0 引言
經(jīng)過近百年的高速發(fā)展,以石油化學(xué)工業(yè)?制造業(yè)為典型代表的現(xiàn)代工業(yè)在為我們提供充足而實(shí)用材料的同時,也引起了環(huán)境污染?溫室效應(yīng)等諸多問題?例如:全球城市垃圾逐年增多,僅固體廢棄物(包括基于石油產(chǎn)品的合成高聚物材料和生物質(zhì)材料)管理費(fèi)在2015年達(dá)到375億美元[1]?因此,各國政府與科學(xué)家開始關(guān)注各類污染源的預(yù)防與處理?事實(shí)上,廢棄生物質(zhì)材料的循環(huán)利用有多種途徑[2-3]?本文在介紹廢棄生物質(zhì)材料主要來源與傳統(tǒng)處理方法的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)從制備高附加值材料角度,對廢棄生物質(zhì)材料再利用途徑做一綜述?
1 廢棄生物質(zhì)材料的來源與傳統(tǒng)處理方法
1.1 廢棄生物質(zhì)材料的主要來源
廢棄生物質(zhì)材料主要來源于植物?動物?微生物等生物質(zhì)資源(如圖1所示略),即:農(nóng)林生產(chǎn)與加工中產(chǎn)生的植物類廢棄物;畜牧業(yè)和漁業(yè)產(chǎn)生的動物類廢棄物;食品行業(yè)產(chǎn)生的廢棄物和生活垃圾等?隨著近代科學(xué)的發(fā)展,自1920年,出現(xiàn)了以農(nóng)產(chǎn)品為原料制備工業(yè)品的研究成果?但在同時代,相對廉價的石油基化學(xué)品迅速普及抑制了農(nóng)產(chǎn)品的發(fā)展,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物越來越多?目前,中國有十分豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物資源,尤其是各類農(nóng)作物秸稈,其中,稻草約2億t,玉米秸稈2億t,小麥秸稈1億t,豆類和雜糧作物秸稈,花生?薯類和甜菜等秸稈藤蔓1億t[4]?
在林業(yè)加工過程中,主要有森林采伐?原木造材和木材加工等產(chǎn)生的廢棄物,如木屑?鋸末?刨花,中國每年約有1.1億t[5];廢棄的木制與纖維制品;城市綠化及植物新陳代謝自然產(chǎn)生的廢棄物,如:灌木枝?藤蔓?糠皮?皮殼,占很大的比例?另外,生活垃圾中的廢棄生物質(zhì)種類也很多,如:核桃殼?椰子殼?葵花籽殼[6]?石榴皮等?
食品加工業(yè)也產(chǎn)生大量殘?jiān)?如豆渣?酒糟?蔗渣,以及食品工業(yè)下腳料等?蔗渣是一種木質(zhì)纖維素含量很高的固體廢渣,每年全世界約有5.4億多t[7]?按每加工1t大豆產(chǎn)生2t濕豆渣計(jì)算,目前國內(nèi)大豆加工業(yè)每年生產(chǎn)約80萬t濕豆渣[8]?以魚?蝦為代表的水產(chǎn)品,在加工過程中產(chǎn)生的下腳料超過其質(zhì)量的30%,除少部分被用作肥料和飼料外,大部分被丟棄?這些廢棄物如果處理不當(dāng)還會危害人體健康,引發(fā)疫病(如:萎黃病?支原體病?禽霍亂等)[9]?
1.2 廢棄生物質(zhì)材料的傳統(tǒng)處理方法
廢棄生物質(zhì)資源的傳統(tǒng)處理及循環(huán)利用方法主要有如下3類:焚燒處理法;農(nóng)業(yè)廢棄物的飼料化;廢棄生物質(zhì)材料的肥料化與基質(zhì)化處理?
