新疆是中国的棉花主要产区，这里的棉花产量达到全国的90%以上。纺织产业的原材料虽然唾手可得，但因为传统印染工业存在耗水量大和污水量排放大的劣势，水资源紧缺、生态脆弱的新疆地区长期以来无法发展大规模的印染工业项目，大量棉花原料只能被送往沿海地区进行染色处理，难以形成从纺织到服装的全产业链。
如何让印染工业实现低成本清洁化生产？这项原创技术有哪些特点？带着这些问题，日前记者来到了上海工程技术大学。
传统印染工业为什么“不受欢迎”？
1982年，王际平进入原中国纺织大学（现为上海东华大学）纺织化学系开始了硕士研究生阶段的学习。毕业后，他留校任教。20世纪80年代末，王际平也加入了出国热潮，1994年他获美国德州大学阿灵顿校区有机及高分子化学博士，后入职美国宝洁公司，并在2005年开始担任宝洁全球纺织及工业标准部门首席科学家。2011年，为了实现自己的科研理想，王际平回国工作。2019年，他进入上海工程技术大学纺织服装学院，创建上海纺织化学清洁生产工程技术研究中心，继续开展基础研究和应用研究工作。
“中国的纺织服装行业是全球的民生支撑产业，规模高达10万亿元。印染工业是其中必不可少的部分，其产业规模高达万亿元。我们不可能只穿白色的衣服，颜色是必备选择，但因为印染工业存在大量排放污水的情况，所以很多地方政府都对其进行严格管控。为了保护环境，有些地区甚至还会责令一些排污数量比较大的印染企业关停并转，进行工业用地的‘腾笼换鸟’，在原有土地上引入比较环保的高科技企业。”王际平说。
为什么印染工业会出现大量的污水排放？
王际平拿着一块红色的棉布解释道：“中国棉纤维有70%需要进行染色，涤纶纤维有50%需要染色，目前承担棉纤维染色任务的主要是‘活性染料’。活性染料又称反应性染料，是20世纪50年代出现的一类新型水溶性染料。活性染料分子能与棉纤维素中的羟基和蛋白质纤维中的氨基发生反应，生成共价键。活性染料具有颜色鲜艳、匀染性好、色牢度高、色谱齐全、成本较低等特点，但活性染料的一大问题就是染料利用率低，耗水和耗盐类化合物用量高。因此，含有高盐、高有机物的染色水污染就此产生。”
王际平进一步解释说，事实上，活性染料和棉纤维两种材料在水里放置在一起是“互斥关系”，其都携带了大量的阴离子。虽然棉纤维在水的帮助下，纤维会膨胀起来，便于染料进入，但活性染料还是更加“钟情”于水。这时候就需要硫酸钠这种盐类化合物来“帮助”，用以中和染料和纤维的阴离子，让染料“乖乖”地“走进”纤维内部。这种工艺耗水量和耗盐量是巨大的。他向记者算了一笔经济账：“完成1吨棉纤维的染色（深色），需要100吨水和1吨左右的硫酸钠，一般活性染料在水浴中的染色效率为60%~70%。当完成染色后，还需要进行大量水洗以保证合格的产品色牢度，100吨的废水由此产生，需要后端处理和排放。废水中的污染物包括水解后的活性染料、大量的硫酸钠，以及棉纤维上的各种有机物等杂质。”
干洗“串色”引发的灵感
“染色”能不能在不用大量水、不用盐的情况下完成呢？
2002年，在美国宝洁公司工作期间，一次偶然的工作经历给了王际平灵感，当时他在负责一个环保型干洗技术的开发。干洗的好处是各种颜色的衣服可以一起洗，不会出现串色现象；但是王际平发现，如果在干洗溶剂中混入少量水分，就会出现严重串色情况，甚至比水洗串色的情况还要严重。
具有纺织染整学科背景的王际平心里突然“咯噔”一下，他本能地意识到，这可能是一个全新的纺织品染色技术路径。由于宝洁公司的主要业务集中在洗涤方面，对纺织品染色技术鲜少涉足，所以王际平就委托浙江理工大学工作的大学同学，开始进行非水介质少水染色的基础研究工作。2011年，王际平放弃国外优厚的待遇，毅然回国开展研究工作，他在浙江理工大学完成了实验室到中试技术可行性研究工作，并带领团队参加了当地的创业大赛。他们的创业计划荣获海宁市第二届“潮起东方·赢在海宁”创业大赛一等奖，之后又荣获第七届中国创新创业大赛优胜奖。他领衔的团队于2014年成立了浙江绿宇纺织科技有限公司，开始了科技成果产业化的探索。
2019年，王际平来到上海工程技术大学继续研发工作。正在建设全球科创中心的上海拥抱了这位海归学子，给了他更加高效的科研平台和更加广阔的产学研对接的发展机会。
当时，新疆建设兵团一位司令员专程找到王际平，希望他能帮助解决当地高盐染色污水的排放问题，使得大规模棉纺织品染色成为可能，为打通新疆的纺织服装全产业链提供技术解决方案，同时帮助解决当地就业难的问题。
在上海工程技术大学领导班子的大力支持下，王际平带领团队开始了科技援疆之旅。
在大漠深处攻克棉纤维“污水零排放染色”的重大难题
背上行囊，王际平带领自己的团队来到了大漠深处。一家不产生废水的染色工厂在他们的努力下成功诞生。
“这是一套全新的技术路径，最大的特点就是不用盐类化合物，不产生废水且染料利用率特别高。”王际平讲述起“非水介质少水无盐，污水零排放染色”的工作原理。
