生物质香蕉秸秆应用于包装材料开发的潜力探究
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香蕉秸秆力学特性试验尹秋;王涛;魏静;张喜瑞;李粤【摘要】为合理利用香蕉秸秆,研究其力学特性,采用正交试验法,以香蕉秸秆为对象,对不同含水率、不同部位的秸秆在电子万能试验机上以不同的加载速度进行拉伸试验,测得不同条件下香蕉秸秆拉伸的最大载荷以及破坏力对香蕉秸秆的影响.试验结果表明:香蕉秸杆拉断力的主要影响因素依次为含水率、加载速度、加载部位.随着香蕉秸杆根部含水率的增加,拉断力逐渐减少,并呈现平缓趋势.随着香蕉秸杆根部和中部试样加载速度的增加,拉断力逐渐增大,达到最大数值之后呈现下降趋势.同样的加载速度情况下,根部断裂所需要的力比中部小.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2013(040)014【总页数】2页(P114-115)【关键词】香蕉秸秆;拉伸;力学性能【作者】尹秋;王涛;魏静;张喜瑞;李粤【作者单位】海南大学机电工程学院,海南海口570228;海南大学机电工程学院,海南海口570228;海南省质量监督检验所,海南海口570203;海南大学机电工程学院,海南海口570228;海南大学机电工程学院,海南海口570228【正文语种】中文【中图分类】Q66农作物秸秆是重要的生物质资源,我国秸秆资源十分丰富,但每年有大量的秸秆被浪费,因此秸秆的综合利用已经引起了社会的广泛关注。
海南省种植香蕉约47 000 hm2,大量香蕉秸秆废弃物并没有得到充分利用,因此开展香蕉秸秆的粉碎机械及收获机械研究具有重大意义。
香蕉秸秆的力学特性研究是合理设计粉碎机刀片的关键。
关于秸秆力学特性的研究已有报道,高梦祥等[1]对玉米秸秆的茎叶连接力、叶鞘的抗拉特性和茎秆、叶鞘的抗冲击特性进行了测试研究;孟海波等[2]设计研制了一种用于进行秸秆物料力学特性试验的装置,并研究了物料的机械力学特性,探讨了秸秆破碎机理;刘庆庭等[3]对农作物茎秆的力学模型、力学特性、茎秆微观结构与茎秆的力学特性关系进行了综合评述;赵春花等[4]对4个品种的豆科牧草的拉伸和剪切的最大载荷、应力、应变和弹性模量进行试验;李小城等[5]对小麦不同加载速度下不同品种不同节间的最大剪切力、剪切强度以及剪切功进行测定。
秸秆生物质能源的应用现状及前景展望姓名:裴玉祥班级:动本0822班学号:0842022218日期:2011年5月20日秸秆生物质能源的应用现状及前景展望裴玉祥(山西大学工程学院,山西太原030013)摘要: 对秸秆生物质能源的应用现状、发展前景进行了综述,分析了秸秆生物质能源应用中的相关技术问题,并提出了几点建议。
关键词:能源;秸秆生物质;技术分析0引言生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体。
农作物秸秆是生物质的一个重要组成部分,是当今世界上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源,在世界能源总消费量中占14%,预计到本世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能源的40%以上,如何让秸秆生物质能源发挥最大的效益,是科学家们重点关注和研究的课题。
1秸秆生物质利用的现状秸秆生物质具有多功能性,可作为燃料、饲料、肥料、生物基料和工业原料等。
秸秆生物质利用主要有三个方面:一是种植( 养殖) 业综合利用秸秆:秸秆快速腐熟还田、过腹还田和机械化直接还田、生产优质饲料和食用菌。
二是秸秆能源化利用:秸秆生物气化(沼气)、热解气化、固化成型、炭化、纤维素制燃料乙醇。
三是以秸秆为原料的加工业:生产非木纸浆、人造板材、包装材料、餐具等产品,以及秸秆饲料加工业和秸秆编织业。
