1．前言

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們生活水平的提高，城市廢棄植物纖維材料的處理將會成為一個嚴(yán)重的問題，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物種類繁多，數(shù)量巨大，而且隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和農(nóng)民生產(chǎn)水平的提高，對原來用作燃料和肥料的農(nóng)業(yè)廢棄物的利用越來越少，農(nóng)業(yè)廢棄物越來越多。這些廢棄物如不經(jīng)妥善處理排入環(huán)境，將會嚴(yán)重污染環(huán)境。同時資源的再循環(huán)、再利用和再制造變得越來越重要。從保護自然資源、節(jié)省能源和保護環(huán)境，特別是從材料科學(xué)的角度來看，材料和環(huán)境有著密切聯(lián)系和相互作用的關(guān)系，材料是否具有良好的“環(huán)境協(xié)調(diào)性”，具體表現(xiàn)在無污染、廢物量減少、可循環(huán)使用、節(jié)約能源、節(jié)省資源等等。因此，如何充分有效地處理并利用廢棄植物纖維，合理利用農(nóng)業(yè)資源，防治農(nóng)業(yè)污染，改善環(huán)境，使這一課題研究具有十分重要的意義。

近年來，國內(nèi)外農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用技術(shù)和相關(guān)的研究項目有了較大的發(fā)展，農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用正在進入科學(xué)化的新階段。合理利用和推廣這些技術(shù)，必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。

2．廢棄植物纖維資源化利用現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)廢棄物多種多樣，但按其成份，主要包括植物纖維性廢棄物（農(nóng)作物秸稈、谷殼、果殼及甘蔗渣等農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物）和畜禽糞便兩大類。城市廢棄植物纖維材料包括廢棄術(shù)質(zhì)材料和廢紙兩大類。廢棄木質(zhì)材料(包括術(shù)質(zhì)人造板)指從木材采伐開始，如第一次、第二次木材加工業(yè)產(chǎn)出的廢術(shù)質(zhì)材料，運輸、包裝等行業(yè)廢棄的術(shù)質(zhì)材料；建筑、土木工程等所產(chǎn)生的毀壞及無用術(shù)質(zhì)材料；家庭更新?lián)Q代的木制品(fq、窗、家具等)等等；廢紙包括各類紙張和紙板。

目前，植物纖維在微波作用下司以有效地液化，反應(yīng)時間也顯著縮短，即使是結(jié)晶度較高的纖維素也可充分降解；固體酸催化劑有較高的催化活性和選擇性，而且可以循環(huán)利用；離子液體能使液化反應(yīng)在近似均相的反應(yīng)體系中進行，能高效地溶解纖維素、木質(zhì)素和半纖維素，提高液化效率。農(nóng)業(yè)廢棄植物纖維的資源化利用主要有廢物還田、加工飼料、固化炭化、氣化、制復(fù)合材料、制化學(xué)品等。

2.1植物纖維性廢棄物資源化利用及相應(yīng)的技術(shù)

2.1.1 植物纖維預(yù)處理方法

植物纖維的預(yù)處理主要作用就是對細胞壁包覆結(jié)構(gòu)的破壞，同時降低纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素之間的結(jié)合力，增加其與降解過程中的化學(xué)試劑或者微生物

以及酶的接觸面積，從而達到增大其降解效率的目的。根據(jù)不同的預(yù)處理手段，可以將預(yù)處理方法分為化學(xué)法、物理法和生物法。

2.1.1.1 化學(xué)法

化學(xué)法降解是指植物纖維在化學(xué)溶劑、催化劑等的存在下在一定溫度、壓力下降解為液態(tài)材料的降解方法，植物纖維的降解主要分為高壓降解和常壓降解兩種。

(1)臭氧法。臭氧法是利用臭氧將植物纖維原料中的木質(zhì)素和半纖維素氧化分解成小分子。小分子產(chǎn)有利于生物降解中的微生物繁殖，處理剩余產(chǎn)物相對較

純，便于利用；不過臭氧的能耗較高，需防止泄露。

(2)酸處理。酸處理就是將纖維素原料用稀酸在106～110℃ 條件下處理幾個小時，處理后半纖維素水解成單糖進入水溶液，木質(zhì)素量不變，纖維素聚合度下降。由于半纖維素的主要組成是木糖，因此稀酸處理所得產(chǎn)物主要含有木糖。