生物質(zhì)材料為碳基高分子?農(nóng)耕地進(jìn)行適當(dāng)焚燒處理,既能殺滅害蟲,也可以釋放肥料?但焚燒處理的危害是產(chǎn)生大量煙霧,排放大量溫室氣體,影響航空和交通安全,秸稈焚燒不當(dāng)還會造成土壤板結(jié),造成大量天然資源(材料?營養(yǎng)成分及礦物質(zhì)等)的嚴(yán)重浪費(fèi)?
部分農(nóng)業(yè)廢棄物(小麥秸稈?豌豆莢等)可直接作為動物飼料使用?農(nóng)業(yè)廢棄物飼料化包括廢棄植物纖維的飼料化和動物性廢棄物的飼料化?也可通過微生物法處理,將秸稈?木屑等加工成微生物蛋白產(chǎn)品?通過對秸稈氨化處理,還能改善原料的適用性和營養(yǎng)價值[10]?
農(nóng)業(yè)廢棄物可作為肥料使用,能提高土壤的孔隙度,增加有機(jī)質(zhì)及N?P?K等[11]?也可以通過發(fā)酵還田,利用微生物進(jìn)行生化反應(yīng),將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化成類似腐殖質(zhì)的高效有機(jī)肥?20世紀(jì)50年代,中國首先使用木屑為基質(zhì)材料栽培食用菌,然后拓展到農(nóng)業(yè)廢棄物與其他食品加工副產(chǎn)物?食用菌生產(chǎn)是將農(nóng)林牧業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為食用優(yōu)質(zhì)高蛋白食品的重要途徑[12]?但這些基質(zhì)材料也有廢棄問題,也需要循環(huán)利用?
填埋處理法是將廢棄物(垃圾)埋入地下,通過微生物長期分解,使之變成無害化合物,垃圾處理率高達(dá)95%以上?該法操作簡單,處理量大,運(yùn)行費(fèi)用低,但如廢棄物中含有害物質(zhì),會對環(huán)境造成極大危害?另一方面,也造成了資源浪費(fèi)?
2 廢棄生物質(zhì)材料的資源化利用新途徑
近年來,國內(nèi)外農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用技術(shù)和相關(guān)研究得到了較大發(fā)展[13]?廢棄生物質(zhì)材料資源化利用,除飼料化?肥料化與基質(zhì)化,還包括能源化?生態(tài)化?材料化等?生物基產(chǎn)品的關(guān)系如圖2所示（略）?
2.1 廢棄生物質(zhì)資源的能源化利用
自1970年以來,各國高度重視生物質(zhì)能的開發(fā)與利用?因此,通過開發(fā)技術(shù),將環(huán)境友好型生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為清潔?廉價?高品質(zhì)的生物質(zhì)能源,具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義?
將秸稈?稻殼?木屑等生物質(zhì)廢棄物作為燃料,經(jīng)加壓
成固體成型燃料時相當(dāng)于中質(zhì)煤,但無煤的缺點(diǎn)(如含硫量大?灰分高等)?利用農(nóng)業(yè)廢棄物(秸稈?蔬菜瓜果等)生產(chǎn)沼氣,熱效高達(dá)94%?利用生物質(zhì)熱能氣化原理,固體廢棄物經(jīng)處理可產(chǎn)生清潔的可燃?xì)?供用戶使用?隨著生物煉制技術(shù)的發(fā)展,生物燃料從以糖?淀粉?食用油為原料的第一代,拓展到基于農(nóng)業(yè)廢棄物木質(zhì)纖維素為原料的第二代[14]?小麥秸稈可用于生產(chǎn)生物乙醇?生物氫和沼氣,廢液可進(jìn)一步生產(chǎn)甲烷[15]?Chen等[16]使用快速熱解反應(yīng)器將農(nóng)林廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成生物燃料,產(chǎn)率高達(dá)60.2%?Rocha等[17]將甘蔗渣經(jīng)生物法處理制備的生物乙醇,可用作生物燃料?