1.1国内现状我国农民对作物秸秆的利用有悠久的历史,秸秆除少量用于垫圈、喂养牲畜,部分用于堆沤肥外,大部分都作燃料烧掉。
但随着省柴节煤技术的推广,燃煤和液化气的普及,秸秆大量富余。
我国是世界上最大的农业生产国,纤维素生物质资源丰富,总量在12 亿t 以上。
目前,农村秸秆综合利用率仅达到28. 7%,与国家秸秆焚烧和综合利用管理办法中的年利用率达到60%,力争到2015年秸秆综合利用率超过80%的目标要求有很大差距。
自20 世纪80 年代以来,我国生物质能发展迅速,具体表现在:生物质发电从无到有;沼气建设一路高歌;燃料乙醇产量跃居世界第三;生物柴油困境中寻求突破,得以快速发展。
麦秆作为生物质燃料的优点和缺点分析麦秆作为生物质燃料的优点和缺点分析随着全球环保意识不断提高和对化石燃料的依赖程度不断下降,生物质燃料逐渐成为颇受关注的绿色能源。
麦秆作为一种常见的农副产品,具有可再生、清洁、低碳等优点,被越来越多的人认为是一种理想的生物质燃料。
同时,麦秆也存在一些缺点,如含水量高、燃烧效率低等。
本文将对麦秆作为生物质燃料的优点和缺点进行分析。
一、优点1. 可再生、清洁麦秆作为农副产品,具有极高的再生性和可持续性。
在实践中,随着大规模耕种和农业现代化水平的提高以及全球人口增长的加速,麦秆的数量也越来越多。
因此,将麦秆作为生物质燃料来源有助于减少化石能源消耗,降低温室气体排放量,保护环境,推动经济可持续发展。
2. 技术成熟且经济适用将麦秆转化为生物质燃料的技术已经相对成熟,且收益较为明显。
在聚集、压缩、发酵等生产环节上,整合国内外的相关技术,可以大大降低生产成本。
同时,在燃烧方面,麦秆燃烧产生的热量、灰分等物质可作为肥料或建筑材料等。
3. 热值高麦秆的热值在每千克干物质中可达到13-18MJ,若采用适当的处理工艺和燃烧技术,可以达到高效利用的目的。
据实验数据显示,麦秆燃烧比其他木材和秸秆的效率要高。
4. 资源广泛我国是农业大国,种植大量农作物。
其中小麦是我国四大粮食作物之一,麦秆产量非常丰富。
根据数据,每年我国麦秆的总产量可达4亿吨,这为生物质燃料的生产提供了丰富的资源。
5. 城乡利用结合在城市和农村,麦秆作为生物质燃料的利用方式不同。
在城市,麦秆可以通过中央采暖、多联热等方式进行集中供热。
而在农村,可以采用小型生物质锅炉等方式,使麦秆的燃烧效益更好,并降低生产成本。
二、缺点1. 含水量高麦秆的含水量较高,约为25-30%。
这意味着在生产和运输中,需要先将麦秆经过干燥处理。
而干燥过程本身需要能源和生产成本,增加了生产单位能源消耗和生产成本。
2. 燃烧效率低在燃烧过程中,麦秆往往会产生较大的烟尘和油脂,这会降低麦秆的燃烧效率,污染环境。
生物质基材料在包装中的应用前景在当今追求可持续发展的时代,寻找环保、可再生的材料已成为各个领域的重要任务。
包装行业作为与人们日常生活息息相关的领域,也在不断探索创新的材料选择。
生物质基材料因其独特的优势,正逐渐在包装领域展现出广阔的应用前景。
生物质基材料,顾名思义,是来源于生物质的材料,包括植物纤维、淀粉、木质素等。
这些材料具有可再生、可生物降解、低碳排放等特点,与传统的包装材料相比,具有显著的环境友好性。
首先,植物纤维是生物质基材料中的重要组成部分。
例如,纸浆纤维经过加工可以制成各类纸质包装,如纸箱、纸袋等。
纸质包装具有良好的强度和韧性,能够有效地保护产品。
而且,纸张的生产过程相对简单,成本较低。
随着技术的不断进步,还出现了高强度的纸浆模塑产品,可以替代部分塑料包装,用于电子产品、易碎品等的包装。
淀粉也是一种常见的生物质基材料。
通过改性处理,淀粉可以制成可降解的塑料薄膜,用于食品包装等领域。
这种淀粉基薄膜具有良好的透明度和阻隔性能,能够有效防止氧气、水汽等对食品的影响。
与传统塑料薄膜相比,其在自然环境中能够更快地降解,减少对环境的污染。
