- 相關(guān)推薦
植物纖維預(yù)處理與降解方法
植物纖維預(yù)處理與降解方法【1】
摘要：指出了植物纖維含有大量纖維素,是世界上最大的可再生資源,但目前大部分作為廢棄物處理造成了資源浪費(fèi)。
探討了植物纖維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、植物纖維的預(yù)處理方法和降解的主要手段等,提出了預(yù)處理方法和降解方法的合理選擇是有效地資源化利用植物纖維的關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞：植物纖維;預(yù)處理;降解
1引言
隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展,對(duì)石油的需求量大增,使得能源需求矛盾激化,石油的價(jià)格激增,而且由于化石能源的不可再生性,迫切需要開發(fā)新的能源來(lái)替代。
作為生物質(zhì)能的重要組成部分,植物纖維由于其所擁有的可再生性、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的特點(diǎn),使其開發(fā)利用成為化石能源的理想替代品原料。
植物纖維中的纖維素等成分是當(dāng)今世界上最豐富的可再生高聚物,是植物通過(guò)光合作用而合成得到的,廣泛存在于大自然中,每年植物經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)達(dá)上千億噸,其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能源消耗總量的10~20倍,遠(yuǎn)超每年的石油產(chǎn)量,但目前的利用率還不到3%[1]。
當(dāng)前植物纖維的利用的主要瓶頸在于植物纖維的預(yù)處理技術(shù)和降解工藝的優(yōu)化。
2植物纖維的特性
植物纖維是構(gòu)成天然植物的重要組成部分,植物纖維中蘊(yùn)含的能量屬于生物質(zhì)能,是一種可再生能源,同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。
纖維素工業(yè)主要的纖維素原料是棉花、木材、禾草類植物和韌皮類植物等[2]。
(1)植物纖維是由細(xì)胞壁包裹著的空心腔體。
植物纖維是由細(xì)胞壁組成,細(xì)胞壁上的主要化學(xué)成分就是纖維素。
植物細(xì)胞之間有紋孔對(duì),紋孔是植物把水分、養(yǎng)料以及通過(guò)葉綠素進(jìn)行光合作用后的產(chǎn)物不間斷地輸送到需要的部位的通道[3]。
可以認(rèn)為一根成熟植物纖維就是一個(gè)由細(xì)胞壁包裹著由其上的紋孔對(duì)與其它纖維連同的空心腔體。
(2)植物纖維的主要成分之間互相纏結(jié)在一起。
根據(jù)纖維素化學(xué)的觀點(diǎn)可知,植物纖維的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[3]。
由于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素都存在大量氫鍵,使植物纖維中的纖維素被木質(zhì)素和半木質(zhì)素以及果膠等牢固的粘接在一起,木質(zhì)素和半木質(zhì)素將纖維素包覆在其編織的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中,溶劑不能順利的浸入到植物纖維內(nèi)部,與纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的有效接觸面積有限。
(3)植物纖維的主要成分的反應(yīng)活性不一。
纖維素是由葡萄糖單元通過(guò)β-1,4糖苷鍵連接而成的線性高分子化合物。
纖維素分子上含有大量的苷羥基和仲醇羥基,這為纖維素的降解提供了可能;纖維素分子內(nèi)和纖維素分子之間都存在氫鍵結(jié)合,纖維素分子鏈中有一部分是以結(jié)晶形式存在的,是纖維素Ⅰ型,結(jié)晶的存在增加了纖維素降解的難度[4]。
半纖維素是植物纖維中除了纖維素和果膠之外的全部碳水化合物,是在植物細(xì)胞壁中與纖維素共生、可溶于堿溶液,在酸性溶劑中的溶解度遠(yuǎn)大于纖維素的那部分多糖[5]。
半纖維素具有親水性能,容易潤(rùn)脹,可賦予纖維彈性。
木質(zhì)素是有苯丙烷類結(jié)構(gòu)單元組成的復(fù)雜化合物,具有使細(xì)胞相連的作用,主要存在于木質(zhì)化植物的細(xì)胞中,具有使細(xì)胞相連的作用,在植物組織中具有增強(qiáng)細(xì)胞壁及黏合纖維的作用,強(qiáng)化植物組織,在酸性溶劑中難以水解較易溶于堿液的相對(duì)分子質(zhì)量較高的物質(zhì)。
