新疆是中國的棉花主要產區，這里的棉花產量達到全國的90%以上。紡織產業的原材料雖然唾手可得，但因為傳統印染工業存在耗水量大和污水量排放大的劣勢，水資源緊缺、生態脆弱的新疆地區長期以來無法發展大規模的印染工業項目，大量棉花原料只能被送往沿海地區進行染色處理，難以形成從紡織到服裝的全產業鏈。

在上海工程技術大學上海紡織化學清潔生產工程技術研究中心，王際平教授領銜的科研團隊開展技術攻關，發展了中國自主知識產權的原創技術，終于扭轉這一局面。他們和相關企業合作在新疆阿拉爾市建成一條年產5000 噸散棉染色示范線，自5月試運行以來，在色牢度等產品質量不變的情況下，不僅全過程運行成本減少了5%~10%，而且生產過程中不會產生一滴廢水，完全顛覆了人們對印染工業高污染性的常規認知。此舉不僅為新疆地區大規模發展印染工業的計劃提供了有效解決方案，也成為改變中國印染行業發展的一個轉折點。

如何讓印染工業實現低成本清潔化生產？這項原創技術有哪些特點？帶著這些問題，日前記者來到了上海工程技術大學。

傳統印染工業為什么“不受歡迎”？

1982年，王際平進入原中國紡織大學（現為上海東華大學）紡織化學系開始了碩士研究生階段的學習。畢業后，他留校任教。20世紀80年代末，王際平也加入了出國熱潮，1994年他獲美國德州大學阿靈頓校區有機及高分子化學博士，后入職美國寶潔公司，并在2005年開始擔任寶潔全球紡織及工業標準部門首席科學家。2011年，為了實現自己的科研理想，王際平回國工作。2019年，他進入上海工程技術大學紡織服裝學院，創建上海紡織化學清潔生產工程技術研究中心，繼續開展基礎研究和應用研究工作。

“中國的紡織服裝行業是全球的民生支撐產業，規模高達10萬億元。印染工業是其中必不可少的部分，其產業規模高達萬億元。我們不可能只穿白色的衣服，顏色是必備選擇，但因為印染工業存在大量排放污水的情況，所以很多地方政府都對其進行嚴格管控。為了保護環境，有些地區甚至還會責令一些排污數量比較大的印染企業關停并轉，進行工業用地的‘騰籠換鳥’，在原有土地上引入比較環保的高科技企業?！蓖蹼H平說。

為什么印染工業會出現大量的污水排放？

王際平拿著一塊紅色的棉布解釋道：“中國棉纖維有70%需要進行染色，滌綸纖維有50%需要染色，目前承擔棉纖維染色任務的主要是‘活性染料’?；钚匀玖嫌址Q反應性染料，是20世紀50 年代出現的一類新型水溶性染料?；钚匀玖戏肿幽芘c棉纖維素中的羥基和蛋白質纖維中的氨基發生反應，生成共價鍵?；钚匀玖暇哂蓄伾r艷、勻染性好、色牢度高、色譜齊全、成本較低等特點，但活性染料的一大問題就是染料利用率低，耗水和耗鹽類化合物用量高。因此，含有高鹽、高有機物的染色水污染就此產生?！?/span>

王際平進一步解釋說，事實上，活性染料和棉纖維兩種材料在水里放置在一起是“互斥關系”，其都攜帶了大量的陰離子。雖然棉纖維在水的幫助下，纖維會膨脹起來，便于染料進入，但活性染料還是更加“鐘情”于水。這時候就需要硫酸鈉這種鹽類化合物來“幫助”，用以中和染料和纖維的陰離子，讓染料“乖乖”地“走進”纖維內部。這種工藝耗水量和耗鹽量是巨大的。他向記者算了一筆經濟賬：“完成1噸棉纖維的染色（深色），需要100噸水和1噸左右的硫酸鈉，一般活性染料在水浴中的染色效率為60%~70%。當完成染色后，還需要進行大量水洗以保證合格的產品色牢度，100噸的廢水由此產生，需要后端處理和排放。廢水中的污染物包括水解后的活性染料、大量的硫酸鈉，以及棉纖維上的各種有機物等雜質。”