事实上，干洗的原理相当于化学上的“萃取”原理，这是一种以液态的有机化学溶剂（如四氯乙烯、碳氢溶剂等）对衣物进行洗涤，以此去除油污或污渍的一种洗涤方式。
“我们的方法是在干洗溶剂中加入少量的水和需要的活性染料。染料不会溶解到疏水的干洗溶剂中，只会溶解到少量的水滴中，在专业设计的染色装备中，溶解了染料的水滴会随着非水介质和棉纤维进行均匀接触。要知道棉纤维是一种亲水的纤维，它们特别‘喜欢’带上染料的‘水滴’，会在染色过程中逐渐抓住染料，完成和染料的反应，染料的利用率可以高达90%以上。在这个技术路径中，染色全过程不需要加入盐类化合物硫酸钠，利用水滴和纤维的亲和力就可以完成染色。”王际平说。
非水介质和水的回用过程也是十分与众不同的。王际平说，染色结束以后，还要加入少量水对棉纤维进行清洗，然后就是非水介质和水残液的处理工艺。第一步是油水分离，参与的干洗溶剂类染色介质是疏水性的，很容易和带有染料的水进行分离。第二道关是设置纳米滤膜，挡住水洗下来的棉纤维上带来的有机物和水解染料，让带有硫酸钠的水分子通过。第三道关就是设置反渗透膜，可以分离硫酸纳这种盐化合物和水分子。最后很少量的“浓缩废水”进入蒸馏模式，成为少量固废物质和一部分干净卫生的蒸馏水。
那一刻，新疆纺织领域的同行们由衷地对他竖起了大拇指。过去大量的染色后废水被直接排到沙漠深处，自从国家节能减排的政策发布后，当地的印染工业就被按下了暂停键，因为无论从用水量和排污量角度看都已无法“走通”；而王际平团队硬是把高污染生产过程变成了“清洁生产”工作模式。整体技术路线完成后，相比较传统路线，还可以节约5%~10%的生产成本。
独辟蹊径，找到涤纶纤维“无水染色”技术新路线
在中国的纺织行业中，有两大纤维：一是棉纤维，二是使用量更大的涤纶纤维。数据显示，中国的涤纶纤维使用量占到所有纺织纤维材料的70%左右。
传统的涤纶纤维染色耗水量也是惊人的，完成1吨涤纶纤维的染色需要40吨左右水。王际平介绍说，涤纶纤维染色和棉纤维染色的原理不一样。涤纶纤维是疏水性的，其在水里几乎不出现溶胀现象，用于棉纤维染色的活性染料无法渗透进去。所以传统技术路线一般会将染色温度设置在130摄氏度左右，在这个温度下，涤纶纤维会出现热膨胀，不溶解于水的分散染料以颗粒态的形式存在，此时分散染料会“跑入”涤纶纤维内部。当温度下降时，纤维膨胀结束，会把染料颗粒包裹在纤维内部。但是，此时涤纶纤维上还有很多表面染料的留存，需要用大量的水进行冲洗。因为中国纺织产业涤纶纤维的使用量大大高于棉纤维，因此在染色后排污量方面，涤纶纤维染色大大超越了棉纤维染色。
事实上，很多科学家都想突破涤纶染色的传统工艺，制定出一条清洁环保的工艺路线。1989年，德国西北纺织研究中心E.Schollmeyer发明了超临界二氧化碳染色的工艺。任何一种气体，在临界压力和临界温度下，都会变成流体，这种流体具有十分独特的物理性质，它的黏度低、密度大，有良好的流动、传质、传热和溶解性能。德国科学家发现在超临界二氧化碳中，分散染料会被二氧化碳流体全面溶解，轻松完成无水染色的工艺。该技术还被列为中国“八五”期间及以后的科技攻关项目。
继续沿着“干洗染色”的思维去摸索实践，王际平团队独辟蹊径找到了一种新型介质，实现了低成本的涤纶纤维低压无水染色工艺。他告诉记者，这是一种能确保人体安全的有机溶剂介质，其沸点是200摄氏度左右，可溶解一部分分散染料。该混合体内部有溶剂、染料的聚集态结构和分子态结构，在接近常压的条件下，就可以完成高质量的无水染色，染料使用效率高达90%以上。残留在纤维上的染料同样可以用这种有机溶剂进行清洗，溶剂介质可以被高效回收循环使用。染色、清洗结束后，只要将涤纶纤维在密闭环境下烘干就完成了染色过程，整个工艺不会产生一滴污水。
使用该工艺路线的第一个生产基地已经在杭州附近建设完成，整个生产基地不需要建污水处理站，不需要政府给予排污指标。
“我们现在还在研究一种人工智能操作模式，使用我们研制的专用液体染料和染料助剂配送系统，工人在控制室里就可以轻松制定染色配方，只要一按键，就能自动完成低成本无水染色过程。”王际平说。
未来要力争摘掉染色产业“污染帽子”
目前，上海纺织化学清洁生产工程技术研究中心已经全面攻克了亲水纤维和疏水纤维的污水零排放染色工艺，两种工艺可以覆盖几乎所有纤维的染色过程，后续的研究工作还在开展中。
“染色有不同的方法，可以在前端进行纤维染色，然后再纺纱织布，也可以在后端染纱和染布。当然前端染色的色牢度要高于后端染色，产品灵活度更高。”王际平解释说。
对于涤纶布料的无水染色技术，团队还在继续攻关中，争取在不久的将来能够攻克这一生产难题，继续拓展低压无水染色的工艺边界。
王际平表示，自己最大的心愿是摘掉中国印染工业的高污染的“帽子”，对现有产业进行技术升级和替代。