近日，中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所生物基材料綠色加工創(chuàng)新團隊對甘薯渣纖維素納米晶的規(guī)?；a(chǎn)過程進行了系統(tǒng)的技術經(jīng)濟分析，相關研究成果發(fā)表于國際知名學術期刊《Sustainable Materials and Technologies》（JCR一區(qū)，IF=8.7）。中國農(nóng)業(yè)科學院-比利時列日大學聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生朱順順為論文第一作者，孫紅男研究員和木泰華研究員為共同通訊作者。該研究得到了中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-202X-IFST）的資助。
生物基材料是從可再生生物質(zhì)中通過物理、化學或生物方法提取的綠色材料，因其環(huán)境友好性、成本效益和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Χ鴤涫懿毮俊Ｆ渲?，納米纖維素被譽為21世紀的生物基材料，具有可生物降解、無毒、比表面積大及表面化學性質(zhì)可調(diào)控等特性，可廣泛應用于食品、包裝、建筑等領域。纖維素納米晶（cellulose nanocrystals，CNCs）作為納米纖維素的重要分支，因其獨特的結構和理化性質(zhì)成為研究熱點。盡管已有大量研究聚焦于CNCs的生產(chǎn)方法、結構表征和應用前景，但與傳統(tǒng)商業(yè)方法（如硫酸水解木材生產(chǎn)CNCs）相比，利用甘薯渣等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物生產(chǎn)CNCs的經(jīng)濟性和環(huán)境影響仍缺乏深入探討，亟待進一步研究以推動綠色制造的可持續(xù)發(fā)展。
本研究成功實現(xiàn)了甘薯渣CNCs的規(guī)模化生產(chǎn)，并基于木材CNCs的商業(yè)加工工藝模型，對甘薯渣CNCs的生產(chǎn)過程進行了系統(tǒng)的技術經(jīng)濟分析。結果表明，甘薯渣CNCs為棒狀結構，直徑范圍為15.10-30.90 nm，長度范圍為80.80-259.90 nm，具有高度結晶的纖維素I型結構（結晶度為61.0%），突凸出顯了其作為復合材料增強成分的應用潛力。同時，其最大熱降解溫度為347.88 ℃，初始熱降解溫度大于200 ℃，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，適合用作環(huán)保型生物復合材料的增強材料。此外，甘薯渣CNCs的zeta電位為-40.07 mV，顯示出良好的儲存穩(wěn)定性和膠體穩(wěn)定性?；谌债a(chǎn)200噸的加工工藝模型，與商業(yè)木材CNCs相比，甘薯渣CNCs生產(chǎn)工藝的總投資成本下降0.244億美元，年度運營成本減少0.055億美元，加工工藝的凈現(xiàn)值（項目獲利能力評價指標）更高，進一步驗證了甘薯渣CNCs生產(chǎn)工藝的高經(jīng)濟可行性。
以上研究結果明確了甘薯渣等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物在經(jīng)濟和環(huán)保效益方面的優(yōu)勢，探索了其在減少化石燃料使用中的潛力，同時為未來CNCs及生物基材料的生產(chǎn)提供了重要的數(shù)據(jù)支撐和理論指導。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.susmat.2024.e01232
