染色涉及毒性和环境影响
聚酰胺，涤纶和棉针织物的染色涉及毒性和环境影响
抽象
分析了三种着色工艺，其中涉及水的消耗，电能和热能的消耗，二氧化碳的排放以及聚酰胺，棉和涤纶针织物染色的出水毒性。聚酰胺针织物的染色消耗电能最低，涤纶针织物的染色消耗最低的热能消耗和 co 2分子向大气中的排放，棉染色的出水对 Daphnia similis的急性毒性（CE 50）最低。。
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关键词
急性毒性
热能
电能
纺织染色
消耗水
1 。介绍
巴西的纺织品活动约为450亿美元，相当于巴西制造业总产值的7％。2017年纺织链产生的就业岗位达到150万，约占工业总产值的 18.7％[ 1 ]。尽管纺织品对发展中国家具有重要意义，但对于环境，用水以及接收水系统造成的污染，纺织品制造仍然是一个复杂的问题。纺织加工包括许多操作，例如擦洗，退浆，洗涤，漂白，染色和印刷。因此，真正的工业纺织废水具有极其复杂的基质，除染料外还含有许多化学成分[ 2，3 ]。在纺织废水中存在的各种复杂成分中，染料可被认为是最强烈的污染源，其次是表面活性剂。将有色纺织品流出物直接排放到淡水体中会对美学方面，水透明度和溶解氧含量产生不利影响 [ 4 ]。此类排放的最终结果是对水生生物群的破坏。
已经研究了几种纺织废水处理方法和工艺，如膜系统[ [5]，[6]，[7]，[8] ]，超滤 [ 9]，吸附[ [10]，[11]，[12 ] ] ]，混合过程[ 13，14 ]，电化学高级氧化 [ 15 ]，生物过程[ 16，17 ]，从通过观赏植物[土壤染料的降解18 ]和纺织流出物的利用作为营养物小球藻（Chlorella variabilis）[19]。
寻找一个清洁生产，新颖的织物和纤维获得人造莱赛尔纤维[ 20 ]，所述离子液体在染色中的应用[ 21，22 ]是从可再生的来源[获得的新染料23 ]，催化剂固定化和发展为应用酶纺织加工[的24，25 ]，与使用堆蒸汽过程[活性染料吸尘器着色26 ]并使用纺织品的消毒低温等离子体 [ 27]。改善纺织行业环境的技术，理念和行动必须实现污染排放的减少，主要是因为水的需求和对纺织工业产生的污水和水资源短缺的环境立法的加强和技术开发在世界的不同地区[28]。
监测污水的有毒物质是当今保护水资源的必要措施。例如，Baumer等人评估了三种活性染料的毒性。[ 29 ]。作者应用了一种氧化系统，包括酶系统作为纺织废水处理的替代品。然而，他们的研究过程中的氧化过程能够降解有机产品，但毒性没有减少（急性和慢性的影响- d。麦格纳和V.鲵。），他们也获得了良好的脱色效果。Croce等人。[ 30使用计算机工具应用研究了42种商业染料的水生毒性。为了评估这些产品的潜在影响，应用生态生物测定法对Daphnia magna和Raphidocelis subcapitata进行急性和长期暴露。作者得出结论，只有9种制剂对D. magna的毒性低于100 mg L -1，而30种染料对R. subcapitata有毒。
Liang等人研究了纺织印染废水的毒性评价及其与化学需氧量的关系。[ 31 ]，测试对费氏弧菌和Desmodesmus subspicatus的急性毒性。作者确定了不同纺织品染色废水中COD的正相关性，R 2值高于0.84。
因此，本文的目的是分析与生态成本相关的几个因素：水消耗，二氧化碳排放，棉花（CO），聚酰胺（PA）和聚酯染色加工过程中的电能和热能消耗（PET）已经进行了深入研究，主要是因为引入废水[微型塑料的纤维 32，33 ]。
此外，现在在巴西有一个研究小组打算建议插入布标签，其中包含有关水和能量消耗的信息，以及由该布染色过程产生的流出物的毒性。基于这些事实，该文件还提出了一种方法，以便为此做出贡献。
2 。材料和方法
所有纤维均以特定颜色染色，Pantone 19-1619，选自SENAI Fashion Design Book of Trend Progress Autumn / Winter 2019。用染色蚤（Daphnia similis ）测试从染色获得的真实流出物的急性毒性。这些纤维，PA，CO和PET，一旦成为巴西服装制造中使用最多的纤维，就被选用于评估[ 1 ]。