其化學(xué)結(jié)構(gòu)中共有3種基本結(jié)構(gòu),即愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)[6]。
3植物纖維的分解
通過(guò)以上分析可知,細(xì)胞壁的存在嚴(yán)重制約了植物纖維的降解效率,因此,為了提高植物纖維的降解效率,有效利用植物纖維,就需要對(duì)植物纖維進(jìn)行預(yù)處理。
植物纖維的分解主要可以分為預(yù)處理和降解兩個(gè)過(guò)程。
3.1植物纖維預(yù)處理方法
植物纖維的預(yù)處理主要作用就是對(duì)細(xì)胞壁包覆結(jié)構(gòu)的破壞,同時(shí)降低纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素之間的結(jié)合力,增加其與降解過(guò)程中的化學(xué)試劑或者微生物以及酶的接觸面積,從而達(dá)到增大其降解效率的目的。
根據(jù)不同的預(yù)處理手段,可以將預(yù)處理方法分為化學(xué)法、物理法和生物法。
3.1.1化學(xué)法
(1)臭氧法。
臭氧法是利用臭氧將植物纖維原料中的木質(zhì)素和半纖維素氧化分解成小分子。
小分子產(chǎn)物有利于生物降解中的微生物繁殖,處理剩余產(chǎn)物相對(duì)較純,便于利用;不過(guò)臭氧的能耗較高,需防止泄露。
(2)酸處理。
酸處理就是將纖維素原料用稀酸在106~110℃條件下處理幾個(gè)小時(shí),處理后半纖維素水解成單糖進(jìn)入水溶液,木質(zhì)素量不變,纖維素聚合度下降。
由于半纖維素的主要組成是木糖,因此稀酸處理所得產(chǎn)物主要含有木糖。
(3)堿處理。
堿處理是指用熱的或者冷的堿液(NaOH或液氨)對(duì)纖維素原料的處理。
通過(guò)對(duì)植物纖維的特點(diǎn)分析可知,堿處理可以有效降低植物纖維中的半纖維素和木質(zhì)素,并部分降解纖維素。
化學(xué)法能較為明顯地提高植物纖維的反應(yīng)活性,提高降解效率;但由于其處理過(guò)程中使用化學(xué)試劑,對(duì)設(shè)備防腐要求較高,并且脫除了植物纖維中的一部分組成,不利于材料的充分利用,酸堿的加入使其預(yù)處理產(chǎn)物的進(jìn)一步降解方法受到了限制,只適合于化學(xué)法降解。
3.1.2物理法
物理預(yù)處理法包括機(jī)械粉碎、微波、超聲波、高能輻射、汽爆等方法。
機(jī)械粉碎是指通過(guò)機(jī)械方法(如球磨、振動(dòng)磨等)將植物纖維原料進(jìn)行粉碎處理。
通過(guò)機(jī)械能使植物纖維發(fā)生斷裂,并使纖維素與木質(zhì)素之間的結(jié)合變?nèi)?乃至分離。
超聲波、高能輻射等方法是通過(guò)超聲波或者高能射線輻射對(duì)植物纖維進(jìn)行處理,使纖維素分子中的氫鍵得到破壞,有效降低纖維素的結(jié)晶度,同時(shí)使纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素之間的結(jié)合力下降,變成松散的結(jié)構(gòu)。
微波法、汽爆法等是指在微波或者高溫高壓的條件下使植物纖維細(xì)胞壁內(nèi)的水分汽化[7],并與細(xì)胞壁內(nèi)的空氣形成高壓沖出細(xì)胞壁上的紋孔對(duì),由于紋孔對(duì)的微細(xì),來(lái)不及瞬間完全釋放,造成細(xì)胞壁的爆裂,使纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素之間的連結(jié)變得疏松,降低纖維素的結(jié)晶度。
物理處理方法處理過(guò)程中不會(huì)造成原料損失,通常不用添加其他化學(xué)試劑,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染,處理后產(chǎn)物能適用于各種降解方法;但物理處理方法也存在能耗高、設(shè)備費(fèi)用高等缺點(diǎn)。
3.1.3生物法
生物法是通過(guò)白腐菌等微生物對(duì)植物纖維進(jìn)行預(yù)處理,經(jīng)過(guò)處理后,通常植物纖維中的木質(zhì)素得到有效降解,同時(shí)纖維素和半纖維素也得到不同程度的降解[8]。
