甘蔗渣纤维发展现状与技术状况

第一节甘蔗渣纤维行业发展情况

一、甘蔗渣纤维定义

甘蔗渣纤维是用甘蔗渣制造成的纤维。

甘蔗是制糖的主要原料之一。经过榨糖之后剩下的甘蔗渣，约有50%的纤维可以用来造纸。不过，其中尚有部分蔗髓（髓细胞）没有交织力，制浆过程前应予除去。甘蔗渣纤维长度约为0.65－2.17mm，宽度是21－28μm。其纤维形态虽然比不上木材和竹子，但是比稻、麦草纤维则略胜一筹。浆料可以配入部分木浆后，抄制胶版印刷纸、水泥袋纸等。

甘蔗渣纤维特性

甘蔗渣是糖厂的副产品，是具有广西特色的造纸纤维原料。

甘蔗渣是糖厂的副产品，是具有广西特色的造纸纤维原料。甘蔗是一年生长的茎状植物纤维原料，国内外的数据表明，各种甘蔗的纤维形态有所不同、种植地域、气候条件及生长期不同，也可能造成纤维形态的差异。一般来说，甘蔗纤维的长度为1.0～2.0mm，宽度为14～28um、宽度比为60～80，壁腔比远小于1，具有长度中等、宽度较大、壁腔比很小的特点。

与木材纤维相比，甘蔗渣纤维的长度仅为针叶木的一半，和阔叶木基本相当甚至略优，宽度小于针叶木，而与阔叶木纤维相近，长度比与多数木材纤维相似，而壁腔比则远小于木材原料。

在禾本科类原料中，甘蔗渣纤维原料的长度比较长，宽度远大于其他品种，壁腔比则是禾本科原料中的最小者。

通常认为，纤维长度小于45的纤维就失去了造纸价值，因其缺乏交织能力，成纸强度太低。当纤维壁腔比大于1时，纤维就比较僵硬。

作为无纺纤维材料

印度人利用一种称为麦克菲森（McPherson）的净化机进行净化处理，然后按不同比例混合部分棉纤维，蒙麻或聚丙烯，然后作为纤维用于生产无纺布。当然，无纺材料又分为多种。这些纤维大多分有数层，依据用途不同，层数也各异。无纺材料用途十分广泛。有些种类材料据称可经受150℃的高温，而高温时间仅为一分钟。其厚度也根据需要而定。当然，更多的用于工业，如汽车隔热、垫圈、密封材料，也有用作清洁抹布和地毯生产等等。这类材料在300℃的高温下会迅速碳化，碳化的无纺纤维具有很强的吸附性，用来吸油，抗污等用途。

1.抗污：甘蔗渣无纺材料多用于漏油吸附，也可从水面吸走油腻物质；

2.农用：业终端用户：主要用作制造苗圃花钵，过滤网、护栏；

3.替代棉纤维：用来制作动物巢穴或被盖；

4.净化效应：用于水产养殖业，可改善水的品质；

5.制造：甘蔗纤维具有无可比拟的强度，因此是制造纸张的最佳原材料。

甘蔗渣纤维的提取无须复杂昂贵的工艺，制作任何一种产品都不复杂，且成本低廉，用途广泛，可回收，可生物降解，生态环保，因此，甘蔗渣在印度实际上是一种十分宝贵的纤维资源。

二、甘蔗渣纤维行业发展历程

中国甘蔗渣纤维的工业生产发展起步晚，始于20世纪八九十年代，真正快速发始于21世纪初，经过多年的发展，已经基本上形成了大中小型生产规模共存的生产格局。现在中国的大型甘蔗渣纤维生产装置以引进技术为主，中型和小型甘蔗渣纤维生产装置以国产化技术为主。

中国甘蔗渣纤维在将来的几年里产量会有较大的增长，但生产仍然供不足需，中国已经成为全球最大的甘蔗渣纤维净进口国之一。但由于国内产量很快增长，进口依存度总体上呈下降趋势。中国甘蔗渣纤维未来几年内，表观消费量依然会保持较高增速，进口量将会增大，甘蔗渣纤维产业在中国的前景广阔。

第二节甘蔗渣纤维技术状况

一、巴西开发出用甘蔗渣生产碳纤维新技术

2012-08-14，巴西里约热内卢联邦大学的科研人员利用甘蔗乙醇生产后的废渣生产碳纤维取得明显进展。

巴西是甘蔗生产大国，每年甘蔗乙醇产量数以百亿升计，同时产生大量甘蔗渣，一般均作为糖厂燃料焚烧掉，烧不掉的堆放起来严重污染环境。近年来，科研人员研究用甘蔗渣发酵生产第二代甘蔗乙醇。里约热内卢联邦大学的科研人员则尝试用甘蔗渣生产碳纤维，变废为宝。碳纤维是一种用途广泛的高级材料，一般用石油、天然气为原料生产，且须加入许多添加剂。