2.1 。物料
2.1.1 。助剂
由Labsynth提供的乙酸 98％，硫酸98％，硫酸铵 98％，氢氧化钠98％，偏硅酸钠，碳酸钠 98％，过氧化氢50％和氯化钠98％; 由Golden Technology提供的螯合，非离子洗涤剂和过氧化氢酶; Archroma提供的流平剂，分散剂和固定剂。使用所有助剂，无需预先纯化。
2.1.2 。染料
由Archroma，Reactive Yellow 145（RY145）提供的酸橙67（AO67），酸性红299（AR299），酸性蓝113（AB113），分散黄235（DY235），分散红73（DR73）和分散蓝165（DB165） ），Golden Technology提供的Reactive Red 239（RR239）和Reactive Blue 222（RB222）。所有染料均未经过预处理使用。
2.1.3 。基板
染色已经使用在Orizio圆形monofronture产生针织物完成的，约翰/ C模型中，每英寸3.0馈线，30英寸，28号，30 RPM直径，是30/1氖普梳纱和142克的gramature -2至CO编织; 200/72 dTex复丝纱线和140 gm -2到PET针织物的成熟度; 200/96 dTex复丝纱线和140 gm -2到PA针织物的粗加工，所有这些都具有0.90米的宽度。
2.2 。方法
2.2.1 。染色
使用10：1的浴比进行染色过程。如表1所述，含有用于染色（PA），分散（PET）和反应性（CO）染料及其助剂的化学品用量的配方。所有步骤，预处理，染色和后处理均根据有关用活性染料染色CO的文献进行[ [34]，[35]，[36]，[37]，[38]，[39]，[40]，[41] ]，用酸性染料染色PA [ [35]，[36]，[37]，[38]，[39]，[40]，[42]，[43]，[44] ]和PET与分散染料的染色[ [35]，[36]，[37]，[38]，[39]，[40]，[ 45]，[46]，[47]，[48] ]，以及根据化学品和染料供应商的建议。
表1。根据纤维类型染色所用化学品的量。
*
=重量的材料。
PA染色的过程如图1所示，而CO染色过程如图2所示，PET染色过程如图3所示。该数据显示纺织加工，它被用来确定的电的时间的能量消耗，的序列的化学品添加和加热温度，以计算必要量的热能和CO的随之而来的量 2释放到大气中。
图1。PA与酸性染料的染色工艺。
图2。CO与活性染料的染色工艺。
图3。PET与分散染料的染色工艺。
的反射率（R％）和的CIELab系统的差异（Δ 大号 *，Δ 一 *和Δ b *）从所有染色通过测定分光光度法在光源d 65，10°（柯尼卡美能达CM-3600D）中的波长最大的颜色反射。
对于颜色的测量，标准值在世界范围内使用，例如由称为Commission Internationale de l'Eclairage（CIE）的组织确定。CIE使用的值称为L *，a *和b*，颜色测量方法称为CIELab [ 49 ]。
系统可以绘制在具有三个轴的颜色空间中（图4），其中L *轴表示白色（ L *）和黑色（ - L *）之间的差异，a *轴表示绿色之间的差异（ - a *）和红色（ a *）和b *轴表示黄色（ b *）和蓝色（ - b *）之间的差异。
图4。CIELab系统中的颜色空间[ 49 ]。
颜色测定是用分光光度法在光源d确定65，10°（柯尼卡美能达CM-3600D）。使用等式1计算颜色空间中的欧几里德距离（ΔE * - 也已知为色差）。（1）下面给出[ 41 ]。
（1）ΔË*=（Δ大号*）2 （Δ一个*）2 （Δb*）2
2.2.2 。生态成本
为了确定用于染色的电能消耗，使用Jet HT Riviera Eco Metalwork的参数，考虑到50kg的容量和7.4kW的安装效能。每千克处理过的基质的理论消耗量由该过程的时间确定，以分钟为单位，应用等式1。（2） [ 50 ]。