2.2 廢棄生物質(zhì)資源的綜合生態(tài)化循環(huán)利用
以秸稈為例,若只經(jīng)過牲畜過腹還田,其能量利用率僅為20%?以“秸稈-食用菌-豬-沼氣-肥田”模式為例,其有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素利用率可達(dá)95%?據(jù)測算,每利用1萬t秸稈可減少SO2排放量140t,減少煙塵排放量100t?沼氣除燒飯?照明?取暖外,還可用于溫室?孵化?發(fā)電等,從而可解決農(nóng)村能源短缺的問題?從技術(shù)角度看,高效沼氣發(fā)酵裝置與生態(tài)農(nóng)業(yè)綜合利用模式是目前研究的重點(diǎn)?也可以采用生物質(zhì)材料的綜合利用模式,如:植物纖維廢棄物的資源化利用,主要采用飼料加工?固化?炭化?氣化?制備復(fù)合材料等[18]?
2.3 生物質(zhì)材料中活性成分的提取與利用
生物質(zhì)材料由不同類型的高分子和小分子化合物組成?其中,部分小分子或高分子具有一定的生物活性,如果有效提取,可作為藥物或功能性食品食用?如:豆渣中含大量膳食纖維,并含具有抗氧化?防癌?降低膽固醇?預(yù)防骨質(zhì)疏松的大豆異黃酮[19]?膳食纖維是適合IBS(腸易激綜合征,irritablebowelsyndrome)患者的健康食品[20]?從香蕉皮?甘蔗渣?玉米芯等中也能提取膳食纖維?銀杏葉提取物主要有效成分為銀杏黃酮類和銀杏萜內(nèi)酯類化合物,具有擴(kuò)張血管?降血脂?拮抗血小板活化因子抗炎及抗腫瘤等多種藥理作用[21]?石榴皮的提取液可用于草莓保鮮[22]?使用高壓脈沖電場(pulsedelectricfield,PEF)可從橘子皮中提取具有抗氧化作用的活性多酚[23]?
當(dāng)然,從廢棄生物質(zhì)(如:米糠?菠蘿皮[24]?玉米須[25])中可以提取多糖;也可以從豆渣中提取可溶性多糖,多糖還可轉(zhuǎn)化為生物乙醇,還原性多糖等?
2.4 廢棄生物質(zhì)制備生物基高分子材料
生物質(zhì)材料的組成主要有多糖(如:纖維素?淀粉?甲殼素等)?木質(zhì)素?蛋白質(zhì)等,因其具有多種功能基團(tuán),可用來制備高分子材料?典型途徑有2種,一是通過化學(xué)?物理方法將天然高分子改性制備生物質(zhì)新材料;二是通過化學(xué)?生物技術(shù)將生物質(zhì)材料降解成單體(或低聚物),制備可降解生物基高分子材料?
2.4.1 基于生物煉制技術(shù)開發(fā)生物基產(chǎn)品
20世紀(jì)初,出現(xiàn)了生物質(zhì)原料制備工業(yè)品的研究,但相對廉價的石油基化學(xué)品迅速普及抑制了農(nóng)產(chǎn)品的發(fā)展[26]?經(jīng)過百年發(fā)展,隨著石化資源的枯竭,生物煉制技術(shù)受到關(guān)注?如:甘蔗渣?玉米芯?稻殼等經(jīng)水解可制得木糖;麥草經(jīng)常壓水解?溶劑萃取后可制得糠醛,水解后的殘?jiān)€可造紙;采用脫木質(zhì)素-解聚-發(fā)酵步驟,可制備乙醇[27]?
采用生物煉制技術(shù)可生產(chǎn)各種生物基產(chǎn)品[28],包括生物質(zhì)能源(沼氣?乙醇汽油?生物柴油)?生物質(zhì)化學(xué)品(乙烯?乙醇?丙烯酸?丙烯酰胺?1,3-丙二醇?琥珀酸等)?生物質(zhì)材料(如聚乳酸PLA(polylacticacid)?聚對苯二甲酸丙二醇酯PTT(polytrimethyleneterephthalate)?尼龍工程塑料)等?
