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The 21st century faces major environmental challenges, such as climate change and water pollution, highlighting the need for more sustainable and circular economic models. The textile industry contributes significantly to these issues, as it still exhibits low circularity and is a major contributor to water pollution, largely due to inefficiencies in textile dyeing and finishing stages, which generate effluents containing dyes, salts, and other additives. These compounds are currently degraded rather than valorised and reused, contradicting the principles of the circular economy.With the aim of promoting sustainability in the textile sector, this thesis focuses on the development of circular and sustainable dyeing processes based on aqueous two-phase systems (ATPS). Despite their simplicity and versatility, the industrial application of ATPS remains limited due to an insufficient understanding of phase separation and solute partitioning phenomena, as well as challenges related to hydrodynamics, regeneration and reuse of their components, and economic feasibility and industrial integration. Based on the identified gaps, this work first analysed ATPS hydrodynamics through phase separation kinetics in polymer/salt and salt/salt systems, revealing a strong dependence on the physicochemical properties of the coexisting phases, as well as on the salting-out effect of inorganic salts. This study enabled the definition of an optimal operating window within the immiscibility region, providing more favourable hydrodynamic conditions for industrial implementation.Next, an innovative strategy was developed to quantify polarity differences between ATPS phases using the Owens–Wendt method. This approach was validated for a polymer/polymer system, correlating the polarity of binary and ternary systems with phase separation behaviour. This work establishes a new framework for relating polarity, phase separation, and solute partitioning in ATPS, facilitating the optimisation of efficiency and selectivity of these systems.Subsequently, alcohol/salt ATPS were identified as particularly promising for industrial application due to their rapid phase separation, high partition capacity, and ease of recovery and reuse in closed-loop systems. Accordingly, three studies were developed on their application in sustainable textile dyeing. The first examined phase separation and the partitioning of methyl red dye across various alcohol/salt systems, achieving high partition coefficients and extraction efficiencies. This study also clarified the balance between alcohol hydrophobicity and the salting-out effect, establishing criteria to distinguish ATPS from conventional organic–aqueous systems.The second study explored an ethanol/sodium hydroxide system to develop a circular wool dyeing process using chlorophyll from microalgae. The ATPS showed at least 20% higher extraction efficiency compared with conventional solid–liquid methods. The chlorophyll-rich phase was used for wool dyeing with and without mordanting, showing comparable performance. A “self-mordanting” phenomenon was also proposed, enabling dye fixation without the addition of metal mordants. This study demonstrates the potential of ATPS to enable more circular and sustainable dyeing processes using natural dyes.Finally, the last study focused on validating the DyeLoop™ technology, based on the use of alcohol/salt ATPS formed directly from industrial textile effluents containing hydrolysed reactive dyes. The process enabled full solvent recovery and the production of a dye-enriched aqueous stream suitable for reuse in dyeing. Results obtained with real effluent demonstrated near-complete dye recovery (~100%), as well as high washing fastness (<2% bleeding), confirming the technical feasibility of the proposed solution. This work positions DyeLoop™ as a practical and scalable solution for effluent valorisation and dye recovery. The economic and environmental benefits of this technology were also assessed through an industrial case study, enabling evaluation of its real-world feasibility.Ultimately, this thesis contributes to the transformation of the textile sector by promoting circularity and sustainability in dyeing processes and introducing innovative methodologies that support a more efficient, competitive, and environmentally friendly industry.