干洗“串色”引發的靈感

“染色”能不能在不用大量水、不用鹽的情況下完成呢？

2002年，在美國寶潔公司工作期間，一次偶然的工作經歷給了王際平靈感，當時他在負責一個環保型干洗技術的開發。干洗的好處是各種顏色的衣服可以一起洗，不會出現串色現象；但是王際平發現，如果在干洗溶劑中混入少量水分，就會出現嚴重串色情況，甚至比水洗串色的情況還要嚴重。

具有紡織染整學科背景的王際平心里突然“咯噔”一下，他本能地意識到，這可能是一個全新的紡織品染色技術路徑。由于寶潔公司的主要業務集中在洗滌方面，對紡織品染色技術鮮少涉足，所以王際平就委托浙江理工大學工作的大學同學，開始進行非水介質少水染色的基礎研究工作。2011年，王際平放棄國外優厚的待遇，毅然回國開展研究工作，他在浙江理工大學完成了實驗室到中試技術可行性研究工作，并帶領團隊參加了當地的創業大賽。他們的創業計劃榮獲海寧市第二屆“潮起東方·贏在海寧”創業大賽一等獎，之后又榮獲第七屆中國創新創業大賽優勝獎。他領銜的團隊于2014年成立了浙江綠宇紡織科技有限公司，開始了科技成果產業化的探索。

2019年，王際平來到上海工程技術大學繼續研發工作。正在建設全球科創中心的上海擁抱了這位海歸學子，給了他更加高效的科研平臺和更加廣闊的產學研對接的發展機會。

當時，新疆建設兵團一位司令員專程找到王際平，希望他能幫助解決當地高鹽染色污水的排放問題，使得大規模棉紡織品染色成為可能，為打通新疆的紡織服裝全產業鏈提供技術解決方案，同時幫助解決當地就業難的問題。

在上海工程技術大學領導班子的大力支持下，王際平帶領團隊開始了科技援疆之旅。

圖為新疆基地開工典禮

在大漠深處攻克棉纖維“污水零排放染色”的重大難題

背上行囊，王際平帶領自己的團隊來到了大漠深處。一家不產生廢水的染色工廠在他們的努力下成功誕生。

“這是一套全新的技術路徑，最大的特點就是不用鹽類化合物，不產生廢水且染料利用率特別高。”王際平講述起 “非水介質少水無鹽，污水零排放染色”的工作原理。

事實上，干洗的原理相當于化學上的“萃取”原理，這是一種以液態的有機化學溶劑（如四氯乙烯、碳氫溶劑等）對衣物進行洗滌，以此去除油污或污漬的一種洗滌方式。

“我們的方法是在干洗溶劑中加入少量的水和需要的活性染料。染料不會溶解到疏水的干洗溶劑中，只會溶解到少量的水滴中，在專業設計的染色裝備中，溶解了染料的水滴會隨著非水介質和棉纖維進行均勻接觸。要知道棉纖維是一種親水的纖維，它們特別‘喜歡’帶上染料的‘水滴’，會在染色過程中逐漸抓住染料，完成和染料的反應，染料的利用率可以高達90%以上。在這個技術路徑中，染色全過程不需要加入鹽類化合物硫酸鈉，利用水滴和纖維的親和力就可以完成染色。”王際平說。