木质素是植物中的一种天然聚合物,具有较高的强度和稳定性。
通过提取和改性木质素,可以制备出高性能的复合材料,用于制造坚固耐用的包装容器。
此外,木质素还可以与其他生物质基材料结合,提升包装材料的综合性能。
除了上述常见的生物质基材料,还有许多新兴的生物质基材料正在研发和应用中。
例如,利用微生物发酵生产的聚羟基脂肪酸酯(PHA),具有与传统塑料相似的性能,但可完全生物降解。
还有从农业废弃物中提取的纤维素纳米纤维,具有优异的力学性能和阻隔性能,可用于制造高性能的包装材料。
生物质基材料在包装中的应用,不仅能够减少对石油等不可再生资源的依赖,降低碳排放,还能够有效解决塑料包装带来的环境污染问题。
随着消费者环保意识的不断提高,对绿色包装的需求也日益增长。
使用生物质基材料的包装产品,更符合消费者对环保、健康的追求,有助于提升品牌形象和市场竞争力。
第6期2020年12月No.6 December,20201 研究背景和其他的能源资源相比较,煤炭是我国最经济的能源资源。
因此,煤炭大量燃烧给人类生存环境造成巨大损害,尤其是燃烧过程中的二氧化硫、氮氧化合物、烟尘等让大气受到了严重的污染。
即使现在人们的环保意识越来越强、煤炭的清洁使用技术越来越完善、尾气处理设备越来越先进,煤炭的综合利用率还是没有得到很大的提升,而且煤炭资源的破坏和浪费现状也需要大力改善[1-2]。
徐州市曾经是“煤城”,但煤是不可再生的能源,几十年后,徐州将会面临无煤可开采、煤炭资源逐渐枯竭的状况。
因此,新能源以及可再生能源的开发与利用将日趋成为徐州地区经济健康、可持续发展的关键。
生物质能源发展和利用空间前景非常广阔,而农作物秸秆是生物质能源中可以高效利用的重质碳资源之一。
生物质材料为碳含量较高的高分子材料,若是在农耕地上直接焚烧这些农作物秸秆,不但会释放出大量的烟雾,而且会排放大量的有毒气体,损害人类赖以生存的环境和人类的生命安全,而且秸秆直接就地燃烧还会造成土壤板结,对后续在焚烧秸秆的土壤上种植其他农作物造成非常不利的影响。
徐州市的主要粮食作物有小麦、稻谷、玉米等,充分利用好这些生物质资源是徐州市能源环境和社会经济可持续发展的必由之路。
如何推动徐州城市生态转型向纵深方向发展,要点包括提高重质碳资源的高效利用,以减少对环境的污染,同时生产出高附加值的高分子材料。
作为徐州市属高校徐州工程学院中的一个高分子材料研究团队,一直致力于生物质材料的研究与利用,针对徐州城市经济的纵深和可持续发展,结合科研团队的研究方向,必须对生物质资源中秸秆的非燃烧利用进行切实可行的全面规划,以便结合徐州的实际情况,为徐州地区秸秆资源的高效利用制定长远的发展规划。
已有研究结果表明:木糖可通过稻壳水解得到;以麦草为原料,在常压下水解,水解产物经过溶剂萃取后可制备糠醛,水解后的残渣还可在造纸工业上进行应用;采用脱木质、解聚、发酵这些方法可生产燃料乙醇。
利用麦秆制备生物塑料和纤维板材料在现今全球范围内,塑料废弃物的处理是一个极其棘手而又头痛的全球性问题。
给环境造成的污染和破坏极其严重,对全球生态系统和地球的可持续性产生了重大影响。
麦秆是在农作物收割后被割下的部分,通常被用作畜牧业饲料或是燃料,但是其作为一种生物质材料拥有广泛的应用前景。
目前,科学家们正在研究使用麦秆制造生物塑料和纤维板材料的可能性,以减少塑料废弃物对环境的影响。
一. 麦秆制备生物塑料生物塑料是指使用生物质材料制成的塑料材料,与传统的石化塑料相比,具有更高的生物降解性和可持续性。
使用麦秆制成生物塑料,有以下几个步骤:1. 麦秆的收集和处理:纤维素、半纤维素和木质素是麦秆中最重要的组分,需要先进行分离和提取。
2. 麦秆的转化:通过一系列的工艺处理,将麦秆转换成高分子材料。
3. 材料的合成:将转换后的高分子材料通过一定的配方和条件进行合成,从而形成生物塑料。
4. 材料的成型:将生物塑料进行压制、注塑、吹塑等成型工艺,制成各种形状的塑料制品。