O século XXI enfrenta grandes desafios ambientais, como as alterações climáticas e a poluição hídrica, evidenciando a necessidade de modelos económicos mais sustentáveis e circulares. A indústria têxtil contribui significativamente para estas questões, uma vez que ainda apresenta baixa circularidade e é um importante poluidor da água, em grande parte devido às ineficiências nas etapas de tingimento e acabamento têxtil, que geram efluentes contendo corantes, sais e outros aditivos. Atualmente, estes compostos são maioritariamente degradados, em vez de valorizados e reutilizados, contrariando os princípios da economia circular.Com o objetivo de promover a sustentabilidade no setor têxtil, esta tese centra-se no desenvolvimento de processos de tingimento circulares e sustentáveis baseados em Sistemas de Duas Fases Aquosas (ATPS, do inglês Aqueous Two-Phase Systems). Apesar da sua simplicidade e versatilidade, a aplicação industrial de ATPS permanece limitada devido à compreensão insuficiente dos fenómenos de separação de fases e partição de solutos, bem como a desafios associados à hidrodinâmica, regeneração e reutilização dos seus constituintes e à viabilidade económica e integração industrial. Com base nas lacunas identificadas, este trabalho começou por analisar a hidrodinâmica dos ATPS através da cinética de separação de fases em sistemas polímero/sal e sal/sal, verificando-se uma forte dependência das propriedades físico-químicas das fases em equilíbrio, bem como do efeito de salting-out dos sais inorgânicos. Este estudo permitiu definir uma zona ótima de operação na região de imiscibilidade, possibilitando condições hidrodinâmicas mais favoráveis para a implementação industrial destes sistemas.De seguida, foi desenvolvida uma estratégia inovadora para a quantificação das diferenças de polaridade entre fases de ATPS com base no método de Owens-Wendt. Esta abordagem foi validada para um sistema polímero/polímero, correlacionando a polaridade de sistemas binários e ternários com a formação de fases imiscíveis. Este trabalho estabelece uma nova abordagem para relacionar polaridade, separação de fases e partição de solutos em ATPS, facilitando a otimização da eficiência e seletividade destes sistemas.Posteriormente, identificaram-se os ATPS álcool/sal como particularmente promissores para aplicação industrial, devido à sua rápida separação de fases, elevada capacidade de partição e facilidade de recuperação e reutilização em ciclo fechado. Assim, foram desenvolvidos três estudos dedicados à sua aplicação em tingimento têxtil sustentável. O primeiro analisou a separação de fases e a partição do corante vermelho de metilo em vários sistemas álcool/sal, tendo sido obtidos elevados coeficientes de partição e eficiências de extração. Este estudo permitiu ainda clarificar o balanço entre hidrofobicidade do álcool e o efeito de salting-out, estabelecendo critérios que distinguem ATPS de sistemas orgânico-aquosos convencionais.O segundo estudo explorou o sistema etanol/hidróxido de sódio para desenvolver um processo circular de tingimento de lã com clorofila de microalgas. O ATPS apresentou uma eficiência de extração pelo menos 20% superior aos métodos sólido-líquido convencionais. A fase rica em clorofila foi usada no tingimento de lã com e sem mordentagem, com desempenhos semelhantes. Foi ainda proposto um fenómeno de “auto-mordentagem”, que permite a fixação da clorofila sem adição de mordentes metálicos. Este estudo demonstra o potencial dos ATPS para desenvolver processos de tingimento mais circulares e sustentáveis com corantes naturais.Por fim, o último trabalho centrou-se na validação da tecnologia DyeLoopTM, baseada na utilização de ATPS álcool/sal formados diretamente a partir de efluentes têxteis industriais contendo corantes reativos hidrolisados. O processo permitiu a recuperação total do solvente e obtenção de uma corrente aquosa enriquecida em corante, passível de reutilização em tingimento. Os resultados obtidos com efluente real demonstraram uma recuperação quase total do corante (~100%), bem como elevada solidez à lavagem (< 2% de bleeding), evidenciando a viabilidade técnica da solução proposta. Este trabalho posiciona a tecnologia DyeLoopTM como uma solução prática e escalável para a valorização de efluentes e recuperação de corantes. São também avaliados os benefícios económicos e ambientais da aplicação desta tecnologia à através de um caso de estudo industrial, permitindo analisar a sua viabilidade em contexto real.Em última análise, esta tese contribui para a transformação do setor têxtil, promovendo a circularidade e sustentabilidade dos processos de tingimento e introduzindo metodologias inovadoras que potenciam uma indústria mais eficiente, competitiva e ecológica.