(3)堿處理。堿處理是指用熱的或者冷的堿液(NaOH 或液氨)對纖維素原料的處理。通過對植物纖維的特點分析可知，堿處理可以有效降低植物纖維中的半纖維素和木質(zhì)素，并部分降解纖維素。

化學(xué)法能較為明顯地提高植物纖維的反應(yīng)活性，提高降解效率；但由于其處理過程中使用化學(xué)試劑，對設(shè)備防腐要求較高，并且脫除了植物纖維中的一部分組成，不利于材料的充分利用，酸堿的加入使其預(yù)處理產(chǎn)物的進一步降解方法受到了限制，只適合于化學(xué)法降解。

2.1.1.2 物理法

物理預(yù)處理法包括機械粉碎、微波、超聲波、高能輻射、汽爆等方法。物理處理方法處理過程中不會造成原料損失，通常不用添加其他化學(xué)試劑，對環(huán)境沒有污染，處理后產(chǎn)物能適用于各種降解方法；但物理處理方法也存在能耗高、設(shè)備費用高等缺點。

2.1.1.3生物法

生物法是通過白腐菌等微生物對植物纖維進行預(yù)處理，經(jīng)過處理后，通常植物纖維中的木質(zhì)素得到有效降解，同時纖維素和半纖維素也得到不同程度的降解。植物纖維主要是微生物在酶的作用下的降解 。產(chǎn)物可用作燃料以替代傳統(tǒng)燃料，植物纖維的生物降解主要包括微生物種類和相應(yīng)酶的篩選。生物法即酶水解由于其降解過程中不產(chǎn)生任何污染物，具有綠色環(huán)保的特點，被認(rèn)為是很有前景的降解工藝。生物法水解中催化水解纖維素生成葡萄糖需要多種水解酶。酶解糖化工藝中酶的消耗量大，而纖維素酶的合成需要不溶性纖維素誘導(dǎo)，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低。

纖維素酶水解工藝中幾個關(guān)鍵的問題包括酶的解吸附、不同酶的協(xié)同作用、酶的產(chǎn)物抑制的消除、高產(chǎn)纖維素酶的菌種選育和高活力與熱穩(wěn)定性酶的生產(chǎn)及酶水解工藝，這些都是未來的研究重點。生物處理法具有能耗低、條件溫和等優(yōu)點；但由于微生物的作用周期長，造成生產(chǎn)周期長，不利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2廢棄植物纖維的資源化利用

2.2.1廢物還田

秸稈等植物纖維性廢棄物退還土壤后，可以大量補充和更新土壤有機質(zhì)，提供豐富的氮、磷、鉀、硅等元素。同時，農(nóng)作物秸稈中含有大量的木質(zhì)素和纖維素，腐爛分解后可使土壤腐殖質(zhì)增加，孔隙度提高，通氣透水，理化性狀大為改善。秸稈等植物纖維性廢棄物還田的方法主要有整株還田、根茬粉碎還田和傳統(tǒng)漚肥還田三種方法。

2.2.2飼料化利用

植物纖維性廢棄物往往因其營養(yǎng)價值低或可消化性低，不能直接用作飼料。但如果將它們適當(dāng)處理，即可大大改善其營養(yǎng)價值和可消化性。具體處理方法一般有以下幾種：

（1）微生物處理技術(shù)：農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物中的成分一般都能被微生物分解作用，加到動物飼料中可大大提高飼料效果。微生物處理技術(shù)就是指應(yīng)用微生物工業(yè)技術(shù)，采用生物工程手段，將秸稈、木屑等農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物加工變?yōu)槲⑸锏鞍桩a(chǎn)品，其應(yīng)用的微生物包括細菌、酵母菌及微型藻類，發(fā)酵主要有液體發(fā)酵和固體發(fā)酵兩種方式。

（2）青貯法：青貯主要是利用自然的乳酸在厭氧條件下對青綠秸稈進行發(fā)酵處理。通過青貯處理可以使原來粗硬的秸稈變軟熟化，增加原料的營養(yǎng)價值和可消化率。青貯的形式主要有壕貯、窯貯和塔貯，目前普遍采用青貯壕，此種方法取料方便、造價低。