纖維素酶水解工藝中幾個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題包括酶的解吸附、不同酶的協(xié)同作用、酶的產(chǎn)物抑制的消除、高產(chǎn)纖維素酶的菌種選育和高活力與熱穩(wěn)定性酶的生產(chǎn)及酶水解工藝,這些都是未來(lái)的研究重點(diǎn)。
生物處理法具有能耗低、條件溫和等優(yōu)點(diǎn);但由于微生物的作用周期長(zhǎng),造成生產(chǎn)周期長(zhǎng),不利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
3.2植物纖維的降解方法
植物纖維降解的方法主要有生物降解、化學(xué)降解等。
3.2.1生物降解
植物纖維的生物降解主要是微生物在酶的作用下的降解[7]。
產(chǎn)物可用作燃料以替代傳統(tǒng)燃料,植物纖維的生物降解主要包括微生物種類和相應(yīng)酶的篩選。
植物纖維中纖維素的生物降解大部分都是微生物作用的結(jié)果,主要降解途徑為基于水解酶的作用,大多為內(nèi)葡聚糖酶或外葡聚糖酶或類似的酶,主要有外切酶、內(nèi)切酶和β-糖苷酶,有些酶可能也會(huì)裂解成不同種類的多聚碳?xì)浠衔铩?/p>
降解纖維素的主要參與者是纖維素酶類型的水解酶復(fù)合物。
這些酶主要由真菌形成。
半纖維素的降解酶的種類主要有木聚糖酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、阿拉伯半乳糖酶和木葡聚糖酶等多種酶,參與木質(zhì)素降解有關(guān)的酶主要有木植物過(guò)氧化物酶、錳過(guò)氧化物酶和漆酶等。
生物法即酶水解由于其降解過(guò)程中不產(chǎn)生任何污染物,具有綠色環(huán)保的特點(diǎn),被認(rèn)為是很有前景的降解工藝。
生物法水解中催化水解纖維素生成葡萄糖需要多種水解酶。
酶解糖化工藝中酶的消耗量大,而纖維素酶的合成需要不溶性纖維素誘導(dǎo),生產(chǎn)周期長(zhǎng),生產(chǎn)效率低。
3.2.2化學(xué)降解
植物纖維化學(xué)降解是指植物纖維在化學(xué)溶劑、催化劑等的存在下在一定溫度、壓力下降解為液態(tài)材料的降解方法,植物纖維的降解主要分為高壓降解和常壓降解兩種。
(1)植物纖維高壓降解技術(shù)是指在溶劑的存在下,反應(yīng)條件為:溫度200~400℃、壓力為5~25 MPa的條件下降解2min至數(shù)小時(shí)的工藝[9]。
其中包括超臨界降解,超臨界降解技術(shù)是用超臨界流體(苯酚、水、酒精等)降解植物纖維,使其降解成低分子化合物的工藝。
高壓降解具有反應(yīng)迅速,反應(yīng)容易控制等優(yōu)點(diǎn);但對(duì)設(shè)備要求較高,而且能耗高,限制了其工業(yè)應(yīng)用。
(2)植物纖維常壓降解是在降解劑(通常包括溶劑和催化劑)中,在常壓條件下使植物纖維降低分子量,使之與降解劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為分子量分布廣泛的液態(tài)混合物的過(guò)程。
常壓降解具有反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
影響植物纖維常壓降解效率的因素包括反應(yīng)條件(溫度、時(shí)間)、降解劑的選擇(種類以及用量)[10~15]。
目前各種實(shí)驗(yàn)常用的降解溶劑主要有苯酚、環(huán)碳酸鹽和多元醇等,但各自存在不同的問(wèn)題,如環(huán)碳酸鹽具有成本高、回收困難等缺點(diǎn),苯酚具有毒氣大、回收困難等缺點(diǎn)。
相對(duì)而言多元醇是較為可靠的降解溶劑。
常壓降解過(guò)程通常使用的催化劑是強(qiáng)酸,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕性較高,增加了生產(chǎn)成本。
4結(jié)語(yǔ)
目前世界各國(guó)對(duì)植物纖維的降解做了大量研究,其降解機(jī)理已經(jīng)研究得較為成熟。
通過(guò)分析植物纖維的特點(diǎn),根據(jù)需要以及用途采用合適的降解方法,并相對(duì)應(yīng)的選擇適合的預(yù)處理方法,有助于改變當(dāng)前植物纖維低利用率的現(xiàn)狀,有利于提高植物纖維的高附加值利用。
參考文獻(xiàn)：
[1] Kr?ssig H A.Cellulose-structure,Accessibility and reactivity[J].Amsterdam:Gordon & Breach,2006(27):3 112~3 116.