生物煉制技術(shù)中,最典型的水熱法是在一定溫度?壓力下,將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物油?生物氣?生物炭[29]?快速高溫裂解可將70%的植物原料轉(zhuǎn)化為生物油中間體[30]?可用甘蔗渣?木屑?海藻等廢棄生物質(zhì)生產(chǎn)生物燃料[31]?生物煉制可大幅拓展可再生生物基材料的應(yīng)用[32]?但目前大部分生物煉制技術(shù)尚未成熟,限制了其大規(guī)模應(yīng)用?
2.4.2 生物質(zhì)功能高分子材料
通過改性或復(fù)合是制備價廉且可降解高分子材料的重要手段?一是在合成高分子中添加生物質(zhì),二是將天然高分子進(jìn)行小分子或高分子改性,典型的有高分子改性木質(zhì)素?纖維素?淀粉等?從20世紀(jì)80年代,國內(nèi)外開始研發(fā)可降解塑料,從淀粉改性逐步擴(kuò)展到生物質(zhì)材料(秸稈纖維)改性與可降解塑料的全合成?
1)木質(zhì)素基材料
木質(zhì)素是一種來源廣泛?無毒?廉價的可再生資源,木材水解和造紙業(yè)每年產(chǎn)生大量的木質(zhì)素副產(chǎn)物?木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中含多酚羥基[33],多聚酚類物質(zhì)(如茶多酚?紅棗多酚?單寧?葡萄酚等)具有清除自由基?抑菌?抗癌?抗老化?抗脂質(zhì)過氧化等特點(diǎn)?以木質(zhì)素為原料可制取聚酯?膠黏劑?涂料或薄膜?酚醛樹脂?脲醛樹脂等工程材料[34-35]?木質(zhì)素其加氫脫氧產(chǎn)物一般為C6-C10的碳?xì)浠衔?與現(xiàn)有的商品汽油碳數(shù)一致?木質(zhì)素可用作混凝土?墨水?涂料的填充劑[36]或土壤穩(wěn)定劑,木質(zhì)素與聚(苯撐亞甲基)多異氰酸酯(MDI,poly(phenylenemethylene)polyisocyanate)反應(yīng)可制備木質(zhì)素基聚氨酯發(fā)泡材料,通過己內(nèi)酯的接枝聚合,可得到木質(zhì)素基聚己內(nèi)酯,也可制備木質(zhì)素基環(huán)氧樹脂[37],這些材料具有可降解性?
2)纖維素?淀粉基材料
以富含纖維素的廢棄生物質(zhì)為原材料,制備性能各異的高分子纖維素生物膜材料及纖維素衍生物已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)?可采用離子溶液法或溶劑法直接從菠蘿葉[38]?蘆葦[39]及竹纖維制得高強(qiáng)度的纖維素膜?以稻草為原料,制得的羧甲基纖維素具有良好的成膜性能[40]?如竹子纖維可制成復(fù)合材料,用于生產(chǎn)體育用品?樂器[41];紅麻桿芯可替代木材和其他天然纖維原料[42];紅麻纖維還能替代玻璃纖維充當(dāng)汽車外部前后保險杠等,與樹脂PP(聚丙烯,polypropylene)復(fù)合后提高其耐熱性和耐沖擊力[43]?我們發(fā)現(xiàn)[44]對小麥秸稈纖維素進(jìn)行高分子接枝改性,可用于廢水中鉛離子的去除;豆渣作為食品工業(yè)的廢棄物,具有快速去除鉛離子的能力[45]?淀粉的羥基可與許多單體發(fā)生接枝共聚反應(yīng)?藍(lán)平等[46]制備的木薯淀粉磁性微球,可用于溶菌酶的分離和純化,吸附率達(dá)84.7%?也有改性陽離子淀粉用于絮凝性能的報道[47]?淀粉還可作為香味劑?甜味劑等的包埋劑,一些藥物的載體和污水處理劑等?
