- 02432045963
- sales@intins.vn
-
English
Tái Chế Hàng Dệt May Bằng Quang Phổ NIR
Huyền Diệu - 27/08/2024
GIỚI THIỆU
Ngày nay, vấn đề môi trường đang được toàn thế giới đặc biệt quan tâm. Và trong đó, một trong những vấn đề quốc tế lớn nhất là rác thải dệt may. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ ước tính có hơn 15 triệu tấn chất thải dệt may được đưa đến các bãi chôn lấp mỗi năm.
Tại một thời điểm nào đó trong vòng đời của nó, sản phẩm dệt may sẽ bị mòn hoặc bẩn và không còn phù hợp để tái sử dụng. Trong trường hợp này, việc tái chế có thể mang lại cho vật liệu một sức sống mới. Để tăng thêm giá trị cho vật liệu tái chế và đảm bảo rằng nó có chất lượng đủ tốt làm nguyên liệu đầu vào cho các quá trình tái chế tiếp theo, điều cần thiết là có thể xác định và sắp xếp các mặt hàng theo hàm lượng vật liệu của chúng.
Nhiều phương pháp hiện nay để phân loại hàng dệt để tái chế đòi hỏi phải xử lý thủ công rườm rà, nhưng bất chấp điều này, tỷ lệ hàng dệt được tái chế vẫn tăng lên hàng năm. Phân loại thủ công truyền thống trong tái chế dệt may không phải là một phương pháp hoàn toàn đáng tin cậy để xác định các vật liệu hiện có và cuối cùng là không hiệu quả. Theo nghiên cứu của Circle Economics, có tới 41% nhãn trên vật liệu pha trộn chứa thông tin không chính xác. Có sẵn các phương pháp để xác định hàng dệt, chẳng hạn như phương pháp định lượng được tiêu chuẩn hóa ISO dựa trên các đặc tính hòa tan khác nhau (ISO 1833-1, v.v.), sự khác biệt về hình thái được phát hiện bằng kính hiển vi, nhận dạng DNA và sự khác biệt về đặc tính nhiệt được phát hiện bằng phương pháp đo nhiệt độ vi sai, phân tích bằng phương pháp đo nhiệt trọng lượng và sắc ký khí. Các phương pháp này chính xác nhưng yêu cầu chuẩn bị mẫu và do đó quá chậm để nhận dạng và phân loại tự động các loại vải cần thiết để tái chế. Vì vậy, để tăng cường sử dụng vật liệu tái chế, cần có một phương pháp khả thi và tiết kiệm chi phí để xác định và phân loại hàng dệt may.
Quang phổ cận hồng ngoại (NIR) đã xuất hiện như một công cụ mạnh mẽ có tiềm năng cải thiện hiệu quả và độ chính xác của quy trình tái chế dệt may. Ghi chú ứng dụng này khám phá việc sử dụng quang phổ NIR trong ngành tái chế dệt may, nêu bật những ưu điểm, phương pháp và ứng dụng thực tế của nó .
PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ
Quang phổ cận hồng ngoại
Ánh sáng NIR, thường có bước sóng từ 700 đến 2500 nm, tương tác với các dao động phân tử, đặc biệt là các âm bội và sự kết hợp của các dao động phân tử cơ bản. Sự tương tác này cung cấp thông tin có giá trị về thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu. Đối với các ứng dụng tái chế dệt may, phổ hấp thụ của vật liệu sẽ được sử dụng. Dựa vào dấu vân tay có trong phổ NIR, chúng ta sẽ có thể nhận biết được các loại sợi dệt khác nhau như: cotton, polyester (PET), bông…
Ngoài ra, cần xây dựng thư viện dữ liệu tập hợp thông tin về các loại vải khác nhau để sử dụng làm thông tin tham khảo. Điều này có nghĩa là có thể thực hiện phân tích tự động phổ hồng ngoại bằng thuật toán phù hợp để xác định khả năng khớp với phổ tham chiếu và sau đó tính toán thành phần dự kiến. Do đó, quang phổ NIR được coi là một kỹ thuật định tính và định lượng, có thể được sử dụng để xác định thành phần phần trăm tương đối của hàng dệt thành phẩm.
Lợi ích của Quang phổ NIR trong Tái chế Dệt may
- Phân tích nhanh và không phá hủy: Quang phổ NIR cho phép phân tích hàng dệt may nhanh và không phá hủy vật liệu. Điều này rất quan trọng đối với hoạt động tái chế khi vật liệu cần được phân loại mà không làm hỏng vải.
- Công suất cao: Quang phổ NIR có thể phân tích nhiều mẫu một cách nhanh chóng, khiến nó phù hợp với các quy trình tái chế công suất cao, nơi cần xử lý hiệu quả một lượng lớn chất thải dệt may.