[2] S.De Best,Erick J,Vandamme,Alexander Seinbüchel.多糖Ⅱ——真核生物多糖[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[3] 高潔,湯烈貴.纖維素科學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1999.
[4] Liang C Y,Marchessault R H.Infrared spectra of crystalline polysaccharides.Ⅱ.Native celluloses in the region from 640 to 1 700cm-1[J].Polym Sci,1959(39):269~278.
[5] 張小英.土壤填埋降解后絲素纖維的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[J].紡織學(xué)報(bào),2008,29(2):7~10.
[6] Saisu M,Sato T,Watanabe M,et al.Conversion of lignin with supercritical water-phenol mixtures[J].Energy & Fuels,2003(17):922~928.
[7] 岳建芝,徐桂轉(zhuǎn),李剛,等.微波輻射預(yù)處理高粱秸稈對(duì)酶水解的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,44(5):549~552.
[8] 郁魏魏,范雪榮,王強(qiáng),等.預(yù)處理結(jié)合纖維素酶處理對(duì)醋酸纖維降解的研究[J].合成纖維,2011(2):27~31.
[9] Lin L,Yoshioka M,Yao Y,et al.Liquefaction mechanism of lignin in the presence of phenol at elevated temperature without catalysts[J].Holzforschung,1997(51):325~332.
[10] 張素平,偉,具文華,嚴(yán)涌捷,等.木質(zhì)纖維素生物質(zhì)稀酸水解研究(Ⅰ)——連續(xù)水解反應(yīng)器的研究與開發(fā)[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2008,29(5):532~535.
[11] Yamada T，Ono H.Characterization of the products resulting from ethylene glycol liquefaction of cellulose[J].The Japan Wood Research Society,2001(47):458~464.
[12] 鄭丹丹,阮榕生,劉玉環(huán),等.木質(zhì)纖維素的催化熱化學(xué)液化[J].農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊,2005,32(2):17~21.
[13] Sarko A，Muggli R.Packing analysis of carbohydrates and polysaccharides Ⅲ.Valonia cellulose and celluloseⅡ[J].Macromolecules,1974(7):486~494.
[14] 鐘杰,張求慧.木質(zhì)纖維原料的苯酚液化[J].木材加工機(jī)械,2005(5):34~38.