里约联邦大学的科研人员研究出一种新方法，他们首先从甘蔗渣中提取木质素，经过几道工序，逐步提高木质素的含量，最终获得碳纤维物质并将其制成薄板。这种碳纤维的硬度是钢材的10倍，且耐高温并具柔软性。用甘蔗渣生产碳纤维可减少对石化原料的依赖，且可获得环境效益。

里约热内卢大学的这一科研项目目前仍处于实验室阶段，但这一技术已经显示有推广潜力。科研人员称，其成本肯定低于石化碳纤维。

这个技术从理论上讲完全行得通。碳纤维在我国也早有运用，比如碳纤维自行车，强度

好，又比较轻，还有碳纤维的钓竿等制品。但是这样的碳纤维制品价格比较昂贵，碳纤维的自行车比较便宜的也要几千块，一般民众消费不起。碳纤维也运用到了我国的航空航天上，例如，碳纤维广泛应用于天宫一号。这样的制品非常轻，肯定是有利于“上天”的。

一般的生物质原材料提纯后剩下的木质素就被当成废料直接烧掉了，还产生出许多含有二氧化硫的废气，既造成了浪费又污染环境。我国南方地区也生产甘蔗，目前我国将大量的蔗渣用来造纸。

巴西的科学家利用蔗渣来制造碳纤维就给我们提供了一种可以借鉴的思路。我国的科学家目前也在进行一种探索，就是在木质素上做文章，研究“三素分离”（纤维素、半纤维素、木质素）技术，这样将木质素制成产品，既做到了“废物利用”，又不会产生废气污染环境，可谓一举两得。

巴西发明甘蔗渣制碳纤维技术

里约热内卢联邦大学最近发明了一项新技术，可以把榨糖废料甘蔗渣转化为碳纤维材料。研究人员将蔗渣中的主要成分木质素提纯，然后通过化学添加剂改变木质素的结构，即可得到碳纤维。项目协调人韦罗妮卡·卡拉多表示，与传统技术相比，新技术原料更为廉价纯净，需要的添加剂更少，可有效降低成本。该成果目前还处在实验室阶段。

巴西是世界蔗糖和乙醇的生产大国和出口大国，每加工1吨甘蔗要产生140千克的蔗渣。目前，巴西蔗渣再利用的主要方法是燃烧发电，但无法处理如此之多的蔗渣。

二、甘蔗渣纤维素固定化木瓜蛋白酶及其应用研究

纤维素是最早用于蛋白质固定化的载体,1949年珑比eel和Ewers就曾用轻基纤维素迭氮衍生物固定了明胶和球蛋白。纤维素具有亲水、活性侧链基团较多、机械强度较好,结构疏松等性状,又有价格便宜易得等优点,可用于许多类型的固定床、流动床中.经处理的纤维素是固定化酶的良好载体.纤维素作为酶的载体,适应于酶的各种固定化方法,因而被广泛地应用于酶的固定化。其中使用最早、报告最多的是共价键结合法。纤维素经各种处理后产生的活性基团,可与酶分子中的氨基、狡基、酚基、琉基、咪哇基、叫噪基起反应,而将酶固定于载体上。1970年crook等ts1将纤维素依次用高碘酸、脉和甲醛溶液处理,形成高反应性的纤维素衍生物,在PHZ~10范围内能与酶的侧链基团形成牢固的共价键结合。并用此法固定了,胰提乳蛋白酶、胃蛋白酶、卵类粘蛋白. 用纤维素固定木瓜蛋白酶也有报告,Pe恤等[.1用对氮基苯纤维素衍生物,共价固定木瓜蛋白醉达到良好效果,固定化酶最适PH6.8~7.5,表观凡(Kr)为1.2~1.6火10一2mol/L,比溶液酶的K。“.2xl少’mol/L)小。