3)甲殼素?殼聚糖基材料
甲殼素主要存在蝦?蟹?昆蟲等甲殼動物的外殼,以及低等植物菌類與真菌的細(xì)胞壁中?甲殼素及脫乙酰產(chǎn)物殼聚糖具有羥基?氨基和羰基,可進(jìn)行?；?酯化?醚化?烷基化?氧化?螯合?接枝共聚?交聯(lián)等反應(yīng)?殼聚糖及衍生物廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)?農(nóng)業(yè)?食品?分離?水處理等領(lǐng)域[48]?徐寧寧等[49]合成的殼聚糖雙胍鹽酸鹽衍生物,高效低毒,有望用于生物醫(yī)用材料?研究發(fā)現(xiàn),殼聚糖負(fù)載鈷酞菁后表面結(jié)構(gòu)疏松,可用于光降解染料廢水[50];殼聚糖與玉米醇溶蛋白復(fù)合可制備具有載藥性能的納米微球[51]?
4)腐殖酸基材料
腐腐酸是腐殖質(zhì)的主要組成部分?腐殖質(zhì)為土壤?泥炭?許多高地溪流?海水中的主要有機(jī)成分,由生物死亡后經(jīng)生物降解產(chǎn)生[52]?含多種功能基的腐殖酸已應(yīng)用于工業(yè)?農(nóng)業(yè)?醫(yī)學(xué)?環(huán)保等領(lǐng)域?腐殖酸具有改良土壤?對化肥具有增效?對作物生長發(fā)育具有刺激作用[53-54];可用于廢氣(SO2?NOx?H2S等)和重金屬離子(Cu2+?Pb2+?Cd2+等)的吸附[55];在石油工業(yè)中用于水基和油基鉆井液降濾失劑;可作為鉛蓄電池的擴(kuò)張器,可阻止板開裂和硬化;已應(yīng)用于陶瓷脫模劑?黏結(jié)劑?鍋爐除垢劑;硫化橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑等[56]?由于腐殖酸的抗病毒?抗腫瘤?止血?抗菌和抗炎等特性,已被用來治療一些疾病[57(]如燒燙傷?胃腸道出血?風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎?婦科病?腫瘤等)?
5)蛋白基材料
動?植物廢棄蛋白主要來源于動物角蛋白?大豆殘?jiān)鞍?小麥麩質(zhì)蛋白等?角蛋白是農(nóng)副產(chǎn)品中被廢棄最多的一類蛋白質(zhì),廣泛存在于毛發(fā)?蹄和指甲中?其中動物毛發(fā)(包括人發(fā))和家禽羽毛中角蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過90%[58],中國年產(chǎn)家禽羽毛70多萬t[59],除少部分作為保暖填充材料外,絕大部分被廢棄?近年來,從廢棄羽毛中提取羽毛角蛋白(featherkeratin,FK)的新工藝已有報道[60-61],可從廢棄羽毛和豬毛中提取角蛋白直接制成膜材料[62];可制備具有可控釋放性能的高分子凝膠[63-64];角蛋白結(jié)合金屬離子?金屬配合物后具有良好的抗氧化性[65];FK經(jīng)改性后可用于淀粉廢水的處理[66];FK改性CdS的半導(dǎo)體材料FK-Cd(II)能降解染料廢水[67]?另外,水產(chǎn)動物加工廢棄物(包括皮?骨?鱗)中所含有的豐富膠原蛋白具有很多牲畜膠原蛋白沒有的優(yōu)點(diǎn),如具有低抗原性?低過敏性等[68-69]?蛋白生物塑料也是當(dāng)前重點(diǎn)開發(fā)的生物降解塑料之一,已應(yīng)用于許多領(lǐng)域?如:農(nóng)用薄膜?植物培養(yǎng)塑料盆?塑料花瓶[70],醫(yī)用輸液管?藥物載體等[71],食品包裝等[72]?
