ACV et éco-conception dans le domaine de l'élimination des produits chimiques des déchets textiles pour le recyclage des textiles

LCA and eco-design in the field of chemicals removal from textile waste for textile recycling

• Auteur / Autrice : Ajinkya Powar
• Direction : Anne Perwuelz, Maria-Carmen Loghin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021) en cotutelle avec Universitatea tehnică "Gheorghe Asachi" (Iaşi, Roumanie), Soochow University (Suzhou, China)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix)
• Jury : Président / Présidente : Marius Pîslaru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yan Chen, Nemeshwaree Behary Massika, Jinping Guan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Vroman, Carmen Pyerina Ghituleasa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoconception

Analyse du cycle de vie

Agents de blanchiment

Ozonation

Recyclage

Produits chimiques textiles

Déchets -- Élimination

Industries textiles

Mots clés libres

Colorants -- Élimination

Textile Recycling

Lca

Eco-Design

Chemical removal

Résumé

L'industrie textile évolue rapidement et est également en constante mutation. Elle développe constamment de nouvelles techniques pour le recyclage des textiles et la poursuite des recherches est vitale pour les besoins futurs. La capacité de recycler un matériau textile est un pas vers une industrie plus verte et durable. Cependant, le recyclage des textiles pose de nombreux défis et difficultés. Les colorants et autres impuretés présents sur les textiles gênent et souvent empêchent le recyclage chimique. L'objectif de notre étude est de trouver des méthodes pour éliminer les teintures ou les colorants des textiles en coton pour les scénarios de fin de vie et de recyclage. Le processus d'élimination des additifs chimiques de manière écologique ajouterait de la valeur au recyclage des textiles, ce qui permettrait d'obtenir un textile recyclé de meilleure qualité. Pour examiner ce sujet, une étude de la littérature concernant les produits chimiques et le processus d'élimination ainsi que les méthodes de recyclage a été réalisée. En général, le traitement réducteur alcalin est effectué à l'aide d'hydroxyde de sodium et d'un agent réducteur comme l'hydrosulfite de sodium pour l'élimination de la couleur des textiles à teinture réactive. Une étude bibliographique sur les différents procédés de décoloration, leurs inconvénients, leur viabilité à l'échelle industrielle, etc. a également été réalisée. Dans cette étude, nous avons proposé l'application du processus assisté par l'ozone pour la décolorantion des textiles teints réactifs en utilisant une installation à l'échelle pilote. La qualité des tissus décolorés a été déterminée en termes de pourcentage de décoloration, de propriétés mécaniques et d'analyse colorimétrique. Des outils de méthodologie de surface de réponse comme la conception de Box-Behnken ont été utilisés pour examiner les effets de trois paramètres qui sont le pH du traitement (3-7), le temps de réaction (10-50 min) et la concentration d'ozone (5-85 g/m3 d'ozone). Le processus d'ozonation a permis d'obtenir une décoloration de près de 98 %. Le processus d'ozonation se fait à température ambiante et peut également être réalisé sans produits chimiques agressifs. De plus, nous avons également étudié d'autres méthodes de décoloration, comme le procédé à base de glucose. Les résultats démontrent que le processus assisté par le glucose peut apparaître comme une alternative écologique au processus conventionnel. Le glucose peut agir comme un agent réducteur écologique alternatif à l'agent réducteur conventionnel comme l'hydrosulfite de sodium. Les dommages aux propriétés mécaniques sont moindres par rapport au procédé conventionnel et au procédé à l'ozone. Cependant, le processus assisté par le glucose utilise des températures élevées pour une décoloration efficace. Enfin, l'étude a souligné la nécessité de développer de nouvelles méthodes avec un minimum de dommages à la qualité des fibres. Parmi tous les indicateurs d'impact, "l'épuisement des ressources en eau" est le plus élevé pour tous les procédés d'ozonation car il a la plus grande valeur relative après normalisation. Il a été constaté que les principaux contributeurs aux impacts environnementaux étaient l'électricité et la formation d'oxygène. Pour optimiser ces impacts, de nouvelles conditions expérimentales ont été étudiées. La décoloration des textiles imprimés avec des pigments a également été étudiée avec le processus assisté par l'ozone. Cette étude souligne également la nécessité d'étudier la présence de contaminants tels que les revêtements présents sur les textiles aprés usage.

The textile industry is evolving rapidly, and is also constantly changing. It is constantly developing new techniques for the recycling of the textiles and further research is vital for the future needs. The capability to recycle a textile material is a step towards a more green and sustainable industry. However, there are various challenges and difficulties associated with the recycling of textiles. Colorants and other impurities present on the textiles pose a big challenge to the continuity of the chemical recycling. The purpose of our study is to find out methods for the removal of the dyes or colorants from the cotton textiles for the end of life scenarios like recycling. The removal process of the chemical additives in an ecological way would add value to the recycling of textiles, which would help to obtain a recycled textile with the upgraded quality. To examine this subject, a literature study with respect to the chemicals and the removal process along with the recycling methods was done. In general, alkaline reductive treatment is performed using sodium hydroxide and reducing agent like sodium hydrosulphite for the color stripping of the reactive dyed textiles. Bibliographic survey on the various color stripping process, their drawbacks, viability for industrial scale-up etc was also performed. In this study, we have proposed the application of the ozone assisted process for the color stripping of the reactive dyed textiles using the pilot scale setup. The quality of the color stripped fabrics was determined in terms of the color stripping %, mechanical properties and the colorimetric analysis. Response surface methodology tools like the Box-Behnken design was utilized to examine the effects of three parameters like pH of the treatment (3-7), the reaction time (10-50 min) and the ozone concentration (5-85 g/m3 of ozone). With the ozonation process, color stripping of almost 98 % was achieved. The ozonation process is done at room temperature and also can be performed without any harsh chemicals. Additionally, we have also studied the other color stripping methods like the glucose based process. The results demonstrate that the glucose assisted process can emerge as an ecological alternative to the conventional process. Glucose can act as a green alternative reducing agent to the conventional reducing agent like sodium hydrosulphite. The damage to the mechanical properties are less as compared to the conventional and the ozone based process. However, the glucose assisted process utilized high temperatures for efficient color stripping. Finally, the study has highlighted the need of developing novel methods with minimum damage to the quality of the fibers. Amongst all the impact indicators, “Water resource depletion” is the highest for all the ozonation processes since it has the greatest relative value after normalization. It was found that the major contributors to the environmental impacts were Electricity and Oxygen formation. To optimize the impacts, new experimental conditions have been studied. Even, Color stripping of the pigment printed textiles was studied with the ozone assisted process. This study also highlights the need to study presence of contaminants like coatings present on the textiles during their end of life.