三、甘蔗渣脱木素后半纤维素的分离与纯化

半纤维素是植物中三大组份(纤维素、半纤维素和木素)之一,具有来源丰富,可再生等特点。我国是一个农业大国,每年都产生大量的如麦、稻、玉米等秸杆和甘蔗渣等。这些除了

作为造纸工业用原料之外,还可以利用其中的组分,如半纤维素转化为能源或化工原料及其它如食品、医药等新型材料。目前,进行此类的研究对于发展未来国民经济之急需,实现工农业可持续发展具有积极的意义。对于植物中半纤维素的应用问题,无论在基础理论的研究中或在工艺理论的研究中,往往需要先把半纤维素分离出来。由于植物纤维原料由多种组分构成,有些组分之间还有化学联接(比如半纤维素与木素之间就存在着化学键结合形成LCC结构),所以半纤维素的分离是比较复杂的[1]。要完全分离出纯净的半纤维素也是很困难的。很多研究都指出,植物纤维原料中部分木质素与部分碳水化合物(主要是半纤维素)间有化学键的联接,并形成木质素-碳水化合物复合体(LCC)。

四、甘蔗渣制备废水处理剂纤维素黄原酸酯的研究

我国是水资源短缺和污染严重的国家之一,随着环境保护运动在全球的兴起,水处理剂的研究和生产变得日益重要,开发具有世界先进水平的水处理剂已成为当务之急。人们不断地探索使用天然高分子絮凝剂来处理重金属废水,纤维素黄原酸酯(SC X)的研究就是其中之一。纤维素是分布最广的一种天然高分子物质,价格便宜,用其合成黄原酸酯作为废水处理剂具有较大的优势。本研究利用广西资源丰富的甘蔗渣为原料,根据淀粉黄原酸酯、稻草黄原酸酯、木屑黄原酸酯的研究理论,重点开发甘蔗渣纤维素黄原酸酯,为甘蔗渣的合理利用开辟了更广阔的前景。1实验原理犤1犦甘蔗渣经粉碎、过筛、洗涤后,其纤维素与一定浓度的氢氧化钠溶液碱化交联,在一定的条件下与二硫化碳进行黄化反应,经转型、洗涤、0引言干燥,可制得钠—镁型纤维素黄原酸酯。而在众多的天然植物中除了含有纤维素之外,还含有木质素、半纤维素、色素、糖分等,这些物质的存在会增加C S2的消耗量,而且影响到产品的性能。

五、甘蔗渣纤维制备羧甲基纤维素新工艺

甘蔗渣纤维制备羧甲基纤维素新工艺覃海错黄文榜孙一峰覃诚真梁福沛（广西师范大学化学化工系，５４１００４，桂林；第一作者５７岁，男，副教授）＊广西区教委资助项目收稿日期１９９７１０３０摘要在乙醇溶液中，以Ｈ２Ｏ２为氧化剂，以ＫＩ／ＮａＡｃ为催化剂，由甘蔗渣纤维制备羧甲基纤维素．产品有效成分８５％～９５％，粘度５００～８００ｍＰａ·ｓ，取代度０．６５～０．８０，氯化物＜３％．关键词羧甲基纤维素；甘蔗渣纤维；催化剂分类号Ｏ６２６我们曾经报导了由甘蔗渣经单一态氧漂白处理制备羧甲基纤维素的方法及工艺条件［１］．为了提高产品的取代度及溶解性，我们采用适当的氧化剂，使纤维素大分子先行降解以利于碱化、溶胀及活性中心的形成，并采用适当的催化剂促进其醚化反应．为此，我们进行了在乙醇溶液中，用Ｈ２Ｏ２氧化活化，以ＫＩ／ＮａＡｃ双组分为催化剂制备羧甲基纤维素工艺条件的探索．

六、甘蔗渣纤维素均相接枝制备阴离子吸附剂

目前,对于纤维素的功能改性主要有纤维素的酯化、醚化等衍生化反应和表面高分子接枝共聚反应,后者可以赋予纤维素某些新的性能,同时又不会完全破坏纤维素材料所固有的优点[1-5],成为近年来学者们研究的热点。Gupta等在纤维素表面与NIPAAm接枝共聚,制得具有温度响应的凝胶,根据其在不同温度下的凝胶的收缩程度不同,进而将其用于药物控释载体[6]。然而,在上述这些研究中,所涉及的化学介质大多都是多相反应,由于纤维素分子间的大量醇羟基形成强有力的氢键作用,使得超分子结构表现了不同的可及度,造成了多相反应只能在纤维素的表面进行,且取代度不均匀。本实验采用绿色溶剂氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)作为纤维素的溶剂,并作为反应的介质,在均相条件下将单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAE-MA)接枝到甘蔗渣纤维素表面,制备cellulose-g-P-DMAEMA,提高了反应效率。并且将其作为一种阴离子吸附剂,考察了对氟离子的吸附性能[7-11]。