- Tính linh hoạt: Quang phổ NIR có thể xác định nhiều loại vật liệu dệt, bao gồm sợi tự nhiên (bông, len, lụa), sợi tổng hợp (polyester, nylon, acrylic) và hỗn hợp. Tính linh hoạt này là cần thiết để phân loại và tái chế hiệu quả.
- Hiệu quả về chi phí: So với các kỹ thuật phân tích khác, quang phổ NIR cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí với việc chuẩn bị mẫu tối thiểu và chi phí vận hành thấp.
Hình 1: Phổ NIR từ 0/100 % PET/CO đến 0/100 % CO/PET
Hình 1 thể hiện tổng quan về quang phổ của 30 mẫu có thành phần khác nhau từ 100 % PET và 0 % cotton đến 0 % PET và 100 % cotton. Các đỉnh đặc trưng của PET và CO được quan sát ở đây như sau.
Polyester được trùng hợp từ các monome ethylene glycol và axit terephthalic. Các đỉnh đặc trưng của phổ NIR của polyester có thể nhìn thấy trong khoảng từ 1100 nm đến 1150 nm và khoảng 1630 nm - 1680 nm. Liên kết CO từ rượu bậc hai, chẳng hạn như ethyleneglycol, có thể gây ra dao động âm bội thứ hai, dẫn đến các cực đại trong khoảng 1087 nm - 1124 nm. Ngoài ra, sự hấp thụ ở bước sóng 1130 nm có thể là kết quả của dao động âm bội thứ ba của liên kết CH2. Đỉnh khoảng 1648 nm có thể bắt nguồn từ sự kéo dài của liên kết đôi C = C trong vòng thơm của axit terephthalic của polyester và/hoặc liên kết C = O trong polyme. Cả hai liên kết này cũng có thể gây ra sự hấp thụ ở khoảng bước sóng 1648 nm đến 1680 nm. Hơn nữa, trong phạm vi bước sóng từ 1650 nm đến 1800 nm, các dao động âm bội đầu tiên của liên kết C–H có thể là nguyên nhân gây ra sự hấp thụ. Bông chủ yếu bao gồm cellulose, được tạo thành từ các đơn vị glycose. Các đỉnh đặc trưng nhất của phổ bông là ở 1355 nm, 1416 nm, 1470 nm và 1605 nm. Trong phạm vi bước sóng từ 1400 nm đến 1500 nm, dao động âm bội đầu tiên của liên kết O–H của glucose có thể là nguyên nhân gây ra sự hấp thụ. Đỉnh phổ thô ở khoảng 1550 nm, vì đây là nơi chuyển tiếp giữa điểm thấp ở 1416 nm và điểm cao ở 1605 nm. Rung động âm bội đầu tiên từ các liên kết O–H có trong bông là nguyên nhân làm tăng độ hấp thụ ở bước sóng 1550 nm.
Từ đó có thể thấy rõ rằng có mối tương quan về cường độ hấp thụ giữa các chế phẩm. Các kết quả thu được với sai số tuyệt đối trung bình (MAE) thể hiện chênh lệch của điểm đặt so với phép đo là khoảng 4.0 %, có độ lệch ±4.0 % so với tỷ lệ bông dự đoán và thực tế. Giá trị hiện tại R 2 từ 0.975 đến 0.99 cho thấy mô hình hồi quy tuyến tính rất phù hợp để mô tả dữ liệu cũng như mức độ tương quan rất cao của các dữ liệu với nhau. Dựa trên điểm MAE thấp (4 %) và điểm R 2 cao, có thể khẳng định rằng có thể phân biệt hàng dệt theo các hỗn hợp vải bông khác nhau dựa trên quang phổ NIR với độ chính xác cao.
Hình 2: (a) Sợi tự nhiên. (b) Sợi nhân tạo
Khảo sát trong Hình 2 tập trung vào vùng bước sóng NIR sâu hơn, Hình 2a cho thấy phổ NIR của sợi tự nhiên (tức là bông, lanh, len và lụa), trong khi sợi tổng hợp được thể hiện trong Hình 2b. Sự tương đồng và khác biệt giữa các mẫu đó có thể được quan sát ở các dải phổ NIR khác nhau (tức là độ tương tự giữa cotton và lanh cao, cả hai đều giống với viscose, trong khi sợi tổng hợp rất khác nhau). Vùng quang phổ xung quanh 1942 nm và 2100 nm là đặc trưng của bông, điều tương tự cũng được quan sát thấy đối với vải lanh và viscose, vì cả hai đều là sợi dựa trên cellulose. Trong trường hợp polyamit, một dải đặc biệt được quan sát thấy ở bước sóng 1713 nm, tương ứng với âm bội tổng hợp của liên kết NH từ nhóm chức amit. Dải này cũng được quan sát thấy ở len và lụa (do các nhóm chức amit từ protein). Điều này chứng tỏ khả năng phân loại của NIR cực kỳ hiệu quả.