与传统的石化塑料相比,生物塑料的降解速度更快,对环境污染的影响更小。
无论是生产过程还是成品的废弃处理过程,都比传统塑料更加环保和可持续。
二. 麦秆制备纤维板材料纤维板材料是由木材或植物纤维为原料制成的板材,是一种环保和可持续的建筑材料,在建筑和家具制造业得到了广泛的应用。
使用麦秆制备纤维板材料,其制作方式和生物塑料类似:1. 麦秆的处理:首先将麦秆进行去除灰、腐、杂的处理,然后进行切割和打磨,得到均匀的麦秆芯材。
2. 材料的制备:将麦秆芯材混合上一定的木质素和甲醛等成分,再加上适量的水,通过把材料压缩在高压下达到形成板材的要求。
3. 材料的成型:将制成的板材进行烘干和加工,得到符合要求的纤维板材料。
使用麦秆制备的纤维板材料具有良好的可持续性和环保性,能够有效减少木材砍伐而导致的森林破坏。
不仅如此,以麦秆为原材料制成的板材还具有较好的吸音、隔热、防火等性能,为建筑和家具制造业带来了更多的选择和可能性。
秸秆综合利用的建议秸秆是农作物收割后剩余的茎秆部分,通常被认为是农业废弃物。
然而,秸秆作为一种可再生资源,具有很大的潜力进行综合利用。
本文将就如何综合利用秸秆提出10个建议。
一、生物质能源利用1. 秸秆可以通过生物质能源技术转化为生物质燃料,如秸秆颗粒、秸秆煤等,用于替代传统的化石燃料,减少对环境的污染。
二、农田有机肥利用2. 将秸秆还田,作为有机肥料,能够提高土壤的有机质含量,改善土壤结构,增加土壤肥力,促进农作物生长。
三、动物饲料利用3. 秸秆经过发酵和处理,可以作为牲畜的饲料,提供能量和纤维,提高饲料的营养价值。
四、菌类培养利用4. 秸秆可以用作菌类的培养基,如蘑菇、平菇等,利用秸秆的纤维素和养分,培养出高品质的食用菌。
五、纸张制造利用5. 秸秆纤维可用于纸张制造,通过适当的处理和加工,可以生产出环保型的秸秆纸。
六、建筑材料利用6. 秸秆可以制作成秸秆板材,用于建筑装饰和家具制造,具有轻质、环保的特点。
七、生物降解材料利用7. 秸秆可以制作成生物降解材料,如秸秆餐具、秸秆包装材料等,可替代传统的塑料制品,减少对环境的污染。
八、生物质化学品利用8. 秸秆中的纤维素和半纤维素可以通过生物转化技术,转化为生物质化学品,如生物塑料、生物涂料等,具有广阔的市场前景。
九、生物炭制造利用9. 秸秆经过热解处理,可以制成生物炭,用于土壤改良、水质净化等领域,具有很高的经济和环境效益。
十、生物气体利用10. 秸秆可以通过生物气化技术转化为生物气体,如沼气、生物燃气等,用于发电、供暖等用途,实现能源的可持续利用。
秸秆的综合利用具有多种形式和广泛的应用领域,可以实现资源的高效利用和环境的保护。
各级政府和农民应加强合作,推动秸秆综合利用技术的研发和推广,实现农业的可持续发展和生态环境的改善。
以非粮生物质为原料的高分子材料产品开发与生产方案一、实施背景随着全球资源的日益紧缺和环境保护意识的提高,以非粮生物质为原料的高分子材料产品开发与生产逐渐成为研究热点。
非粮生物质是指除粮食以外的生物质资源,如农作物废弃物、木材废弃物、动植物油脂等。
利用这些资源开发高分子材料,不仅可以减少对传统石化资源的依赖,降低碳排放,还可以提高资源的利用率,推动循环经济的发展。
二、工作原理本方案主要利用非粮生物质资源中的木质纤维素、淀粉、蛋白质、油脂等成分,通过化学、生物或物理方法,将其转化为高分子材料。
具体工作原理如下:1. 木质纤维素的转化:木质纤维素是植物细胞壁的主要成分,通过化学方法(如酸解、酶解)或生物方法(如微生物发酵),将其降解为单糖或多糖,再进一步转化为高分子材料,如聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等。
2. 淀粉的转化:淀粉是植物体内的一种多糖,可以通过酸解、酶解或微生物发酵等方法,将其降解为单糖或多糖,再进一步转化为高分子材料,如聚乙烯醇、聚醚等。