植物纖維發(fā)泡緩沖材料的應(yīng)用【2】
摘要： 石油資源緊張、環(huán)境保護(hù)要求越來(lái)越高，植物纖維緩沖包裝材料受到了越來(lái)越多的重視。
本文概述了植物纖維緩沖包裝材料與EPS類發(fā)泡緩沖包裝材料比較原料的資源優(yōu)勢(shì)、綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，制作理論基礎(chǔ)研究，制品的性能特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外目前的開發(fā)利用現(xiàn)狀。
關(guān)鍵詞： 植物纖維;環(huán)境保護(hù);發(fā)泡緩沖材料
0引言
目前，在日常家用電器、精密儀器、電子計(jì)算機(jī)、電子元器件等包裝材料中大量使用的是聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯(PU)類發(fā)泡緩沖包裝材料，它是一種高分子化學(xué)合成材料，主要來(lái)源于石油，并且其包裝廢棄物，不能自然降解和完全回收，因此資源浪費(fèi)現(xiàn)象非常普遍。
根據(jù)“蒙特利爾議定書”規(guī)定，要求全面禁止采用氟利昂生產(chǎn)EPS，但是很多國(guó)家沒(méi)有落實(shí)[1]。
隨著能源短缺問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題的加劇，這些不能自然降解和回收利用的EPS類緩沖包裝材料的應(yīng)用將受到越來(lái)越大的限制，開發(fā)環(huán)保、可降解的綠色的植物纖維發(fā)泡緩沖材料成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
綠色的植物纖維發(fā)泡緩沖材料是指使用可回收利用、可降解的植物纖維、黏合劑和發(fā)泡劑為原材料制成緩沖性能較好的發(fā)泡紙制品[2]。
1植物纖維發(fā)泡緩沖材料可行性制備基礎(chǔ)工藝
植物纖維是天然高分子材料，含有多個(gè)羥基，纖維素分子間具有極強(qiáng)的氫鍵作用。
這些羥基不僅締合成分子內(nèi)氫鍵，而且締合成分子間氫鍵，增強(qiáng)了纖維素分子鏈的線型完整性和剛性，但僅靠植物纖維本身的強(qiáng)度和韌度不足以抵抗外界的壓力以及沖擊，而造成包裝變形。
為保證植物纖維發(fā)泡緩沖材料具有良好的強(qiáng)度和緩沖作用，需要添加增強(qiáng)劑、發(fā)泡劑等其它化學(xué)物質(zhì)以提高其強(qiáng)度，以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的目的。
目前的發(fā)泡工藝有以下兩種[3]：
�、僬魵獍l(fā)泡法。
通過(guò)水蒸氣向外散發(fā)時(shí)的疏散作用發(fā)泡，形成顆粒型發(fā)泡植物纖維紙漿的制作工藝，這種方法制作發(fā)泡制品不污染環(huán)境是最佳的綠色發(fā)泡方法，但抄造的設(shè)備和成本較使用化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡的高，希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究降低蒸氣發(fā)泡法的成本。
�、诨瘜W(xué)發(fā)泡法。
化學(xué)發(fā)泡劑添加至植物纖維紙漿中，加熱至一定的溫度，發(fā)泡劑熱分解產(chǎn)生氣體而發(fā)泡。
發(fā)泡劑分為有機(jī)發(fā)泡劑和無(wú)機(jī)發(fā)泡劑。
2環(huán)境保護(hù)及資源開發(fā)
植物纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)是1，4-β-D-呋喃式失水聚葡萄糖，因此由植物纖維制備的緩沖包裝材料具有很好的生物降解性、環(huán)境保護(hù)性。
它主要來(lái)源于木材及植物秸稈等可再生的有機(jī)資源，每年地球上植物纖維的產(chǎn)量大約1500億噸，來(lái)源十分廣泛[4]。
3開發(fā)利用現(xiàn)狀
植物纖維發(fā)泡緩沖材料，最早使用的是瓦楞紙襯墊、隔板以及廢紙條等。
這些纖維制品緩沖性能并不理想，與EPS發(fā)泡塑料比較優(yōu)勢(shì)不大。
但是，因?yàn)槟茉磫?wèn)題、環(huán)保問(wèn)題，EPS泡沫塑料制品被淘汰和禁止勢(shì)在必行。
目前，可替代EPS泡沫塑料的替代品有以下幾類。
3.1 植物纖維發(fā)泡緩沖材料
目前常用的原料有：農(nóng)作物秸稈纖維，廢紙纖維、棉纖維、麻纖維等。
這種材料在低應(yīng)力條件下，具有比聚苯乙烯泡沫塑料更好的緩沖性能，而且可降解、原料價(jià)廉易得。
3.2 二次纖維和淀粉為原料制成的包裝緩沖材料
把回收的廢紙纖維粉碎成細(xì)末狀，再加入一定的量的淀粉混合均勻，然后用蒸汽發(fā)泡的方法使其形成多孔的小球。
用這種小球作包裝緩沖填料，能承受的沖撞優(yōu)于苯乙烯而且價(jià)錢便宜。
3.3 木材纖維熱壓發(fā)泡緩沖包裝材料
利用聚合物發(fā)泡技術(shù)與人造板工藝技術(shù)相結(jié)合，采用碳酸氫鈉為發(fā)泡劑，采用中密度纖維板廠的人造纖維板粉碎后，加入黏膠、發(fā)泡劑等，在160℃左右熱壓發(fā)泡。
植物纖維發(fā)泡緩沖材料防靜電、防腐蝕性能優(yōu)于EPS發(fā)泡材料，抗震性能則優(yōu)于紙漿模塑產(chǎn)品，與木材纖維熱壓發(fā)泡緩沖包裝材料的抗震緩沖性能基本相當(dāng)，但不需要熱塑成型，降低了制品的制作難度。
4結(jié)論
目前，由于石油資源日趨緊張、環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益突出，聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯(PU)類發(fā)泡緩沖包裝材料勢(shì)必會(huì)被植物纖維發(fā)泡緩沖包裝材料所代替。
植物纖維發(fā)泡緩沖包裝材料采用非化學(xué)發(fā)泡劑法發(fā)泡對(duì)環(huán)境友好，在保障使用效果的前提下也會(huì)取代化學(xué)發(fā)泡法，相信經(jīng)過(guò)不懈的研究植物纖維發(fā)泡緩沖包裝材料的成本及緩沖性能會(huì)達(dá)到滿意的效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]秦國(guó)民，田代年.“白色污染”的危害及治理對(duì)策[J].黑龍江環(huán)境通報(bào)，2005，29(1)：16-18.
