在那里产生生物质。
纤维素是生物质废弃物的主要成分,以高附加值的方式有效利用
这一成分可能为生物质废弃物利用的光明前景打开新的窗口。纳米纤
维素是指一维尺寸在纳米范围内的纤维素材料,其主要来源包括植
物、动物和细菌。越来越多的注意力已经转移到从不同的生物质来源中
提取纳米纤维素,以应用于各种领域(图
1
)。
3
)。纳米纤维素主
要包括
3
个亚类:(
1
)纤维素纳米晶体(
cellulose nanocrystals
,
CNCs
),又称纳米纤维素(
nanocrystalline cellulose
,
NCC
)、
纳米纤维素(
nanocrystalline cellulose
,
NCW
)、纳米纤维素晶须
(
nanocrystalline cellulose whiskers
,
CNW
)、棒状纤维素纳米
晶体,主要通过木质纤维素原料酸水解除去无定形纤维素,留下棒状
纤维素纳米晶体而制备。
(2)
纤维素纳米纤维(
CNF/NFC
),其他名
称如微纤化纤维素(
MFC
)、纳米原纤维和微原纤维,其通过机械
加工(或与化学或酶预处理组合)制备用于纤维素纤维的去纤化。
(3)
细菌纤维素(
BC
),也被定义为细菌纳米纤维素(
BNC
),
Fig. 1. 生物质废弃物的各种来源,经参考文献许可改编。
[14e19]
。
微生物纤维素,生物纤维素,其主要由醋藓科的几个物种合成[20]。作
为一种丰富的生物基材料,纳米纤维素可以使用不同的方法从各种植物
生物质、细菌、藻类以及一些海洋无脊椎动物(被囊动物)制备[21]。
纳米纤维素具有纤维素的固有化学结构,具有丰富的羟基和一定量的醛
基和羧基用于进一步功能化。由于材料的纳米结构,纳米纤维素显示出
显著的高比表面积、活性官能化基团、机械强度和结晶度,这在不同领
域提供了广泛的应用[22e 25]。
根据
Research Insights 2020
年发布的《全球纳米纤维素纤维市
场报告》,预计到
2025
年全球纳米纤维素市场价值将高达
27.12
亿美
元,预测
2018
年至
2025
年预测期内的年增长率为
18.80% [ 26 ]
。然
而,为了实现基于纳米纤维素的材料的这种重要性和经济增长,挑战
在于生产(例如,技术发展,环境问题),市场营销(例如,公众接
受度、标记穿透、成本控制),以及安全问题(例如,在食品和生物
医学应用中)仍然需要解决
[27]
。目前,只有少数公司成功地将纳米
纤维素及其高附加值产品商业化。瑞典公司
CELLINK
生命科学已经
成功地将纳米纤维素与海藻酸盐混合,以
9
毫升
251.20
美元的价格配制
了一系列生物打印生物墨水,与原始木质纤维素材料相比,这显示出
显着更高的附 加值
。 2)的情况。同样,由芬兰芬欧汇川集团推出的
GrowInk®和GrowDex®
主要由纳米纤维素组成,也显示出很高的附
加值 。例 如,
10 mL GrowInk®
和
GrowDex®
的销 售价格分 别为
V
450.0
和V
290.0
(图
2
)。
目前,商业上使用的大多数纳米纤维素是从高质量纤维材料如木
浆、溶解纸浆和棉花中预分离的。然而,越来越多的报告和努力已经
证实,使用生物质废物作为原料来制备适合于商业目的的纳米纤维素
也是可行的。这些发现为高附加值产品的生物质废物利用铺平了新的
未来
。目前,各种类型的
生物质废弃物已被用于制备肥料、装饰品和
水产养殖饲料。总体而言,这些产品的市场竞争力不强。显然,市场
的目标并没有准确地确定各种生物质废物的产品潜力这种趋势主要是
因为它仍处于低附加值产品开发阶段。在许多情况下,生物质废物的
不适当处理也可能导致潜在的二次污染问题。然而,作为高附加值产
品的代表,纳米纤维素以其独特的和具有竞争力的性质展示了其有前
途的功能,展示了广泛的潜在应用领域,如复合材料,精细化学品和
生物医学领域。预计目前的市场可能会要求从生物质中开发出各种合
适的材料,而高质量的生物医学材料预计远远不能满足当前的标准。
这进一步支持了从各种生物质废物中开发高附加值产品的需求通常,
纳米纤维素的制备方法可分为四类:物理方法、化学方法、生物方法
和组合方法。然而,由于原料来源的差异,相同的制备方法也可能产
生具有不同结构和化学性质的纳米纤维素。本文从生物质废弃物的来
源出发,综述了纳米纤维素的提取方法、性质及其各自的应用