化學(xué)法，生物法提取后得到的纖維素含有大量的膠質(zhì)且生物酶的活力較差。化學(xué)法使用最為廣泛，但也存在工藝復(fù)雜、能耗高等問(wèn)題。因此，新型天然纖維素纖維的綠色、高效分離提取與研發(fā)是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高附加值功能性天然纖維素纖維紡織品發(fā)展的重要研究方向。

二、個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用

個(gè)人防護(hù)裝備(personal protective equipment,PPE)是旨在保護(hù)穿戴者的身體免受傷害或感染的防護(hù)服、頭盔、口罩、護(hù)目鏡等保護(hù)用具。自新型冠狀病毒肺炎（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新冠肺炎）疫情以來(lái)，全球?qū)σ淮涡葬t(yī)用口罩、防護(hù)服等PPE醫(yī)療物資的需求不斷攀升，伴隨著一次性醫(yī)療衛(wèi)生用品的應(yīng)用，相關(guān)廢棄物帶來(lái)了難以估量的環(huán)境污染。據(jù)海洋保護(hù)組織發(fā)表的一篇報(bào)道顯示，2020年全球共生產(chǎn)約520億只口罩，其中至少15.6億只口罩流入海洋，而降解這些口罩至少需要450年，降解過(guò)程中會(huì)對(duì)地球生態(tài)環(huán)境造成難以預(yù)估的破壞。衛(wèi)生方面，以在多個(gè)不同環(huán)境中佩戴4小時(shí)后的口罩為例，口罩外側(cè)菌落平均有1096個(gè)，內(nèi)側(cè)菌落有1840個(gè)，口罩丟棄后，口罩表面附著的細(xì)菌隨口罩分散在我們生活的各個(gè)角落，同時(shí)大量廢棄的一次性口罩所產(chǎn)生的資源浪費(fèi)日益嚴(yán)重。因此，廢棄防護(hù)裝備(PPE)的回收再利用已成為迫在眉睫的問(wèn)題。

新冠肺炎疫情的全球暴發(fā)，使廢棄個(gè)人防護(hù)裝備尤其是廢棄一次性醫(yī)用口罩的回收利用與升級(jí)再造成為國(guó)內(nèi)外新形勢(shì)下的重要課題。以一次性醫(yī)用口罩為例，其一般由兩層紡粘非織造材料中間復(fù)合一層熔噴非織造材料為主體，以及附屬的耳帶和鼻夾組成。主體部分以聚丙烯(PP)為原材料，外層和內(nèi)層紡粘非織造材料的主要作用是防水、防濺射，同時(shí)提供一定的強(qiáng)力支撐，避免里層的熔噴非織造材料因強(qiáng)力過(guò)低而損壞；中間層的熔噴非織造材料主要起過(guò)濾作用，熔噴非織造材料纖維直徑小(2um左右)，纖維網(wǎng)孔徑小、孔隙率大。復(fù)合后的口罩經(jīng)過(guò)靜電駐極后能有效吸附粉塵顆粒，捕獲細(xì)菌及病毒飛沫。

目前，廢棄一次性醫(yī)用口罩的回收處理方法主要有填埋法、焚燒法、物理回收利用和化學(xué)回收利用四大類(lèi)。填埋法利用微生物分解口罩，降解時(shí)間長(zhǎng)，且對(duì)土壤有污染。焚燒法將燃燒產(chǎn)生的熱量用于發(fā)電及機(jī)械驅(qū)動(dòng)，特點(diǎn)是工藝成熟、簡(jiǎn)單，有較大的使用范圍，但環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)能低、資源利用率低。物理回收利用是在物理機(jī)械作用下將廢棄一次性醫(yī)用口罩破碎成規(guī)定尺寸，與其他材料混合均勻后在熱效應(yīng)、壓力或兩者協(xié)同作用下粘連形成新的產(chǎn)物，特點(diǎn)是工藝較成熟、流程簡(jiǎn)單，但制得的產(chǎn)物產(chǎn)品價(jià)值低、資源利用率低。化學(xué)回收利用在處理廢棄一次性醫(yī)用口罩方面的應(yīng)用較成功，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將聚合物大分子轉(zhuǎn)化為小分子化合物進(jìn)一步利用，或使廢棄口罩中特定基團(tuán)與化學(xué)試劑反應(yīng)生成新的產(chǎn)物，特點(diǎn)是產(chǎn)品的附加值較高、綠色環(huán)保，但部分試劑對(duì)環(huán)境有污染，可以尋找綠色環(huán)保的試劑替代。