3. 蛋白质的转化:蛋白质是动物体内的一种重要成分,可以通过酶解或微生物发酵等方法,将其降解为氨基酸或多肽,再进一步转化为高分子材料,如聚酰胺、聚酯等。
4. 油脂的转化:油脂是动植物体内的一种重要成分,可以通过化学方法(如酯交换、氢化)或生物方法(如微生物发酵),将其转化为高分子材料,如聚氨酯、聚醚等。
三、实施计划步骤本方案的实施计划步骤如下:1. 资源收集与预处理:收集农作物废弃物、木材废弃物、动植物油脂等非粮生物质资源,并进行预处理,如破碎、粉碎、干燥等,以便于后续的转化过程。
2. 转化过程:根据不同的非粮生物质资源和高分子材料类型,选择合适的转化方法,如化学方法、生物方法或物理方法,将非粮生物质资源转化为高分子材料。
3. 产品后处理:对转化得到的高分子材料进行后处理,如洗涤、干燥、造粒等,以得到最终的高分子材料产品。
4. 产品性能检测与分析:对最终的高分子材料产品进行性能检测与分析,如力学性能、热性能、耐候性能等,以确保产品的质量和性能符合要求。
秸秆生物饲料可行性研究报告一、秸秆生物饲料的生产技术当前,将秸秆转化为生物饲料的技术主要包括生物降解、发酵和添加副产品等步骤。
首先,利用生物降解技术将秸秆中的纤维素、半纤维素等难降解物质转化为易消化的饲料成分,如木聚糖酶、纤维素等酶可有效降解秸秆纤维素;其次,通过发酵技术将降解后的秸秆进行发酵处理,产生丰富的维生素、氨基酸、矿物质等营养成分,提高饲料的营养价值;最后,添加适量的副产品,如豆粕、玉米面等,调配成含有一定比例的蛋白质、碳水化合物和脂肪等营养成分的饲料。
二、秸秆生物饲料的优势1. 资源丰富:农田秸秆作为农业废弃物,广泛分布且数量大,如果能有效利用,将大大减轻其对环境的压力。
2. 营养丰富:秸秆经过生物降解和发酵后,营养成分大大提高,可以满足畜禽对蛋白质、碳水化合物和矿物质的需求。
3. 降低成本:利用秸秆生产饲料相比传统饲料生产,成本更低,可有效节约养殖成本。
4. 增加效益:秸秆生物饲料既可以提高畜禽的生长速度和产量,又可以改善肉质和蛋品质,提高养殖效益。
三、秸秆生物饲料的应用前景随着人们对高品质、安全的食品需求不断增加,生物饲料作为一种绿色、低碳、高效的饲料形式,具有巨大市场潜力。
在未来,秸秆生物饲料有望成为畜禽养殖业的主要饲料来源,实现资源的循环利用和环境保护的双重目标。
四、建议1. 加强科研力量,不断优化生物饲料生产技术,提高饲料的品质和营养成分。
2. 建立健全的秸秆收集、加工和销售体系,确保生物饲料的稳定供应。
3. 政府应出台支持政策,鼓励畜禽养殖户使用生物饲料,促进其产业化发展。
综上所述,利用秸秆生产生物饲料具有明显的优势和巨大的市场潜力,是一种可行的发展方向。
各方应共同努力,推动秸秆生物饲料产业的发展,为农业生态环境保护和养殖业发展做出贡献。
秸秆综合利用的可行性分析秸秆综合利用是指对农作物收割后的秸秆进行再利用,以实现资源循环利用和环境保护。
秸秆是农业废弃物中的一种主要成分,其直接的处理方式是燃烧,但这种处理方式会产生大量的二氧化碳和有害物质的排放,对大气和环境造成污染。
因此,秸秆综合利用具有重要的意义,既可以减少环境污染,又可以实现经济效益。
首先,秸秆可以作为生物质能源利用。
秸秆燃烧不仅可以取代传统的煤炭或木材燃料,还可以作为发电、制热的原料。
生物质能源的利用不仅可以减少对传统能源的依赖,还能减少大气污染物的排放,具有较好的环境效益。
其次,秸秆可以用于生产有机肥料。
通过对秸秆进行预处理、深度处理和生物转化处理,可以得到高效的有机肥料。
秸秆中含有丰富的有机质、碳氮比合适,是制备有机肥料的理想原材料。
有机肥料具有提高土壤肥力、改善土壤结构、提高农作物产量等优点,可以降低农业生产中的化学肥料使用量,减少化肥对环境的污染。
此外,秸秆还可以进行深加工,用于制备生物质材料和生物质化学品。
