隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展, 由農(nóng)業(yè)廢棄物大量積累導致的環(huán)境污染和資源浪費日益凸顯, 大力發(fā)展農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用對于保護生態(tài)環(huán)境和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。甘蔗渣是甘蔗經(jīng)過破碎和壓榨提取甘蔗汁后殘留的甘蔗莖纖維殘渣, 其含量占甘蔗的24%～27%, 是世界上產(chǎn)量最大的農(nóng)業(yè)廢棄物之一。我國作為全世界第三大甘蔗種植國家, 甘蔗渣的年產(chǎn)量達兩千多萬噸。與其它農(nóng)業(yè)廢棄物相比, 甘蔗渣還具有來源集中﹑收集簡單﹑運輸半徑小﹑成分相對穩(wěn)定﹑性質(zhì)均一等特點。因此, 甘蔗渣資源的開發(fā)利用受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。

由于甘蔗渣的木質(zhì)化程度較高, 以及傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化利用手段缺乏, 使其傳統(tǒng)利用方式僅限于作為鍋爐燃料燃燒發(fā)電等粗放低效利用, 且利用率極低,絕大部分甘蔗渣被直接丟棄或填埋處理。近年來, 隨著現(xiàn)代生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)的不斷發(fā)展, 對甘蔗渣的利用方式日趨多樣,當前國內(nèi)外研究主要集中在能源化﹑飼料化﹑基質(zhì)化和材料化等幾個方面。其中, 材料化是甘蔗渣高值化利用的重要途徑之一, 發(fā)展前景廣闊。

甘蔗渣的化學成分以木質(zhì)纖維素為主, 在干物質(zhì)中纖維素占32%～48%﹑半纖維素占19%～24%﹑木質(zhì)素占23%～32%﹑灰分約4%。甘蔗渣的化學組成使它成為開發(fā)環(huán)境友好型材料的理想原料。

甘蔗渣可用于生產(chǎn)生活用紙，如衛(wèi)生紙﹑餐巾紙﹑包裝紙﹑瓦楞紙﹑銅板紙﹑復印紙和雙膠紙。在我國, 制漿造紙是除作為燃料之外甘蔗渣最主要的利用途徑, 但受地域和原料限制, 主要集中在廣西﹑云南等制糖企業(yè)集中的地區(qū)。與生物煉制相結(jié)合的甘蔗渣制漿造紙思路, 即既得到紙漿, 又得到高附加值的化學品, 如乙醇法制漿, 醋酸法制漿,高沸醇法制漿等等, 具有溶劑可回收的優(yōu)點, 且能夠同時分離獲得半纖維素﹑纖維素以及高反應活性的木質(zhì)素。

甘蔗渣制漿后經(jīng)模壓可制成一次性綠色環(huán)保餐具, 這種餐具有足夠的強度, 并且耐油﹑耐熱水﹑無毒﹑無味﹑無污染﹑可生物降解, 能完全替代塑料餐具減輕“白色污染”。據(jù)報道, 目前廣西利用甘蔗渣生產(chǎn)綠色環(huán)保餐具的企業(yè)已近20 家, 產(chǎn)品除供應國內(nèi)市場外, 還遠銷日本﹑韓國﹑美國和西班牙等國家。

由于甘蔗渣的比重小﹑纖維質(zhì)量好, 制得的人造板材具有優(yōu)異性能, 如重量輕﹑強度高﹑不易受生物侵害, 此外其吸水率低﹑防火性能好, 有良好機械加工性能和裝飾性能等, 適用于家具﹑建筑﹑車廂﹑船舶﹑音箱﹑包裝箱等制作行業(yè)?；瘜W分析表明, 甘蔗渣中的糖分提高了人造板的性能。最近, 國內(nèi)中南林業(yè)科技大學的研究者開發(fā)了甘蔗渣輕質(zhì)無膠板和阻燃無膠高密度板等。

活性炭是一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的環(huán)境友好型吸附材料, 廣泛應用于食品﹑醫(yī)藥﹑化工等領域。由于甘蔗渣碳素含量高, 是產(chǎn)業(yè)化制備活性炭的優(yōu)質(zhì)原料?；罨歉收嵩钚蕴恐苽涞年P(guān)鍵步驟。以ZnCl2﹑強酸等為活化劑, 將甘蔗渣在600～700℃溫度下炭化, 可制得性能較好的活性炭, 用于脫除城市垃圾滲濾液中腐殖酸, 吸附廢水中的重金屬﹑硝酸鹽和磷,以及脫除蛋白質(zhì)中的黑色素。