總之，在形成全民意識(shí)進(jìn)行廢棄口罩分類(lèi)處理的基礎(chǔ)上，通過(guò)探索口罩相關(guān)材料分解、重構(gòu)和再次功能化的機(jī)制，研發(fā)新型選擇性綠色催化劑、降解劑，以及原位協(xié)同檢測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)合成下一代可化學(xué)循環(huán)的口罩材料，制定新型口罩標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)有廢棄一次性醫(yī)用口罩剩余價(jià)值的新思路等途徑，將大大助力廢棄一次性醫(yī)用口罩的升級(jí)再造，從而實(shí)現(xiàn)變“廢”為“寶”，為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。在后疫情時(shí)代常態(tài)化防治需求的背景下，補(bǔ)足我國(guó)醫(yī)療廢物處置的能力短板，建立健全應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，是我國(guó)完善重大疫情防控體制的應(yīng)有之義，更是構(gòu)筑國(guó)家公共衛(wèi)生領(lǐng)域安全屏障的重要支撐。而醫(yī)療廢物回收再利用，需要通過(guò)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，我國(guó)在廢舊紡織品回收再利用發(fā)展研究中的投入在全球名列前茅，個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用技術(shù)不斷創(chuàng)新。

近年來(lái)的技術(shù)核心專(zhuān)利中，我國(guó)公開(kāi)量高達(dá)974項(xiàng)，占所有公開(kāi)專(zhuān)利的97.99%，其次為美國(guó)和韓國(guó)，我國(guó)個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用技術(shù)專(zhuān)利總量遠(yuǎn)高于美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)家。從平均被引數(shù)來(lái)看，我國(guó)專(zhuān)利平均被引數(shù)僅為0.63，遠(yuǎn)低于美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)家，個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用技術(shù)原創(chuàng)仍較少，創(chuàng)新不足，影響力不夠。從排名前十的核心專(zhuān)利產(chǎn)出機(jī)構(gòu)來(lái)看，其中排名前兩位的機(jī)構(gòu)分別為我國(guó)的順叱華（青島）智能科技有限公司和博思英諾科技（北京）有限公司，但是它們的專(zhuān)利被引數(shù)和平均被引數(shù)都較低。各主要國(guó)家、機(jī)構(gòu)間不存在研發(fā)合作關(guān)系，產(chǎn)業(yè)化程度較低，針對(duì)個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用技術(shù)產(chǎn)-學(xué)-研合作仍有很大空間。我們應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)與其他國(guó)家、機(jī)構(gòu)間的交流合作，進(jìn)一步提升我國(guó)在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面也應(yīng)破除“唯數(shù)量論”，增加科研產(chǎn)出影響力的相關(guān)評(píng)估，以激勵(lì)科研機(jī)構(gòu)注重研究的質(zhì)量與影響力，促進(jìn)大學(xué)機(jī)構(gòu)與企業(yè)之間的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，促進(jìn)學(xué)科領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展。

“個(gè)人防護(hù)裝備回收再利用”工程開(kāi)發(fā)前沿的發(fā)展路線

“個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用”工程開(kāi)發(fā)前沿中核心專(zhuān)利的主要產(chǎn)出國(guó)家

“個(gè)人防護(hù)裝備的回收再利用”工程開(kāi)發(fā)前沿中核心專(zhuān)利的主要產(chǎn)出機(jī)構(gòu)

中國(guó)工程院自2017年起聯(lián)合科睿唯安、高等教育出版社開(kāi)展全球工程前沿研究，既關(guān)注工程科技的研究動(dòng)向，也關(guān)注工程科技的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)。報(bào)告每年發(fā)布一次。