秸秆纤维可以用于制备纸张、纺织品、建筑材料等,秸秆中的木质素可以用于制备抗氧化剂、药物、染料等生物质化学品。
这些产品在农业、纺织、化工等领域有广泛的应用,具有较高的经济价值。
尽管秸秆综合利用具有很大的潜力和优势,但在实际应用中还存在一些问题和挑战。
首先,秸秆综合利用技术相对复杂,需要进行多种处理过程,包括预处理、转化处理、再加工等,这对技术研发和设备投入提出了较高的要求。
其次,秸秆的收集和运输成本较高,限制了规模化应用的推进。
此外,秸秆综合利用还涉及到土地资源分配、法律政策和市场机制等问题,需要加大政策支持和市场引导。
总之,秸秆综合利用是一项有着重要意义的工作。
通过将秸秆转化为生物能源、有机肥料和生物质产品,可以减少环境污染、节约资源、提高经济效益。
然而,在推进秸秆综合利用过程中仍然存在一些问题和挑战,需要政府、企业和社会各界的共同努力才能实现其可行性和可持续发展。
生物质香蕉秸秆应用于包装材料开发的潜力探究作者:裴培李佳新邓晓玉罗思乐刘露露向青王欣瑶来源:《绿色包装》2021年第12期摘要:目的—針对我国华南地区大量产生且亟待利用的香蕉秸秆进行包装材料开发的潜力探究,为这一材料的合理化利用和生态型包装材料的开发提供参考。
方法—采用机械盘磨法处理香蕉秸秆,运用NREL方法测定其纤维的组成成分,和将其纤维性能与已有的生物质材料进行比较,分析其应用于包装材料开发的潜力。
结果—运用NREL方法测定可知,香蕉秸秆纤维素、半纤维素、酸可溶性木质素和酸不溶性木质素的含量分别为35.0%、16.5%、2.2%、17.1%,其纤维素含量相对较高,因而具备开展研究和应用的潜力。
经盘磨处理和筛分后可得香蕉秸秆纤维和薄壁细胞,二者得率分别为49.87%和43.13%。
结论—香蕉秸秆具备制造合格的浆板产品的潜力,具有成为绿色材料的潜力。
关键词:香蕉秸秆;生态型包装材料;开发潜力中图分类号:TB48 文献标识码:A 文章编号:1400 (2021) 12-0021-06基金项目:湖南省自然科学基金项目(2019JJ50678);湖南省社会科学成果评审委员会项目(XSP20YBC411);教育部产学合作协同育人项目(201901137029)Research on the Potential of Banana Straw Biomass on The Development of Packaging MaterialsPEI Pei, LI Jia-xin, DENG Xiao-yu, LUO Si-le, LIU Lu-lu, XIANG Qing, WANG Xin-yao(Changsha Normal University, Changsha 410000, China)Abstract: Objective-The aim of this paper was to study the development potential on the use of packaging materials for banana straw which needed to be used urgently in South China. As well as provide reference for the rational use of banana straw on the development of ecological packaging materials. MethodsMechanical plate grinding was used for the treatment of banana straw. The composition of the banana straw fibers were determined by NREL method. The fiber properties for