非水介質和水的回用過程也是十分與眾不同的。王際平說，染色結束以后，還要加入少量水對棉纖維進行清洗，然后就是非水介質和水殘液的處理工藝。第一步是油水分離，參與的干洗溶劑類染色介質是疏水性的，很容易和帶有染料的水進行分離。第二道關是設置納米濾膜，擋住水洗下來的棉纖維上帶來的有機物和水解染料，讓帶有硫酸鈉的水分子通過。第三道關就是設置反滲透膜，可以分離硫酸納這種鹽化合物和水分子。最后很少量的“濃縮廢水”進入蒸餾模式，成為少量固廢物質和一部分干凈衛生的蒸餾水。

印染工業百年來存在的巨量廢水問題，被王際平輕松化解。他說：“別人染1噸棉纖維，需要用100噸水；而我們只用0.25噸水，染色時間減少20%。染色全過程一滴廢水都不會產生，最后產生的固廢可以被焚燒或填埋，還可以做肥料和磚，產生的回收水可以在下次染色中使用。由于染色過程需要蒸汽加熱，產生冷凝水，我們工廠不僅不需要使用大量的水，而且會產生一些多余的蒸餾水用于澆花?！?/span>

那一刻，新疆紡織領域的同行們由衷地對他豎起了大拇指。過去大量的染色后廢水被直接排到沙漠深處，自從國家節能減排的政策發布后，當地的印染工業就被按下了暫停鍵，因為無論從用水量和排污量角度看都已無法“走通”；而王際平團隊硬是把高污染生產過程變成了“清潔生產”工作模式。整體技術路線完成后，相比較傳統路線，還可以節約5%~10%的生產成本。

獨辟蹊徑，找到滌綸纖維“無水染色”技術新路線

在中國的紡織行業中，有兩大纖維：一是棉纖維，二是使用量更大的滌綸纖維。數據顯示，中國的滌綸纖維使用量占到所有紡織纖維材料的70%左右。

傳統的滌綸纖維染色耗水量也是驚人的，完成1噸滌綸纖維的染色需要40噸左右水。王際平介紹說，滌綸纖維染色和棉纖維染色的原理不一樣。滌綸纖維是疏水性的，其在水里幾乎不出現溶脹現象，用于棉纖維染色的活性染料無法滲透進去。所以傳統技術路線一般會將染色溫度設置在130攝氏度左右，在這個溫度下，滌綸纖維會出現熱膨脹，不溶解于水的分散染料以顆粒態的形式存在，此時分散染料會“跑入”滌綸纖維內部。當溫度下降時，纖維膨脹結束，會把染料顆粒包裹在纖維內部。但是，此時滌綸纖維上還有很多表面染料的留存，需要用大量的水進行沖洗。因為中國紡織產業滌綸纖維的使用量大大高于棉纖維，因此在染色后排污量方面，滌綸纖維染色大大超越了棉纖維染色。

事實上，很多科學家都想突破滌綸染色的傳統工藝，制定出一條清潔環保的工藝路線。1989年，德國西北紡織研究中心E.Schollmeyer發明了超臨界二氧化碳染色的工藝。任何一種氣體，在臨界壓力和臨界溫度下，都會變成流體，這種流體具有十分獨特的物理性質，它的黏度低、密度大，有良好的流動、傳質、傳熱和溶解性能。德國科學家發現在超臨界二氧化碳中，分散染料會被二氧化碳流體全面溶解，輕松完成無水染色的工藝。該技術還被列為中國“八五”期間及以后的科技攻關項目。

“但要完成超臨界二氧化碳染色的工藝，設備要求非常高。如果要維持傳統130攝氏度的滌綸染色溫度，從理論上看需要打造一個能承受250個大氣壓的特殊設備，不僅設備價格昂貴，而且染色過程具有較高的安全隱患。中國企業曾經從瑞士引入相關制造設備，但是發現染色工藝很難控制，染色質量也很難保證，所以目前都沒有投入實際生產。國內目前已有相關公司可以生產超臨界二氧化碳染缸，雖然價格低于國外產品，但還是大大高于傳統染缸。超臨界二氧化碳染色具備很好的‘實驗室’染色理論，但由于其難以逾越的超高壓特性無法成為一種適用于大規模染色的技術。”王際平解釋說。

