基于低共熔溶剂的甘蔗叶浆预处理优化及其纳米纤维素提取用于增强生物塑料性能的研究

针对传统塑料污染问题，研究人员通过低共熔溶剂(DES)预处理甘蔗叶浆，优化提取纤维素纳米纤丝(CNF)作为琼脂基生物塑料增强剂。采用胆碱氯化物与草酸二水合物不同摩尔比(1:1,1:2,2:1)的DES体系，获得61.3%产率、86.9%纤维素含量及334.5°C热降解温度的CNF，显著提升生物塑料机械强度与热稳定性。该研究为农业废弃物高值化利用及可持续包装材料开发提供新策略。

　　

每年全球40%的化石基塑料用于食品包装，其中绝大多数不可降解，不仅造成白色污染，还可能通过高温释放有害物质威胁人体健康。面对这一严峻挑战，开发可降解、高性能的生物塑料成为当务之急。甘蔗叶作为收获后占比15%的农业废弃物，年产量仅印尼就达489-733万吨，但通常被焚烧或废弃，既浪费资源又污染环境。这些叶子含有36%-44.5%的纤维素，是制备纤维素纳米纤丝(CNF)的理想原料。然而，传统CNF提取方法如TEMPO氧化、硫酸水解等存在毒性大、成本高、难回收等问题。低共熔溶剂(DES)因其绿色环保、可设计性强等优势，为这一难题提供了新思路。

来自印尼万隆大学与国家研究与创新署的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表论文，系统研究了胆碱氯化物-草酸二水合物DES体系预处理甘蔗叶浆提取CNF的工艺优化，并评估其增强琼脂基生物塑料性能的效果。研究采用三种DES摩尔比(1:1,1:2,2:1)处理原料，通过表面改性改善CNF分散性，利用实验室密炼机替代传统溶液浇铸法实现聚合物基体(琼脂/甘油)与CNF的共混，最终测试了不同CNF添加量(5%-25%)对生物塑料性能的影响。

材料与方法
甘蔗叶采自印尼中爪哇省种植园，经DES预处理后测定木质纤维素含量变化。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)表征CNF结构特性，通过拉伸测试、接触角测量等评估生物塑料机械性能与疏水性。

Lignocellulosic content
DES预处理显著提升纤维素含量(最高86.9%)，降低半纤维素和木质素。1:1摩尔比处理的CNF-1:1样品表现最优，归因于胆碱氯化物与草酸二水合物的协同作用。

Conclusion
1:1 DES配比在纤维素得率(61.3%)、结晶度(45.5%)和热稳定性(T_dmax=334.5°C)方面表现最佳。CNF表面改性有效增强生物塑料的机械强度(提升约200%)、耐水性(接触角增加30°)和热稳定性。25% CNF添加量的复合材料性能全面超越工业标准。

该研究首次将甘蔗叶CNF通过DES绿色工艺应用于生物塑料增强，不仅为农业废弃物资源化提供新途径，更开创了实验室密炼机加工CNF复合材料的低成本方案。Efri Mardawati团队的工作为可持续包装材料开发树立了新标杆，其成果对缓解塑料污染、推动循环经济具有重要实践意义。