（2）QË=Ť×一世P×6.00×104ËC
Q E = J kg -1 ; t =以分钟为单位的处理时间; 我P =安装效力; E C =设备容量
对于每千克（基质）所需的热能量，方程式。（3）申请。
（3）QŤ=ΔŤ1 ΔŤ2 ΔŤñ×CpH2Ø×米H2Ø×10- 3
Q T = J kg -1 ; 开尔文; Cp为J kg -1 K -1，m为克，采用特定质量的水= 1.0g cm-3，浴比等于10升/千克纤维。
根据燃气供应商（圣保罗的Comgas公司），燃气是一种含有89.0％甲烷，6.0％乙烷和1.8％丙烷的气体混合物。基于下发热量（ICP）的标准规定了通过ASTM d 3588-98为3.70×10 7 Ĵ米-3甲烷，7.00×10 7 Ĵ米-3为乙烷，和9.23×10 7 Ĵ米- 3为丙烷。计算出气体混合物的ICP为4.02×10 7 J m -3 [ 50]。为了计算加热用于染色一公斤基质的水量所需的气体量，使用生产能力为5.56×10 -1 kg s -1的Etna GHV-2000蒸汽发生器，最大允许工作压力（MAOP） ）等于1.0MPa，并以85％的效率作为参数运行，Eq。（4）被使用。
（4）V1=QŤ4.02×107×Ë小号G
V 1为m 3 kg -1，Q T为J kg -1，E SG为蒸汽发生器的效率
为了计算CO的质量2的热能的供给期间的排放，假设气体是理想的，它是在压力和温度，所述方程正常条件。（5）被使用。
（5）米CØ2=P×V1×4.40×10- 2×2.66[R׍
mCO 2 in kg，P = 101.3 kPa，V 1 in m 3，R = 8314 m 3 kPa mol -1 K -1，T = 273.15 K
采用比例等于10升/千克纤维的水的消耗量（C W）由方程式确定。（6）。
（6）Cw ^=大号[R1 大号[R2 大号[R3 大号[Rñ
在每个工艺步骤中使用的L W -1中的 C W，LR 1，LR 2，LR 3和LR n =浴比
2.2.3 。毒性测量
使用水蚤进行生态毒性测定，使用流出物的连续稀释液，并将20个生物暴露于每个流出物浓度。有效致死浓度是终点（EC 50），表示50％的个体在特定暴露时间后受损的浓度：对于 D. similis 水蚤 48小时，这意味着固定。
在毒性试验期间进行的所有方法均基于标准实验室条件，遵循ABNT巴西方法[ 51]，因为D. similis的肆虐，直到对纺织品样品的暴露。在暴露后应用Trimmed Sperman Karber方法作为统计分析。
这种生物体的急性毒性试验非常适用于水质的环境报告，并且需要由巴西环境监测机构进行监测。它已被用于许多科学研究，如Leite等。[ 52 ]和Vacchi等人。[53， 54 ]为评估在他们的研究分散红1种染料的生态毒理学; 罗恰等人。[ 55 ]通过测试其毒性，对酸性黑210染料进行了生态毒理学风险评估; Meireles等。[ 56 ]，评估了分散红73染料的生态毒理学，甚至评估了Luna等人的生态毒理学。[ 57]，作者在其光 - Fenton降解之前和期间评估了五种染料对淡水生物的生态毒性。
3 。结果
3.1 。染色
染色过程的结果描述在表2中的反射率的值（R％），偏差（Δ方面大号 *，Δ 一*，Δ b *）和色差（Δ ë *），即在样本颜色和标准颜色之间计算的CIELab颜色空间中的欧几里德距离（Pantone 19-1619）。
表2。根据CIELab系统染色的结果。
OBS：％R =反射率。
L *
=亮度轴值。
一个*
=绿 - 红轴值。
b *
=黄 - 蓝轴值，CIELab系统。
PA和CO之间的色差为ΔE * = 1.76，PA和PET之间的差异为ΔE * = 1.06，CO和PET之间的差异为ΔE * = 1.50。染色之间的ΔE *的所有值均不超过2个点。与巴西服装行业使用的标准相比，这些数据是可以接受的[ 58 ]。
3.2 。生态成本