[2]侯樹亭.中國(guó)EPS泡沫塑料回收利用狀況及技術(shù)進(jìn)展[J].塑膠工業(yè)，2006，(5)：25-27.
[3]李友良，王家俊.廢紙漿發(fā)泡緩沖材料的研究[J].包裝工程，2008，29(11)：5-7.
[4]李新平，索曉紅.纖維素纖維發(fā)泡緩沖包裝材料概述[J].包裝工程，2007，28(4)：182-184.
[5]駱光林，郭彥峰，徐筱.綠色緩沖包裝材料的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè).
植物纖維全降解地膜的田間實(shí)驗(yàn)【3】
【摘 要】通過(guò)地膜在田間的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，本文研究和分析了植物纖維全降解地膜和塑料地膜在定量、抗張強(qiáng)度、溫度、濕度等表征指標(biāo)的變化規(guī)律，運(yùn)用收集的田間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)客觀地進(jìn)行植物纖維全降解地膜和塑料地膜的性能比對(duì)，闡述了植物纖維全降解地膜的應(yīng)用，以期對(duì)保護(hù)環(huán)境起到重要作用。
【關(guān)鍵詞】植物纖維全降解地膜;田間試驗(yàn);定量;抗張強(qiáng)度;溫度;濕度
1 塑料地膜的使用情況
農(nóng)用地膜覆蓋技術(shù)是20世紀(jì)80年代引入我國(guó)的一項(xiàng)高產(chǎn)栽培技術(shù)。
由于地膜在使用過(guò)程中具有保溫、保濕、保土、保肥、防蟲、防寒等顯著優(yōu)點(diǎn)，加上我國(guó)處于季風(fēng)地帶，80%以上的耕地存在干旱、低洼或鹽堿等障礙因素，使得地膜的需求量日益增長(zhǎng)，使用量一直位居世界第一。
目前，我國(guó)農(nóng)田中應(yīng)用最廣泛的地膜多數(shù)為超薄型塑料地膜，超薄型塑料地膜在使用周期過(guò)后會(huì)形成大量的地膜碎片，使土壤清理變得十分困難，加之塑料是單體聚乙烯或其他合成聚合物，本身具有分子量大、性能穩(wěn)定、在土壤中難以分解的特性，這樣年復(fù)一年地使用，塑料地膜的殘留將嚴(yán)重降低土壤的通透性、阻礙水分和養(yǎng)分的運(yùn)移，對(duì)農(nóng)作物根系的生長(zhǎng)有很大影響，給耕作、播種和作物的生長(zhǎng)帶來(lái)困難，將影響我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
而更令人擔(dān)憂的是，除了對(duì)農(nóng)業(yè)的影響之外，土壤中裹含著大量的塑料殘膜也會(huì)對(duì)環(huán)境、水土造成危害，產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響，也就是我們所說(shuō)是“白色污染”。
2 植物纖維全降解紙地膜使用的意義
解決塑料地膜殘膜造成的“白色污染”成了近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，解決辦法總結(jié)起來(lái)有2條：一是把地里的塑料膜都揀出來(lái)，將其進(jìn)行回收;二是使用無(wú)污染可降解的地膜，讓它源于自然再回歸自然。
事實(shí)證明，被廣泛使用的超薄型塑料地膜在回收時(shí)很容易被扯破，進(jìn)而碎成指甲蓋大小，很難撿拾。
即使是使用厚一些的便于撿拾回收的塑料地膜，但我國(guó)這么大的使用量，不僅單位成本較高、回收工作強(qiáng)度極大，而且做起來(lái)也很不容易。
