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中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所生物基材料綠色加工創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)甘薯渣纖維素納米晶的規(guī)?;a(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

   2025-01-20 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所10910
  近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所生物基材料綠色加工創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)甘薯渣纖維素納米晶的規(guī)?;a(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Sustainable Materials and Technologies》(JCR一區(qū),IF=8.7)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院-比利時(shí)列日大學(xué)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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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(guò)物理、化學(xué)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?。其中,納米纖維素被譽(yù)為21世紀(jì)的生物基材料,具有可生物降解、無(wú)毒、比表面積大及表面化學(xué)性質(zhì)可調(diào)控等特性,可廣泛應(yīng)用于食品、包裝、建筑等領(lǐng)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(dú)特的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)成為研究熱點(diǎn)。盡管已有大量研究聚焦于CNCs的生產(chǎn)方法、結(jié)構(gòu)表征和應(yīng)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(jì)性和環(huán)境影響仍缺乏深入探討,亟待進(jìn)一步研究以推動(dòng)綠色制造的可持續(xù)發(fā)展。
 
  本研究成功實(shí)現(xiàn)了甘薯渣CNCs的規(guī)?;a(chǎn),并基于木材CNCs的商業(yè)加工工藝模型,對(duì)甘薯渣CNCs的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。結(jié)果表明,甘薯渣CNCs為棒狀結(jié)構(gòu),直徑范圍為15.10-30.90 nm,長(zhǎng)度范圍為80.80-259.90 nm,具有高度結(jié)晶的纖維素I型結(jié)構(gòu)(結(jié)晶度為61.0%),突凸出顯了其作為復(fù)合材料增強(qiáng)成分的應(yīng)用潛力。同時(shí),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(fù)合材料的增強(qiáng)材料。此外,甘薯渣CNCs的zeta電位為-40.07 mV,顯示出良好的儲(chǔ)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(yùn)營(yíng)成本減少0.055億美元,加工工藝的凈現(xiàn)值(項(xiàng)目獲利能力評(píng)價(jià)指標(biāo))更高,進(jìn)一步驗(yàn)證了甘薯渣CNCs生產(chǎn)工藝的高經(jīng)濟(jì)可行性。
 
  以上研究結(jié)果明確了甘薯渣等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益方面的優(yōu)勢(shì),探索了其在減少化石燃料使用中的潛力,同時(shí)為未來(lái)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(dǎo)。
 
  文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.susmat.2024.e01232
 
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