如何改善全球污染问题？用可生物降解材料木质素代替化石材料

图片来源：阿尔托大学

虽然对球型木质素颗粒的研究和利用仍然是新领域，但可以批量生产几公斤。 MonikaÖsterberg教授说，这使得它可以在不同的应用中进行测试。

研究人员开发的球型木质素颗粒开辟了木质素在不同方面应用的全新可能性。

塑料污染无处不在。大量的废弃塑料漂浮在我们的海洋中。在近11公里深的马里亚纳海沟（Mariana Trench）中发现了一个塑料袋和其他废弃塑料制品，而马里亚纳海沟是世界上最深的海沟。

塑料垃圾是威胁我们地的海洋，湖泊和食物链的最大污染物之一。超过三分之一的废弃物都是由微塑料制成，颗粒尺寸小于5毫米。据估计，到2050年，海洋中的塑料垃圾将比鱼还多。我们能否有能力找到办法影响这一趋势，譬如塑料原料的化石材料是否可以用可生物降解的材料替代？

MonikaÖsterberg教授回答说：“木质素是化石材料的绝佳替代品。它是制浆生成的的副产品。纤维素是一种经常被用来讨论和研究的常见材料，但木质素并没有得到太多关注。”

进一步加工使其价值连翻十倍

Österberg是一名化学生物制品教授。他希望可以改变世界。气候变暖，化石原料的枯竭，人口增长和日益增加的废弃物问题增加了人们对可再生材料和产品的需求，而这种需求可能会导致生物方面的崩溃。

在确保资源充足和使用更有效的前提下，促进经济循环非常重要。木质素是木质纤维的粘合剂，由于热值高，可作为能量燃烧。然而，它在市场上的潜力更加广泛。同时，研究人员再加工产品的兴趣迅速增长。精制木质素的价值是烧焦木质素的十倍。

木质素为何适合做替代品？木质素来告诉你

•可部分或完全替代胶合板，硬质纤维板，刨花板和层压板中使用的酚醛树脂粘合剂

•是生物化学品和功能性涂料的原料，可改善环境变化中持久性问题等

•作为汽车和飞机中碳纤维的原材料，以及生物塑料和液体燃料生产中的材料

木质素的使用方式几乎是无限的。那么为什么市场上木质素产品这么少呢？

研究中具有挑战性的材料

Österberg说：“木质素的潜力已被研究多年。木质素是一种复杂的天然聚合物，其结构具有挑战性。因此，很难直接使用或加工成产品。”

2018年5月，由芬兰商业银行资助的为期两年的COLIAD项目（胶状木质素作粘合剂和涂料）结束。在项目期间，来自芬兰的阿尔托大学（Aalto University ）和VTT技术研究中心的研究人员在公司的支持下研究了木质素作为高度精制的生物产品的潜力，发现该产品可以大批量生产。

研究人员成功地使用一种简单的方法将木质素开发成球状胶体木质素颗粒（CLP）。颗粒的表面特征明显，尺寸均匀，而木质素的结构和组成复杂。这些颗粒尺寸约为200纳米，可以很容易地与水或其他介质混合，并且它们的表面化学性质易于塑膜，因此适用于各种应用。由于它们的生产十分简单，所以非常适合大规模生产。

该项目的第二个目标是用模具塑造出木质素颗粒，使其适用于高质量，耐用和经济的木材粘合剂和涂料应用。结果发现很有希望。研究人员发现，胶水中的苯酚可以部分地被木质素颗粒取代，同时还证明了在涂料中具有防护紫外线的巨大潜力。

然而，在该产品投放市场之前，需要更多的研究以及如何将产品商业化定制。

木质素颗粒应用广泛

在COLIAD项目中，人们已经了解了木质素颗粒的生产和成型。胶状木质素即使作为微米尺寸的小颗粒使用，仍然是新型的材料，并且仍然可以找到它的最佳应用领域。

这些球型木质素颗粒促进的新应用领域包括药物运输，水处理和生物催化剂的载体。我们在Nature Communications上发表了一篇关于这些研究的文章。目前我们的工作是将促进木质素颗粒的进一步研究和产品的商业化。这些颗粒已经可以批量生产几公斤，这使得它可以在不同的应用中进行测试。同时，这可以证明芬兰公司在全球市场上具有竞争优势，有很好的机会去创造新业务和工作。

塑料废弃物对水的污染引起了人们的极大关注。通过在包装和纺织品中增加可再生原料（例如木质素）以及通过改善这些材料的有效回收来改善污染问题。木质素颗粒为木质素的利用提供了更多选择。这就是为什么一位梦想改变世界的教授选择木质素作为她的研究领域。


文章来源于phys.org网站，由材料新闻在线团队编译，原文题目：Using lignin to replace fossil materials。