植物纖維全降解地膜是以二次植物纖維作為原料，采用多元結(jié)合的制漿、造紙工藝加工生產(chǎn)的農(nóng)用紙地膜，所用的原料是天然纖維素材料，纖維素是由葡萄糖基構(gòu)成的鏈狀化合物，具有很好的生物相容性和生物活性，無(wú)毒且易于生物降解，可通過(guò)自然界微生物、酶降解，最終形成CO2和H2O回歸自然，因此屬綠色環(huán)保產(chǎn)品，采用二次植物纖維為原料能有效地降低紙地膜的成本，有利于推廣應(yīng)用。
3 實(shí)驗(yàn)材料
3.1 實(shí)驗(yàn)所用的材料
(1)本色植物纖維全降解地膜：定量40g/m2，厚度0.05mm，遼寧省輕工科學(xué)研究院生產(chǎn)。
(2)黑色植物纖維全降解地膜：定量40g/m2 ，厚度0.05mm，遼寧省輕工科學(xué)研究院生產(chǎn)。
(3)塑料地膜：定量25g/m2，厚度0.008mm，吉林省白山市喜豐塑料股份有限公司生產(chǎn)。
3.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)
遼寧省阜新縣中科院生態(tài)研究所863節(jié)水實(shí)驗(yàn)基地中心實(shí)驗(yàn)田。
3.3 實(shí)驗(yàn)條件
4月中下旬開始，在自然氣候條件下，仿效實(shí)際地膜鋪設(shè)和播種深度。
4 植物纖維全降解地膜和塑料地膜表征指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析
4.1 定量的變化
4.2 抗張強(qiáng)度的變化
4.3 溫濕度的變化
溫濕度是能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供物質(zhì)和能量的主要?dú)夂驐l件，適宜的溫度、濕度能使酶的活性和催化能力達(dá)到最強(qiáng)，這就是種子萌發(fā)的最理想條件，能改變植物根系的生長(zhǎng)、呼吸作用與養(yǎng)分的吸收。
在自然環(huán)境不具備這一溫濕度條件時(shí)，地膜就能起到這樣的作用。
實(shí)驗(yàn)方法：在地表面覆膜，測(cè)定膜下20cm處的溫濕度，采用日本ISUZU溫濕度記錄儀，測(cè)定圖表如圖1、圖2(圖1、圖2為隨機(jī)的同一天24h的溫濕度走向)。
5 結(jié)論
綜上所述，植物纖維全降解地膜在鋪設(shè)、作物出苗過(guò)程中，無(wú)論是在溫濕度的保持，還是在鋪設(shè)工作上，都同塑料地膜有著同樣的作用;而在降解方面，植物纖維全降解地膜在地下70d內(nèi)能全部降解結(jié)束，回歸自然，這無(wú)論是對(duì)環(huán)境還是人類生存安全都有深遠(yuǎn)的意義，將會(huì)解決“白色污染”問(wèn)題，有利于保護(hù)環(huán)境、保持生態(tài)平衡和推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]趙燕等.我國(guó)可降解地膜的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，23.
[2]賈珊珊等.植物纖維地膜的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[].山東紡織科技，2011，5.
[3]中央電視臺(tái)《農(nóng)田里的“白色污染”》《焦點(diǎn)訪談》2013年5月8日.
【植物纖維預(yù)處理與降解方法】相關(guān)文章：
研究可降解塑料的生物降解性能10-07
c語(yǔ)言預(yù)處理ppt課件09-30
可降解塑料的研究現(xiàn)狀09-30
原料乳的驗(yàn)收與預(yù)處理技術(shù)論文10-09
研究可降解生物包裝材料10-07
探究聚乳酸的降解研究進(jìn)展10-07