Hình 3: Phổ phản xạ thô trung bình của các mẫu dệt được phân tích
Hình 3 thể hiện thông tin quang phổ của vật liệu dệt có nguồn gốc động vật, các dải bước sóng thú vị có thể nhìn thấy được trong khoảng từ 1540 đến 1580 nm, liên quan đến các nhóm NH. Sự hấp thụ ở vùng khoảng 1900 nm, sự kết hợp giữa dao động kéo giãn O–H và dao động uốn cong H–OH của nhóm hydroxyl từ nước được thể hiện. Âm bội của chuỗi bên protein và lipid kéo dài CH ở khoảng 1730 nm, trong khi phạm vi từ 2000 đến 2500 nm sẽ cung cấp thông tin về thành phần axit amin và sợi keratin động vật - một phạm vi đặc trưng. Về thành phần hóa học, các dải kết hợp của vật liệu dệt nhân tạo (ví dụ polyester, axetat, viscose, nylon, v.v.) có thể được liên kết với các nhóm C–H, liên kết metyl (CH3) và este (CO–O). Hàng dệt có nguồn gốc từ động vật sẽ tập trung thông tin quang phổ với các vùng bước sóng lớn hơn.
Các khảo sát trên đều cho kết quả giá trị R 2 rất cao dao động từ 0,97 đến 0,99, đủ để chứng minh rằng phương pháp quang phổ NIR là sự lựa chọn cực kỳ đáng tin cậy cho ứng dụng này.
ỨNG DỤNG
- Sắp xếp và Phân loại: Quang phổ NIR được sử dụng để phân loại hàng dệt thành các loại khác nhau dựa trên loại và thành phần sợi. Điều này cải thiện hiệu quả của quá trình tái chế bằng cách đảm bảo rằng các vật liệu được xác định và xử lý chính xác.
- Kiểm soát chất lượng: Trong quá trình tái chế, quang phổ NIR có thể giám sát chất lượng của vật liệu tái chế, đảm bảo rằng nó đáp ứng các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn mong muốn.
- Phục hồi vật liệu: Bằng cách xác định và định lượng các loại sợi khác nhau, quang phổ NIR giúp thu hồi các vật liệu có giá trị từ chất thải dệt may, góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn và giảm tác động môi trường của việc xử lý hàng dệt may.
THIẾT BỊ ĐƯỢC ĐỀ CỬ
Đối với các ứng dụng sử dụng quang phổ cận hồng ngoại (NIRS), INTINS cung cấp dòng sản phẩm máy quang phổ NIRQuest+ của Ocean Optics với độ nhạy cao và độ phân giải tốt từ 2,8 nm đến 6,48 nm. NIRQuest+ có sẵn ba phiên bản bao gồm các bước sóng khác nhau từ 900-2500 nm.
NIRQuest+ có thể đo những thay đổi rất nhỏ trong tín hiệu được hấp thụ, đặc trưng của các âm bội dài trong NIR. Độ nhạy cao hơn cho phép đo chính xác hơn, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng yếu. Ngoài ra, ở các bước sóng dài hơn, NIRQuest+ đo phản xạ khuếch tán ở mức nhiễu thấp, mang lại quang phổ rõ hơn ở các bước sóng mà khó có thể thu được các đặc điểm quang phổ riêng biệt. Với thiết kế cầm tay nhỏ gọn, NIRQuest+ có thể được tích hợp dễ dàng và thuận tiện vào các hệ thống công nghiệp trong các nhà máy sản xuất để thu thập trực tiếp quang phổ ngay trên dây chuyền sản xuất. Vì vậy, đây cũng là một điểm cộng cho hệ thống của chúng tôi.
Đồng thời, chúng tôi có thể cung cấp các thiết bị quang đi kèm khác như cáp quang, nguồn sáng... phù hợp tùy theo nhu cầu ứng dụng của khách hàng.
KẾT LUẬN
Quang phổ NIR cung cấp một giải pháp mạnh mẽ và hiệu quả cho việc tái chế hàng dệt may, cho phép phân tích nhanh chóng, không phá hủy và phân loại vật liệu chính xác. Khả năng xử lý các thành phần dệt đa dạng và khả năng phân tích hiệu suất cao khiến nó trở thành một công cụ có giá trị trong việc thúc đẩy các hoạt động tái chế dệt may bền vững. Bằng cách tích hợp quang phổ NIR vào các quy trình tái chế, ngành công nghiệp có thể tăng cường thu hồi vật liệu, cải thiện hiệu quả tái chế và góp phần đảm bảo tính bền vững của môi trường.