banana straw were compared with other biomass materials to analyze its potential for the development of packaging materials. ResultsAccording to the results of NREL method, the contents of cellulose, hemicellulose, acid soluble lignin and acid insoluble lignin for banana straw were 35%, 16.5%, 2.2% and 17.1%, respectively. The cellulose content was relatively high which was potential for further research. Banana straw fiber and parenchyma cells were separated after mechanical plate grinding. The yields for fiber and parenchyma cells were 49.87% and 43.13%,respectively. Conclusion-Banana straw have the potential to produce qualified pulp products. Banana straw could be considered as a potential environmental friendly material.Key words: banana straw; ecological packaging materials; development potential在经济全球化加速、物流业迅速发展和包装材料大量消耗的背景下,起到保护产品、方便流通作用的包装材料在商品流通过程中正面临着一场深刻革命。
我国纸质包装材料消耗量大,纸浆和造纸工业高度依赖于木质原料,而国内木材资源短缺。
我国每年从国外大量进口造纸原料中的木浆和废纸,行业对外依存度高达44%[1]。
在国家“天保”工程实施以后,我国天然林开始全面禁伐。
此外,纸质包装材料在生产和使用过程中产生的废弃物给环境带来了极大危害。
因此,开发具备节约能源、保护生态环境、可回收利用等特性的生态型包装材料,具有重要且紧迫的现实意义。
近年来,越来越多研究者开始关注绿色包装这一领域[2]。
我国属于农业大国,农作物秸秆的产量大而利用率较低,目前大部分农作物秸秆材料均未找到良好的处理方式。
传统的处理方式如田间堆积、就地填埋和田间焚烧等,很容易造成空气、土壤和水体环境的污染[3]。
近年来,农作物秸秆的综合利用逐渐受到国家和各行各业的重视[4,5]。
目前,国内外对小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆等农作物秸秆的研究较多[6-8],越来越多的研究者开始试图开发秸秆的清洁制纸浆技术,结合秸秆与淀粉、秸秆与废旧瓦楞纸板,利用粘合剂[2,9-11],采用机械发泡法、化学发泡法等制备可循环、可降解且环保性好的生物质包装材料,对秸秆进行包装材料开发利用。
香蕉秸秆废弃是我国秸秆废弃中的一大重点问题。
我国的香蕉年产量达500-600万t,从丢弃的香蕉废弃物中可提取约200万t纤维。
香蕉秸秆材料富含氮、磷、钾、镁、钙等元素,其粗纤维含量高,具备产量大、利用率低、潜力巨大等特点[3,12]。
目前,已出现少量以香蕉纤维为原料制备服装、布袋、毛巾、纸张等的研究[3]。
研究发现,香蕉皮中的纤维粗硬,可以用于制备食品包装袋。
马来西亚的Baharin[13]等人,采用香蕉秸秆和香蕉叶为原料生产制造天然纤维板。