2.4.3 合成生物基高分子材料
生物基材料是指以可再生的生物質(zhì)為原材料,經(jīng)生物轉(zhuǎn)化(或生物煉制)得到的小分子化合物或高分子材料,以部分小分子化合物作為單體,通過聚合工藝所制備的高分子材料[73],如:生物基化合物?生物塑料?功能糖產(chǎn)品?木塑復(fù)合材料等?生物基材料可用于制備生活用品?醫(yī)用材料[74],如:聚乙醇酸(polyglycolicacid,PGA)主要用于手術(shù)縫合線?這些聚合單體中,越來越多的單體可通過廢棄生物質(zhì)制備,如生物質(zhì)制取聚乙烯醇(poly-vinylalcohol,PVA),是以甘蔗?薯類等為原料,采用乙醇-乙烯法生產(chǎn)?
1)化學(xué)合成可降解生物基高分子材料
基于生物基單體合成的高分子材料大部分可生物降解,主要包括PLA?聚乙醇酸?聚丁二酸丁二醇酯(polybutylenesuccinate,PBS)?聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)?聚碳酸酯?聚衣康酸(polyitaconicacid,PIA)等?PLA的原料乳酸可由秸稈等含多糖的廢棄生物質(zhì)發(fā)酵,經(jīng)縮聚或開環(huán)聚合制得[75]?PLA在自然界可生物降解成CO2和H2O[76]?PLA復(fù)合材料具有更好的耐熱性?強(qiáng)度?模量?氣體阻隔性及更快的堆肥降解速率[77]?PBS主鏈中亞甲基使其具有與通用聚乙烯相近的物理力學(xué)性能,PBS廣泛應(yīng)用于包裝?醫(yī)藥衛(wèi)生?農(nóng)業(yè)領(lǐng)域等[78]?PTT是對苯二甲酸?1,3-丙二醇(propan-1,3-diol,PDO)經(jīng)縮聚反應(yīng)制得的聚酯,多用作纖維,具有聚酰胺的柔軟性?腈綸的蓬松性?滌綸的抗污性,及本身固有的彈性和常溫染色等特點(diǎn)?近年,由于生物柴油產(chǎn)量的增長,已開發(fā)了直接從副產(chǎn)物甘油發(fā)酵生產(chǎn)PDO的工藝?發(fā)酵法合成衣康酸主要原料為多糖類生物質(zhì)(如玉米淀粉),PIA易生物降解,廣泛用于化學(xué)合成?新材料和造紙?醫(yī)藥?食品等領(lǐng)域[79]?
生物聚乙烯?生物聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate,PET)?聚醇?聚氨酯?高取代度的多糖衍生物等難以降解[80]?其中,PET的原料乙二醇,可由廢棄天然高分子(如薯渣?甘蔗渣?豆渣?米殼等)提取?PVA廣泛應(yīng)用于黏合劑?造紙和紡織工業(yè),在環(huán)境中很難降解,導(dǎo)致PVA成為工業(yè)廢水中主要的污染物?以尼龍(polyamide,PA)為代表的熱塑性樹脂,石油基PA由二元胺和二元酸制取,生物基PA則由ω-氨基酸或環(huán)內(nèi)酰胺合成,其單體源于可再生生物質(zhì)(如蓖麻油?葡萄糖)?