的水，电能，并且消耗的值热能和CO 2排放中已提交表3。
表3。染色的生态成本。
PET的染色比棉花少30升，比聚酰胺少10升。虽然，每公斤40升量仍然很高，由于干净的水世界[各地稀缺59，60 ]。
与其他染色相比，CO染色需要更高的电能和热能：分别为1.20×10 6 J kg -1和1.46×10 3 J kg -1。显然，在较高体积的燃气中消耗的热能量，比PA高1.77×10 -5 m 3，比PES高309×10 -5 J kg -1。这占了CO 2排放为7.77×10个20分子为PA的染色，8.71×10 20分子对CO的染色2和7.06×10 20用于PET染色的分子。燃料气体的消耗已产生的大量CO的发射2分子，为7.77×10 20个分子为PA的染色，8.71×10 20分子对CO的染色2和7.06×10 20分子用于PET的染色。
在棉花的染色中，可以使用其他类型的染料以最小化能量和水的消耗，如Rosa等人所证明的。[ 50 ]。然而，作者没有评估出水的急性毒性。
3.3 。毒性
PA，CO和PET染色废水的急性毒性值列于表4。
表4。流出物的平均急性毒性。
尽管具有较低的电能消耗值，但PA染色的流出物相对于CO或PET样品具有较高的急性毒性值。如今，毒性纺织，或在染色的流出物呈现，已监测和研究，为约主要关心的问题之一环境[ 31，32，54，55，61，62 ]。
此外，纺织工业对染料日益增长的需求使其成为水污染问题的主要来源之一，在过去的十年中，从废水中去除偶氮染料因其对水生生物的破坏而引起了相当大的关注，短期公共健康损害[ 55，56 ]。
考虑到巴西纺织工业与产品安全使用相关的问题，已经提出了许多措施，以避免化学品残留物进入成衣，这对人体健康有害。在环境问题和纺织废水方面，巴西环境委员会（CONAMA）负责法规[ 63 ]。
本研究涵盖的所有面料的产量均为3.90 m kg -1，可生产四种尺寸为G（巴西测量）的T恤。因此，在本文中评估的每种染成Pantone 19-1619颜色的T恤可以具有如表5中所述的信息的标签。
表5。关于针织片的生态信息。
4 。结论
CONAMA编写了两项关于在排放工业废水之前控制毒性的建议，以及控制有机/ 无机物质进入河流和水库的建议[ 64 ]。这种调节指出，"任何流出物从任何污染源有义务被排出且仅当接收系统的质量参数是有保证前处理"。此外，第18条规定，出水不会对受体系统或河流中的生物体产生毒害作用，以保护水生生物。
由于担心纺织品在全球范围内的毒性，巴西纺织工业协会（ABIT）正式要求巴西技术标准协会（ABNT）成立一个研究小组，以研究和控制可能的化学残留物进入衣服[ 65 ]。
此外，面对全球关注，2017年成立了一个名为可持续时装实验室的团体，其中包括许多巴西公司和研究机构。该基团的主要目的是创建包含关于毒性，水和信息的标签的能量消耗，以及CO的排放2在大气中。
在本文中，就耗水量而言，PET是呈现最低值的纤维，40 L kg -1。
关于电能消耗，PA需要最低值，比CO低1.20×10 6 J kg -1，比PET低2.66×10 5 J kg -1。
热能数据显示，PET纤维比PA低1.77×10 5，比CO低3.09×10 5。在这种情况下，热能直接影响CO 2分子排放到大气中。PET比PA低7.10×10 19分子，比CO少1.65×1020。
即使花费更多的水和能源，CO染色的出水相对来说毒性相对较低。然而，所有流出物对D. similis暴露48小时都是非常有毒的。
在图5中示出了标签的建议，其中使用了表5中的数据。
图5。标签为100％PET T恤，尺码G.
使用5500 W的效力设备，总能量（电 热）花费相当于大约1.5分钟的淋浴。
致谢
作者要感谢Archroma和Golden Technology Inc.的化学品供应; Serviço国立Aprendizagem工业- SP提供的设备，以及国际原子能署，进程号16465，提供的财政支持。
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