近日，中國農業科學院農產品加工研究所生物基材料綠色加工創新團隊對甘薯渣纖維素納米晶的規模化生產過程進行了系統的技術經濟分析，相關研究成果發表于國際知名學術期刊《Sustainable Materials and Technologies》（JCR一區，IF=8.7）。中國農業科學院-比利時列日大學聯合培養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業科學院科技創新工程（CAAS-ASTIP-202X-IFST）的資助。
生物基材料是從可再生生物質中通過物理、化學或生物方法提取的綠色材料，因其環境友好性、成本效益和可持續發展潛力而備受矚目。其中，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可調控等特性，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成為研究熱點。盡管已有大量研究聚焦于CNCs的生產方法、結構表征和應用前景，但與傳統商業方法（如硫酸水解木材生產CNCs）相比，利用甘薯渣等農業副產物生產CNCs的經濟性和環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發展。
本研究成功實現了甘薯渣CNCs的規?；a，并基于木材CNCs的商業加工工藝模型，對甘薯渣CNCs的生產過程進行了系統的技術經濟分析。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 ℃，表現出優異的熱穩定性，適合用作環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定性和膠體穩定性。基于日產200噸的加工工藝模型，與商業木材CNCs相比，甘薯渣CNCs生產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生產工藝的高經濟可行性。
以上研究結果明確了甘薯渣等農業副產物在經濟和環保效益方面的優勢，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提供了重要的數據支撐和理論指導。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.susmat.2024.e01232
日期：2025-01-20
生物基材料是從可再生生物質中通過物理、化學或生物方法提取的綠色材料，因其環境友好性、成本效益和可持續發展潛力而備受矚目。其中，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可調控等特性，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成為研究熱點。盡管已有大量研究聚焦于CNCs的生產方法、結構表征和應用前景，但與傳統商業方法（如硫酸水解木材生產CNCs）相比，利用甘薯渣等農業副產物生產CNCs的經濟性和環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發展。
本研究成功實現了甘薯渣CNCs的規?；a，并基于木材CNCs的商業加工工藝模型，對甘薯渣CNCs的生產過程進行了系統的技術經濟分析。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 ℃，表現出優異的熱穩定性，適合用作環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定性和膠體穩定性。基于日產200噸的加工工藝模型，與商業木材CNCs相比，甘薯渣CNCs生產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生產工藝的高經濟可行性。
以上研究結果明確了甘薯渣等農業副產物在經濟和環保效益方面的優勢，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提供了重要的數據支撐和理論指導。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.susmat.2024.e01232
日期：2025-01-20
