生物质材料

面向新一代生物及化工产业的生物质原料炼制关键过程

陈洪章1 邱卫华1 邢新会2 肖炘1

1. 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室, 北京100190

2. 清华大学化工系生物化工研究所, 北京100084

美国能源部提出到2020年化学基础产品中至少有10% 来自木质生物质, 2050年提高到50%, 2030年生物质要为美国提供5% 的电力、20% 的运输燃料和25% 的化学品[ 4].我国#可再生能源法∃以法律形式规定了2010

年中国初级能源的5% 将来自可再生能源; 2020 年这一比例将达到10%。

另一方面, 木质纤维素等生物质原料组分复杂, 针对单一组分、依靠单一技术都难以实现生物质成为新一代生物及化工产业通用原料, 而且造成资源浪费的同时会产生大量污染。因此, 生物质产业结构必须从源头建立清洁生产方法, 依靠清洁生产和技术集成耦合, 实现生物质产业的生态化发展。

因为, 生物质自身首先是一个高能大分子结构体, 现有组分分离定向转化的利用线路都是先耗费一定的能量破坏生物质结构, 然后再进行转化。这种方法没有考虑到产品的功能需求, 一股脑地先! 拆到底∀, 对于某些产品来说是增加了它的能量消耗, 且原料的原子

经济性不高。因此, 生物质资源要成为生物和化工

(1).重金属吸附;

表面改性秸秆生物质环境材料对水中PAHs 的吸附性能

3.1 经磷酸改性制备的秸秆吸附材料的性能优于未改性的秸秆吸附材料.相同条件下,秸秆吸附材料对PAHs 的处理性能明显优于商品活性炭.3.2 炭化温度对制备的秸秆吸附材料的比表面积、碘值和亚甲基蓝吸附值影响较大.炭化温度从300℃升高至700℃时,比表面积也相应增加,

生物质基碳材料的干法制备

(2).

采用生物质催化碳化方法还可以制备新型碳纳米材料。美国赖斯大学的ＲｕａｎＧＤ等使用易得、价值较小或有负面价值的生物质（饼干、巧克力、草、塑料、蟑螂和狗的粪便等），在１０５０℃的重氢／氩（Ｈ２／Ａｒ）气流中，直接在铜箔（催化剂）的背面培育出单层高质量石墨烯［１５］，为生物质的高附加值利用提供了新的途径。以木质生物质汽化产生的气体为

(3). 海洋生物质纤维材料的开发与研究

王兵兵, 薛志欣, 付永强, 孔庆山, 纪全, 夏延致*

( 青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地, 青岛 266071)

通过湿法纺丝可以制备得到具有一定强度和使用性能的海藻酸盐纤维和卡拉胶纤维, 这两种海洋生物质纤维具备良好的可生物降解性能、生物相容性、缓释性能、加工性能等特点, 具有广阔的发展前景和应用价值;

(4).环保生物质包装材料的制备及性能研究

梅志凌，孙昊，张新昌

(

目前，关于生物质包装材料的研究主要集中在木材、秸秆、竹子等陆生植物，而关于利用水生植物制备环保生物质包装材料的研究较少。凤眼莲是一种江南常见的水生植物，它的过度繁殖会造成水体富营养化，形成污染.

海藻酸钠是另一种环保型胶黏剂，当其质量分数为0． 8% 且与羧甲基纤维素钠( CMC － Na) ( 0． 4%) 和琼脂( 0． 8%) 配合使用时，可以起到更好的胶黏作用［12］。增塑剂可以使纤维的塑性增强，有利于进一步的热压成型。尿素和甘油是2 种常用的增塑剂，为了研究这.

(5).

目前包装类产品主要是塑料类、瓦楞纸、蜂窝纸类、纸浆模塑类材料。由于塑料类包装的废弃物不可回收、不可降解，其大量使用引起了严重的白色污染，带来了巨大的环境压力。瓦楞纸、蜂窝纸类、纸浆模塑类材料虽然可降解，但大多以木材为原料，大量消耗我国有限的森林资源，并且在制造过程中引起水污染，制造成本较高，并不是塑料类包装材料的理想替代产品.

以凤眼莲为生物质原材料，基于热压成形加工工艺，通过添加安全环保的助剂配方，制备了

环保型的生物质包装材料，并对材料综合性能进行测试和评价。结果表明: 加入海藻酸钠( 0． 8%) ，CMC － Na( 0． 4%) ，琼脂作为胶黏剂( 0． 8%) ，尿素( 2%) 作为

增塑剂，乳化石蜡( 1%) 作为防水剂，在热压温度为

（6）。livia 等［5］研究了不同滑石粉添加比例的热塑性玉米淀粉基的热压缩薄膜

包装袋，由于滑石粉的加入薄膜的力学性能和阻隔性能均有不同程度的提高。Ｒodrigo 等［6］以甘油作为增塑剂制备了玉米淀粉/PCL 共混膜，并对其结构和相关性能进行了研究，结果表明由于这种聚合共混物没有任何有毒化合物，具有很好的食品相容性，有效克服了淀粉的缺点，未来可能成为其他食品包装的有力替代者。

宋贤良等［8］利用聚乙烯吡咯烷酮和超声分散技术使得纳米TiO2均匀分散在玉米淀粉涂膜

液中，并对圣女果进行涂抹处理，结果表明纳米TiO2用量为0. 025%时，复合涂膜液的保鲜效果最好，这是因为加入纳米TiO2，抑制了淀粉分子在成膜过程中结晶态的形成，改变了淀粉大分子的取向，在膜内形成低O2、高CO2分压的氛围，抑制了圣女果的呼吸作用，进而提高果蔬的保鲜期。

天然植物纤维复合包装材料在食品包装应用最多的是各类保鲜纸、保鲜膜。吴忠红等［11］以无核白葡萄为保鲜对象，分别选用4 种商业化SO2葡萄保鲜纸，分别对0℃预冷的无核白葡萄进行保鲜处理，获得了对无核白葡萄的伤害最小，食品安全性更高，适合用于无核白葡萄的短期贮藏保鲜纸。王海莉等［12］以负载

高锰酸钾的活性炭为填料制备不同保鲜剂含量的保鲜纸，获得了较好的保鲜效果。保鲜是果蔬运输中极为重要的环节，保鲜纸是适应可持续发展基本要求的包装材料，保鲜纸的研究今后将向探究保鲜纸的微观结构，充分利用纸张间的空隙，通过添加无毒、高效、功能化保鲜剂，使保鲜剂和纸张基体协同合作的方向发展，

。Juho等［15］采用不同尺寸的纤维素和钙离子交联制备复合材料，结果表明，复合薄膜具有优良的阻隔性能，油脂和水蒸气渗透性降低。

（7）。