数字治理时代欧洲可持续农业系统构建：基于纤维素-壳聚糖/氧化锌纳米复合生物塑料的创新策略

本综述系统阐述了利用农业废弃物（高粱壳）开发纤维素-壳聚糖（CC）基生物可降解薄膜的创新研究。通过引入废弃滤液合成的氧化锌（ZnO）纳米颗粒及生物炭（Charcoal）作为增强填料，显著提升了薄膜的热稳定性（800°C时失重率仅20%）、机械强度（拉伸强度达19.9 MPa）及抗氧化活性（最高72.9%）。该材料兼具植物相容性与环境友好性，为可持续包装和农业应用提供了功能化解决方案。

　　

结构特征与形貌分析

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）对高粱壳纤维素（SC）、氧化锌纳米花（ZnO-NF）、氧化锌纳米复合材料（ZnO-NC）及其制备的薄膜（CC、CC-ZnNF、CC-ZnNC、CC-CH）进行分析（图2a-c）。SC在3325 cm^-1和2884 cm^-1处出现典型宽吸收峰，分别对应羟基（-OH）伸缩振动和C-H键对称振动，证实纤维素多糖骨架的存在。CC薄膜中氨基（-NH₂）特征峰（1640 cm^-1）的出现表明壳聚糖成功交联。ZnO-NF在400-500 cm^-1区间显示Zn-O键特征振动峰，而CC-ZnNF薄膜中该峰强度增强，证明纳米颗粒均匀分散于基质中。CC-CH薄膜在1580 cm^-1处出现芳香碳骨架振动峰，印证生物炭的成功引入。

扫描电子显微镜（SEM）图像显示SC呈现典型纤维网状结构（图2d），而CC薄膜表面光滑致密（图2e）。添加ZnO-NF后（图2f），薄膜表面出现均匀分布的纳米级凸起结构，ZnO-NC组（图2g）则呈现更明显的团聚体形态，可能与纳米颗粒的高表面能有关。CC-CH薄膜（图2h）表面可见微米级多孔碳颗粒嵌入，形成异相复合结构。X射线衍射（XRD）图谱中SC在2θ=22.6°处显示纤维素Ⅰ型结晶峰，CC薄膜中该峰宽化表明壳聚糖的引入降低了结晶度。ZnO-NF在2θ=31.8°、34.4°、36.3°处出现六方纤锌矿特征衍射峰（JCPDS No. 36-1451），CC-ZnNF薄膜中这些峰仍清晰可见，证实纳米填料在复合过程中保持晶型完整性。

结论

本研究通过将高粱壳废弃物转化为纤维素-壳聚糖基生物塑料，并创新性地利用提取过程中的废弃滤液合成ZnO纳米填料，成功制备出多功能复合薄膜。添加ZnO纳米花（CC-ZnONF）、ZnO纳米复合材料（CC-ZnONC）及生物炭（CC-CH）显著提升了薄膜的机械强度、热稳定性、光学透明度、疏水性、抗氧化能力及抗真菌效能。超越传统性能表征，本研究进一步通过种子发芽实验证明所有薄膜均具备植物安全性与生长促进特性，为非毒性生态环境材料设计提供了新范式。该工作为农业废弃物高值化利用及功能性生物塑料开发提供了全链条绿色解决方案。