福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院發(fā)布重磅成果

玉米秸稈稻草變身“超級塑料”

外賣食物的餐盒不再是傳統(tǒng)石化基塑料，而是散發(fā)著植物清香的秸稈變身而成；家里裝修使用的材料不再是很難處理的合成板材，而是用完就能“重回土地”的麥稈等壓縮而成……近日，福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院帥李教授團隊在《科學(xué)進展》（Science Advances）發(fā)布重磅成果，成功將玉米秸稈、稻草等農(nóng)業(yè)剩余物重組制備可模壓的復(fù)合材料。

魔法重組

植物秸稈

變身“超級塑料”

現(xiàn)代生活高度依賴塑料制品，但傳統(tǒng)石化基塑料通常不可生物降解且難以化學(xué)回收，由此產(chǎn)生的微塑料會對環(huán)境和人體健康造成潛在威脅。同時，大量亟待處理的農(nóng)業(yè)剩余物，也對技術(shù)、成本等提出了更高的要求。

有什么辦法既能有效處理農(nóng)業(yè)剩余物，又能把它們變成有用之物而重新利用？

帥李教授團隊獨辟蹊徑，讓秸稈通過“細胞壁重組技術(shù)”重獲新生：首先，進行毫米級粉碎，秸稈被篩分至粉末狀粗細（0.12毫米—0.18毫米）；隨后，通過預(yù)處理破壞秸稈的細胞壁結(jié)構(gòu)，釋放纖維素“鋼筋骨架”；繼而，進行精準(zhǔn)提純，把處理后的農(nóng)業(yè)剩余物放在水里，過濾去除水溶性組分并保留其中的纖維素和木質(zhì)素（自然界最堅韌的天然膠）；最后，進行模壓熱壓，在160℃—200℃下模壓成型，木質(zhì)素與纖維素通過C—C鍵“焊接”，形成致密結(jié)構(gòu)的纖維素增強木質(zhì)素（CRL）復(fù)合材料。

落地應(yīng)用

田間垃圾

制成“零甲醛”用品

“這相當(dāng)于上演了一場田間垃圾‘變形記’。”帥李教授介紹，這樣得到的復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能與熱穩(wěn)定性，并兼具防水、耐磨和阻燃等特性。

但該研究的意義遠不止于此，該成果還為低價值農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化制備環(huán)境友好型可降解的代塑復(fù)合材料提供了新思路。

“想象未來的房子裝修——墻面是麥稈壓制的阻燃板材，家具是速生木材重組制備的環(huán)保家具，報廢后全部‘溶解’成肥料。”帥李表示，利用這個研究成果，未來還可研發(fā)出泡不爛的秸稈杯、燒不著的快遞箱等。

在帥李教授團隊的實驗室里，一系列產(chǎn)品對比實驗顛覆人們的認知：在強度實驗中，1厘米厚的CRL板材可承重至少80公斤不變形；在耐水測試中，CRL板材在水中浸泡24小時后，厚度膨脹率僅1.7%，而普通密度板厚度膨脹率超過40%；在安全驗證中，未添加阻燃劑的CRL材料遇明火10秒自熄，極限氧指數(shù)達22.2%，超越國標(biāo)阻燃門檻；在循環(huán)實驗中，廢棄CRL制品在堿性溶液中6小時分解為糊狀物，可直接用于生產(chǎn)沼氣或有機肥。

更令人驚嘆的是該材料的環(huán)境友好性，其甲醛釋放量僅0.07 mg/L，比嬰兒級家具標(biāo)準(zhǔn)還低85%。

目前，該團隊已用該材料制造出“零甲醛”U盤外殼、充電插頭外殼、水杯、兒童拼圖玩具等。

記者觀察到，這些產(chǎn)品觸感溫潤而堅實，不同于普通塑料的冰冷或單薄，表面色澤多為柔和的米白、淺棕或原木色，散發(fā)著淡淡的類似干燥麥稈或草木的清新自然氣息，完全聞不到任何化學(xué)制品或新塑料的刺鼻氣味。

未來圖景

永續(xù)循環(huán)

描繪綠色藍圖

這項科研成果為我們描繪出一幅綠色材料應(yīng)用藍圖。

“會消失”的外賣生態(tài)：CRL餐盒的成本與塑料持平，用完埋入土中，30天降解為腐殖質(zhì)。

碳中和快遞體系：內(nèi)置芯片的可循環(huán)CRL快遞箱，可追蹤使用次數(shù)，破損后回收再造。

臨時建筑革命：CRL框架的應(yīng)急救援帳篷，災(zāi)后拆除粉碎，直接撒入農(nóng)田改良土壤。

高端消費品升級：CRL衍生應(yīng)用于筆記本電腦外殼、戶外運動裝備等。

據(jù)了解，該成果有望在不久的未來完成中試、大試等多重測試。論文第一作者龔正剛介紹，如果每噸秸稈可轉(zhuǎn)化為0.5噸CRL復(fù)合材料，用玉米秸稈制備CRL復(fù)合材料的成本可低至約3000元/噸，低于傳統(tǒng)纖維或粉末增強的通用塑料和工程塑料。更關(guān)鍵的是，其生產(chǎn)過程簡單、直接，無需增加額外的改性步驟或添加膠黏劑。

“這項技術(shù)重新定義了可持續(xù)材料的邊界。”相關(guān)領(lǐng)域的專家評論道，“它不再是‘降解速度追趕污染速度’的補救方案，而是從源頭重構(gòu)‘廢棄物—高值材料—生態(tài)養(yǎng)分’的永續(xù)循環(huán)。”（記者 梁凱鴻/文 石美祥/攝）