农林废弃物清洁高效分离新技术研究

发布时间:2015-06-04

　　所属战略性新兴产业领域： 新材料

　　所属高新技术领域： 环境保护

　　单位名称： 北京林业大学

　　成果简介：

　　1.1科技成果简介

　　本项目采用现代显微技术与化学法结合解译了农林废弃物生物质(柠条、沙柳、连翘等)组分的超微结构及半纤维素在细胞壁中的微区分布特点;阐明了纤维素、半纤维素及木质素的化学结构及相互间结合的化学键类型以及生物质组分分子间结合键在不同微差异介质环境下的应答机制与规律;完成了农林废弃物主要组分(纤维素、半纤维素和木质素)的清洁高效分离的研究，分离的纤维素、半纤维素和木质素具有较完整的大分子结构，木质素分子量大于2000、纤维素分子量大于22000、半纤维素分子量大于18000，且分子量分布窄;提出了一种高产率高纯度半纤维素和木质素的分离新方法及分级纯化半纤维素和木质素组分的新工艺;完成了以分离纯化半纤维素化学改性制备纸张添加剂、木糖醇和膜等生物材料的研究。(国家林业公益性行业科研专项项目，农林废弃物清洁高效分离新技术研究，2008年12月至2012年12月)

　　成果创新性：

　　1.2创新性

　　通过以上的研究，本项目已在国内外本专业重要期刊发表SCI收录论文25篇，其中第一标注论文为21篇，第二标注论文为4篇，影响因子最高为9.6，5篇论文已发表在本领域顶级期刊(JCR一区)上;7人次以特别邀请的身份在有关该领域的国际会议上作了大会发言，申请发明专利7项，其中授权1项;受ELSEVIER邀请主编了国际上第一部秸秆化学及其高值化利用专著《Cereal Straw as a Resource for Sustainable Biomaterials and Biofuels》，同时还被美国化学会邀请参与编写生物质半纤维素专著1部, 主编中文专著1部，该项目的部分研究成果分别获2012年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学一等奖、第二届和第四届梁希林业科技二等奖。

　　成果独占性：

　　1.3独占性

　　(1)本项目研究的低浓度过氧化氢在特定碱性条件下降解农林生物质细胞壁，分离木质素、半纤维素和纤维素，最佳提取工艺条件很难获取，不易复制。

　　(2)本项目将合成的阳离子半纤维素和羧甲基半纤维素作为造纸增强剂应用于造纸工业中，与其他合成的增强剂相比，该增强剂均具有明显提高纸张强度及生物可降解性等特点，同时发现阳离子半纤维素与羧甲基半纤维素混用具有协同作用，能够有效地提高纸页的物理强度，其增强剂的最佳添加量很难获取，不易复制。

　　(3)本项目采用纳米微细纤维作为半纤维素膜增强材料，制备了力学性能更佳的复合膜材料。其性能优良的制备条件最佳制备条件难获取，不易复制。

　　成果盈利性：

　　1.4盈利性

　　本项目的研究大多属于基础研究，还未进行工业化生产，生产成本挺高，无法进行核算。

　　成果持续性：

　　1.5持续性

　　本项目的后续研究一直在进行，将会有持续的创新能力。

　　成果先进性：

　　1.6先进性

　　(1)本项目研究的低浓度过氧化氢在特定碱性条件下降解农林生物质细胞壁，分离木质素、半纤维素和纤维素，最佳提取工艺条件：pH的范围为12.0-12.5，反应温度控制为45-50oC，该方法准备在河北省建立中试基地，有望进一步推广。

　　(2)本项目将合成的阳离子半纤维素和羧甲基半纤维素作为造纸增强剂应用于造纸工业中，与其他合成的增强剂相比，该增强剂均具有明显提高纸张强度及生物可降解性等特点，同时发现阳离子半纤维素与羧甲基半纤维素混用具有协同作用，能够有效地提高纸页的物理强度，该研究开辟了半纤维素在造纸工业中高效利用的新途径。

　　(3)本项目采用纳米微细纤维作为半纤维素膜增强材料，制备了力学性能更佳的复合膜材料。研究揭示了半纤维素膜材料的结晶结构与其表面形貌、力学性能之间的构效关系。该材料具有安全无毒、无色无味、易降解等优良性能可广泛用于食品保鲜、包装材料，符合“绿色食品”的包装要求。

　　成熟度： 原型