微晶纖維素是天然纖維素經(jīng)過部分降解和純化而制得,可作為藥物粘合劑、食品穩(wěn)定劑以及化妝品的增稠劑等, 在醫(yī)藥、食品和化妝品等工業(yè)領域用途廣泛。

酚醛樹脂膠黏劑是制造室外用人造板的主要膠黏劑, 但在其使用過程中會釋放甲醛, 危害人類健康。木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)中具有羥基和醛基, 在合成酚醛樹脂的反應中可部分替代苯酚和甲醛, 降低有害物質(zhì)的使用量從而提高產(chǎn)品安全性。甘蔗渣中木質(zhì)素含量較高, 采用溶劑法提取甘蔗渣木質(zhì)素的苯丙烷結(jié)構(gòu)上帶有更多的羥甲基, 可制備高強度的木質(zhì)素基酚醛樹脂膠黏劑

再生纖維素膜是一種用途廣泛的高分子膜材料, 可作為血液透析膜﹑腸衣﹑食品保鮮膜等。用離子液體Cl溶解甘蔗渣纖維素, 加水再生后制備了結(jié)晶結(jié)構(gòu)為纖維素Ⅱ的再生纖維素膜, 其熱力學穩(wěn)定性達到292℃, 拉伸強度高達144 MPa。

甘蔗渣含有大量的木質(zhì)素、纖維素等多羥基成分, 在聚醚多元醇和環(huán)碳酸乙烯酯等供氫溶劑和無機強酸的催化作用下, 可以被液化成具有高反應活性、分子量分布適中的生物多元醇。甘蔗渣生物多元醇可以替代部分的石化基聚醚多元醇或者直接用于聚氨酯類高分子材料的合成。利用雜多酸將甘蔗渣液化后通過磷化改性合成了生物質(zhì)基多元醇膦酸酯, 可制備具有良好阻燃性的聚氨酯泡沫材料。

甘蔗渣可作為聚合物的增強纖維, 用于開發(fā)可降解的生物基復合材料。但由于甘蔗渣中含有多羥基成分, 與非極性高分子基體的界面黏合性較差,因而須對甘蔗渣進行預處理以提高其界面相容性。

納米纖維素通常是指具有一維納米尺寸的纖維素材料, 在電子﹑化工﹑航空﹑醫(yī)藥和食品等眾多領域具有廣闊的應用前景。甘蔗渣中纖維素的含量較高, 因而是一種理想的納米纖維素原料。酸水解法是目前制備甘蔗渣納米纖維素的常用方法。中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所采用離子液體溶解甘蔗渣使其轉(zhuǎn)化為均相狀態(tài), 再在均相介質(zhì)中通過高壓均質(zhì)或動態(tài)高壓微射流制備了粒徑為5～20 nm的甘蔗渣納米纖維素, 該方法具有綠色高效的特點, 應用前景廣闊。

綜上, 甘蔗渣作為一種良好的綠色可再生高分子材料日益受到人們的重視, 其綜合利用方式日趨多樣。然而, 目前僅有制漿造紙﹑生產(chǎn)綠色環(huán)保餐具和人造板等少數(shù)幾種粗放型利用方式實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn), 甘蔗渣的高值化利用技術(shù)及綠色生產(chǎn)工藝還有待開發(fā)。納米纖維素是木質(zhì)纖維高值化應用的重要方向之一, 與其他納米材料相比, 納米纖維素除具有高純度﹑高縱橫比﹑高楊氏模量﹑高結(jié)晶度﹑高強度和較低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)越性能外, 同時具有材質(zhì)輕﹑可降解﹑可再生﹑生物相容等優(yōu)點。因此, 納米纖維素的制備﹑結(jié)構(gòu)﹑性能與應用是當前纖維素化學研究的重點和熱點。以甘蔗渣生產(chǎn)納米纖維素及相關(guān)功能材料, 在航空航天﹑軍工﹑超精密儀器﹑生物醫(yī)學材料等領域應用前景廣闊, 有利于促進甘蔗渣高值化利用, 延長蔗糖產(chǎn)業(yè)鏈, 促進產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。此外, 離子液體作為一種新型的木質(zhì)纖維素綠色溶劑, 為甘蔗渣的高值化利用提供了新的契機, 但目前相關(guān)研究還僅停留在實驗室階段, 距離實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)仍存在很多問題亟待解決, 例如, 離子液體的低成本合成與高效回收, 纖維素在離子液體中的降解調(diào)控, 以及如何在離子液體溶劑體系中對甘蔗渣進行全組分分離等。

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