Bruno等人称[14],香蕉秸秆可以用作复合材料中的增强剂,可从这些“废弃物”中获得纤维素材料和更多有价值的产品。
而对于农作物秸秆回收利用技术的研究,主要集中在设备制造、性质探究和复合材料、发泡缓冲材料开发方面。
本文试图以香蕉秸秆天然高分子材料作为原料,从实验室层面测试其纤维盘磨制浆性能,并将其与已有的玉米秸秆、小麦秸秆、甘蔗渣等农作物废弃物的纤维性能进行比较,分析其应用于生态型包装材料开发的潜力,试图为木质材料短缺的地区开发新的生态型包装材料和为香蕉秸秆的资源化利用提供参考依据。
1 材料与方法1.1 材料材料为香蕉秸秆(采集自海南),香蕉秸秆经初步切断处理后,采用盘磨机(BR30-300CB KRK, Kogyo)粗磨获得香蕉秸秆渣样品。
筛分香蕉秸秆渣,而且对筛分后的组分进行分析。
样品制备流程见图1,样品于4℃条件下保存备用。
1.2 设备与仪器BR30-300CB KRK Kogyo盘磨机、WINPARK XMTD-2M水浴锅、SP-6890型气象色谱仪、SHIMADZU岛津GC-14C气相色谱、SHIMADZU岛津LCMS-2010EV液相色谱—质谱联用、KQ-500DE数控超声波清洗器、肖伯尔打浆度测定仪、METTLEK TOLEDO PB303-N电子天平、SARTORIUS BS224S电子天平、Ultrospec 5300 pro紫外分光光度计、METTLEK TOLEDO pH值测定仪等。
1.3 分析方法NREL实验室中发布的成分测定方法可用于本研究中的纤维组分测定[15,16];体系中的样品采用重量法来测定其含有的挥发性物质(VS, Volatile solid)和总干重质量(TS, Total Solid)[17];香蕉秸秆表面形态采用显微镜镜检。
2 结果与讨论2.1 香蕉秸秆成分含量检测结果比较采用NREL法测试香蕉秸秆渣的成分含量结果如表1所示。
将香蕉秸秆渣的纤维组分含量与其他农作物秸秆比较如表2所示。
分析表2可知,几种常见农业废弃物中纤维素的含量差别不大,均在30%-40%左右。
香蕉秸秆纤维素含量高于高粱秸秆,与小麦秸秆、玉米秸秆纖维素含量接近。
此外,香蕉秸秆半纤维素含量低于其他几种常见秸秆。
有研究称,纤维素含量高的农业废弃物中的生物纤维,机械性能较好,更适宜于纺织、造纸和加工其他纤维产品[13]。
香蕉秸秆的纤维素含量高,与已开展广泛研究的玉米秸秆纤维素含量相当,因而具备开展研究和应用的潜力。
2.2 香蕉秸秆主要组成成分检测结果将香蕉秸秆渣进行筛分后,可发现香蕉秸秆由两种物理特性差异明显的成分组成,包括香蕉秸秆纤维和薄壁细胞,其外观形态和纤维成分均有一定差异。
两种组成的成分测定性质如表3所示。
从纤维组分测定结果可知,从香蕉秸秆渣中分离得到的两种主要组分在成分含量上具有一定差异。
香蕉秸秆纤维的纤维素和半纤维素含量稍高,而薄壁细胞的总可溶性物质较高。
采用100倍显微镜对以上两种主要的组分进行镜检,可得到结果如图2所示。
观察其物形态差异可知,香蕉秸纤维与薄壁细胞在外观形态上差异较大。
香蕉秸秆纤维呈现细长纤维状,而香蕉秸秆薄壁细胞则为绿色粘稠胶状物。
经筛分步骤获得的香蕉秸秆薄壁细胞得率为43.13%,香蕉秸秆纤维得率为49.87%。
香蕉秸秆纤维主要为香蕉秸秆的厚壁细胞,其呈现出纤维的一般特性。
香蕉秸秆薄壁细胞则呈粘稠胶状。
有研究称[18],农作物秸秆中的薄壁细胞比纤维细胞粗且短,缺乏交织力,对纸张强度和抄造时的滤水性十分不利,因而不是造纸需要的成分,需在制纸浆时尽可能除去,以提高纸品质量。
一般木材纤维原料薄壁细胞含量很少,如红松含1.8%,落叶松含1.5%,非木材纤维原料薄壁细胞含量较多,如竹子含47.3%,水稻秸秆含54.0%,小麦秸秆含37.9%[18]。
相对而言,香蕉秸秆薄壁细胞含量低于水稻秸秆和竹子,稍高于小麦秸秆,在实际制造纸浆时应当去除。