2)生物合成可降解高分子材料
生物合成高分子材料主要包括聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)?聚γ-谷氨酸(poly-γ-glutamicacid,γ-PGA)?聚ε-賴氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)?β-聚蘋果酸(poly(β-malicacid,β-PMLA))等?PHA是以取代羥基酸(3-羥基酸?4-羥基酸?5-羥基酸或6-羥基酸)為單體,微生物合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯[81-82],在微生物體內(nèi)主要作為細(xì)胞內(nèi)碳源和能源的貯藏物質(zhì)?PHA具有良好的生物相容性?生物可降解性和塑料的熱加工等特性,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)?食品業(yè)和生物醫(yī)藥,生物醫(yī)用和生物可降解包裝材料領(lǐng)域是生物材料中最為活躍的研究熱點(diǎn)之一?γ-PGA是以單糖?谷氨酸?檸檬酸?甘油為碳源,通過生物法合成?γ-PGA及其衍生物主要應(yīng)用于生物醫(yī)藥?化妝品?食品和環(huán)境等領(lǐng)域[83],作為藥物載體,可增加藥物的穩(wěn)定性和溶解性,具有緩控釋作用?ε-PL是由微生物大量生產(chǎn)的氨基酸同型聚合物,具有優(yōu)異的防腐性能?另外,以生物質(zhì)為原料制備的丁二酸?天冬氨酸?葡萄糖二酸?乙酰丙酸等是重要的聚合單體[84]?如:葡萄糖二酸可用于合成新型高分子材料;由微生物發(fā)酵制備的聚蘋果酸主要用于靶向藥物輸送[85]?截止2015年,中國產(chǎn)業(yè)化的生物可降解塑料包括:PBAT(聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯,poly-butyleneadipate-co-terephthalate)?PBS?PLA?PHA?PPC(脂肪族聚碳酸酯,poly-propylenecarbonate)等,年產(chǎn)量約8.5萬t?
2.4.4 基于廢棄生物質(zhì)的新型高分子材料
隨著對天然高分子結(jié)構(gòu)表征與合成技術(shù)的進(jìn)步,以廢棄生物質(zhì)為原料可制備不同種類的高分子材料,如:生物醫(yī)用材料?刺激響應(yīng)性材料?能源材料?納米材料?催化材料等?具有生物活性的天然高分子,既可通過自組裝技術(shù)[86]?復(fù)合技術(shù)[87],也可通過聚合技術(shù)[88]制備智能高分子材料[89]?新能源材料主要有儲氫材料?電池材料(包括電極?燃料電池的催化劑)?發(fā)光材料?相變儲能材料等?采用香蕉葉莖[90]/豬骨頭[91]等制備的活性炭可用于制備電容器材料?Wang等分別將豆渣[92]?魚骨[93]?雞骨頭[94]制備成N摻雜的多孔碳材料,對氧化還原反應(yīng)具有優(yōu)良的催化活性?穩(wěn)定性和抗甲醇中毒能力,其氧還原活性遠(yuǎn)高于商業(yè)Pt/C催化劑?Latha等[95]將磁性納米粒子(Fe3O4)涂敷在羽毛角蛋白微粒后原位制備的金屬鈀催化劑,可用于鹵代芳烴和苯硼酸的交叉耦合反應(yīng)?以羽毛角蛋白為載體制備的Pd納米顆?？稍谒嘀懈咝Т呋宕紵N與苯硼酸的Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)[96]?
3 總結(jié)與展望
隨著人們環(huán)保意識的提高,已將單純的焚燒?填埋等廢物處理模式,逐步轉(zhuǎn)換成既能源化,又可產(chǎn)品化?生態(tài)化等多種循環(huán)利用模式?高效利用廢棄生物質(zhì),一方面可緩解對環(huán)境的污染,另一方面,采用生物質(zhì)制備種類繁多的可降解高分子材料,可拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,提高經(jīng)濟(jì)效益?然而,要擴(kuò)大廢棄生物質(zhì)材料的再利用途徑與領(lǐng)域,尚需解決諸多問題,如產(chǎn)品性價比低?性能比傳統(tǒng)材料差?但隨著石化資源的枯竭及突出的環(huán)境問題,廢棄生物質(zhì)因其來源廣泛且可再生?產(chǎn)品可降解等優(yōu)點(diǎn),將推動廢棄生物質(zhì)材料再利用的研發(fā)工作,相關(guān)市場仍將迅速增長,尤其在包裝材料?塑料薄膜?醫(yī)用材料等領(lǐng)域,生物質(zhì)材料具有非常廣闊的應(yīng)用前景?
何玉鳳, 錢文珍, 王建鳳, 熊玉兵, 宋鵬飛, 王榮民※
(西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 生態(tài)環(huán)境相關(guān)高分子材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州)
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