繼續沿著“干洗染色”的思維去摸索實踐，王際平團隊獨辟蹊徑找到了一種新型介質，實現了低成本的滌綸纖維低壓無水染色工藝。他告訴記者，這是一種能確保人體安全的有機溶劑介質，其沸點是200攝氏度左右，可溶解一部分分散染料。該混合體內部有溶劑、染料的聚集態結構和分子態結構，在接近常壓的條件下，就可以完成高質量的無水染色，染料使用效率高達90%以上。殘留在纖維上的染料同樣可以用這種有機溶劑進行清洗，溶劑介質可以被高效回收循環使用。染色、清洗結束后，只要將滌綸纖維在密閉環境下烘干就完成了染色過程，整個工藝不會產生一滴污水。

使用該工藝路線的第一個生產基地已經在杭州附近建設完成，整個生產基地不需要建污水處理站，不需要政府給予排污指標。

“我們現在還在研究一種人工智能操作模式，使用我們研制的專用液體染料和染料助劑配送系統，工人在控制室里就可以輕松制定染色配方，只要一按鍵，就能自動完成低成本無水染色過程。”王際平說。

未來要力爭摘掉染色產業“污染帽子”

目前，上海紡織化學清潔生產工程技術研究中心已經全面攻克了親水纖維和疏水纖維的污水零排放染色工藝，兩種工藝可以覆蓋幾乎所有纖維的染色過程，后續的研究工作還在開展中。

“染色有不同的方法，可以在前端進行纖維染色，然后再紡紗織布，也可以在后端染紗和染布。當然前端染色的色牢度要高于后端染色，產品靈活度更高?！蓖蹼H平解釋說。

王際平的科研團隊在棉布的非水介質軋染上也實現了突破。團隊在浙江省蕭山區的相關企業開展產學研攻關，最終完成了整個工藝建設，“染1噸棉布，只需要7噸水，同時可以回收這些水，不產生廢水排放問題，只會殘留一些低污染性的固廢?！蓖蹼H平透露，目前團隊正在江蘇南通幫助相關企業建設棉布“非水介質軋染技術”大規模生產線。

對于滌綸布料的無水染色技術，團隊還在繼續攻關中，爭取在不久的將來能夠攻克這一生產難題，繼續拓展低壓無水染色的工藝邊界。

王際平表示，自己最大的心愿是摘掉中國印染工業的高污染的“帽子”，對現有產業進行技術升級和替代。

“傳統印染工業水資源消耗嚴重、污水排放量大且處理難度高。10多年前，相關部門制定排污指標，符合當時的節能減排需要，也確實改善了環境。但是，目前已經到了技術全面升級的時代，綠色低碳無鹽非水介質/無水染色、污水零排放關鍵技術經過十六載的研發，已經充分驗證了大規模推廣的技術可行性和經濟可行性。我們的目標已不再是單純減排了，而是要將整個行業升級為能實現污水零排放的清潔行業。清潔生產、可持續創新是中國印染工業發展必經之路，這項全新的印染技術可就近為紡織生產區域帶來高附加值的經濟效益。”王際平說。

但目前技術的推廣似乎遭遇了壁壘。“在國家產業目錄中，傳統印染工業由于其高污染、高能耗的問題被列為‘受限’產業。雖然綠色低碳無鹽非水介質/無水染色、污水零排放技術可為行業提供系統解決方案，但是政策的限制阻礙了創新技術的推廣?！蓖蹼H平呼吁國家相關部門為紡織印染企業開辟一條生態創新發展的發展道路，“只要企業能不排污水，不要污水指標，相關部門就應在產業定位、環評、能評、資金等方面對印染企業予以鼓勵和支持。我們也盼望著該技術能為中國紡織服裝產業的可持續發展作出貢獻?！?/span>