红泥废弃物在蛋白质基多孔材料挤出中的创新应用：增强弹性应变与可持续性

本综述探讨了红泥（RM）作为添加剂在面筋（WG）和玉米醇溶蛋白（Z）基泡沫挤出中的作用。研究发现，RM虽不能改善泡沫刚度（Young's modulus），但作为增塑剂和氧化还原剂显著提升应变（strain），最高达190%，密度在500-1500 kg/m3。这为废物回收和弹性生物材料开发提供了新策略，助力可持续单次塑料替代。

　　摘要
本研究聚焦红泥（RM）废弃物在蛋白质基多孔材料挤出中的双重挑战：提升农业副产品（面筋WG和玉米醇溶蛋白Z）泡沫性能，同时实现RM资源化利用。通过挤出工艺，添加原始RM或其草酸浸出液（HOx），结合因子设计评估参数对材料性能的影响。结果表明，RM基添加剂无法通过短交联桥增强泡沫刚度（以Young's modulus衡量），但作为增塑剂和氧化还原剂，显著提高应变，尤其在WG体系中应变达190%，密度介于500-1500 kg/m³。这突显RM在弹性变形应用中的潜力，为可持续生物泡沫制造开辟新径。

1 引言
全球固体废弃物累积威胁环境与健康，预计2030年将超25亿吨，仅20%被回收。红泥（RM）作为氧化铝生产的主要废弃物（Bayer工艺），年产量达亿吨级，因其高碱度（pH 11-13）和有毒元素（如Fe₂O₃、Al₂O₃），导致存储污染和土地占用。同时，淀粉工业年产出500万吨蛋白质副产品（如WG和Z）。当前单次塑料泡沫（如聚氨酯PUR）存在微塑料污染问题，而WG和Z作为天然聚合物，可通过挤出工艺替代化石基材料。金属离子（如RM中的Fe、Al）能调控蛋白质交联，赋予材料刚性或弹性。本研究将RM作为复杂金属源（氧化物或HOx溶液），融入WG/Z混合泡沫，旨在提升力学性能并实现废物增值。

2 实验部分
2.1 材料
WG粉末（86 wt.%蛋白，瑞典Lantm?nnen Reppe AB提供），Z粉末（88-96 wt.%蛋白，Sigma–Aldrich），甘油（Gly）、碳酸氢钠（SBC）、草酸。RM由ETI Aluminum（土耳其）提供，主要成分包括Fe（208 g/kg）、Al（108 g/kg）、Si（57 g/kg）、Ca（36 g/kg）、Ti（25 g/kg），及稀土元素（如Ce 355.5 ppm）。

2.2 红泥浸出
RM用1 N草酸浸出（液固比50:1），24小时搅拌后过滤得HOx溶液。ICP-OES分析显示，主要金属（Fe、Al、Si、Ca、Ti）被非选择性浸出。

2.3 挤出物配方
基于WG、Z、Gly（50 wt.%）、SBC（5 wt.%）和去离子水（MQ，5 wt.%）。RM或HOx添加量为总蛋白的5 wt.%（更高浓度导致挤出堵塞）。RM先研磨干燥以除水。采用全因子设计：

• RM实验：3因素（WG:Z比例、SBC有无、RM有无），8组样本（如75Z、75WG/SBC/RM）。
• HOx实验：2因素（HOx有无、SBC有无），4组样本（如75Z/HOx）。

2.4 挤出
使用双螺杆微混合挤出机（DSM Xplore），温度100°C，转速60 rpm，模具直径3 mm。挤出物在硅胶干燥器中储存一周。

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