（3）氨化法：氨化法主要是用液氨或尿素、碳氨的水溶液對切碎的秸稈等廢物進行氨化處理，改善原料適口性和營養(yǎng)價值。

（4）熱噴法：熱噴技術(shù)是年代興起的一項新技術(shù)。農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)蒸汽處理后，進行增壓、突然減壓、熱噴處理。原料受到熱效應(yīng)和噴放機械效應(yīng)兩個方面的作用后，改變了結(jié)構(gòu)，提高了消化率。

2.2.3氣化利用

氣化是指含炭物質(zhì)在有限供氧條件下產(chǎn)生可燃氣體的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化。氣化后的可燃氣體可作為鍋爐燃料與煤混燃，也可作為 管道氣為城鄉(xiāng)居民集中供氣；將氣化后的可燃氣經(jīng)過凈化除塵與內(nèi)燃機連用，取代汽油或柴油，實現(xiàn)能量系統(tǒng)的高效利用；氣化后的可燃氣還可進行氣化發(fā)電，氣化發(fā)電技術(shù)可以在較小規(guī)模實現(xiàn)較高的利用率，并能提高能源的檔次，所以，氣化發(fā)電是一個重要的發(fā)展方向。

植物纖維的轉(zhuǎn)化和利用主要是酸水解、酶水解和微生物發(fā)酵。有研究表明，利用稻草等植物纖維水解、發(fā)酵制取乙醇等多羥基化合物具有廣闊的發(fā)展前景。植物纖維還可用于發(fā)電，例如我國利用甘蔗渣發(fā)電能力已達170~10kW。利用植物纖維發(fā)電需要應(yīng)用生物質(zhì)可燃氣發(fā)生裝置，將傳統(tǒng)棉稈、秸稈等植物纖維輸送到燃氣發(fā)生爐中，在高溫缺氧環(huán)境下分解產(chǎn)生可燃氣體，得到的氣體經(jīng)處理后直接輸入燃氣發(fā)電機中產(chǎn)生電能。如德國最早利用秸稈發(fā)電的Thuringian鎮(zhèn)電站每年可處理3000噸秸稈，我國目前在海南建設(shè)了1.2MW示范電站，該電站是我國及亞洲最大的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)，整體水平達到國際先進水平。

2.2.4固化、炭化利用

固化、炭化技術(shù)是將松散的植物纖維性廢棄物原料壓制成棒（塊）狀，放入炭化設(shè)備中炭化后制成生物質(zhì)炭，其質(zhì)量能可達3.16~3.36kJ/kg。如河北生產(chǎn)的DJ-A型秸稈粉碎、成型、炭化設(shè)備，每套年可處理900噸秸稈，可生產(chǎn)300噸成型炭、15噸焦油。

2.2.5制備復(fù)合材料

植物纖維復(fù)合材料是一種新型的綠色環(huán)保型復(fù)合材料。在國外，植物纖維復(fù)合材料己被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、建筑業(yè)、運輸業(yè)、航空業(yè)。以椰纖維為例，該纖維是一種長纖維，具有多細胞附聚結(jié)構(gòu)，除具有優(yōu)良的力學(xué)性能外，耐濕、耐熱和隔音性能也較好，既能作為增強體替代合成纖維用于結(jié)構(gòu)材料中，也能作為熱固性和熱塑性樹脂、橡膠、水泥等的增強材料。木纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用在建筑工程中，例如復(fù)合門窗框、扶梯、軟質(zhì)百葉窗。近年來，國外已把木纖維復(fù)合材料應(yīng)用到鐵路枕木上。

植物纖維填充改性塑料的原料，理論上任何植物纖維均可用于塑料的改性，但從實用角度來看主要是木纖維如廢木屑、刨花、鋸末，竹纖維如竹制品加工廠的下角料以及大量的農(nóng)作物纖維如稻稈、花生殼、椰子殼、甘蔗、亞麻、黃麻、蘆葦?shù)戎参锢w維。植物纖維填充改性聚氯乙烯，并且用經(jīng)過處理的植物纖維填料來填充改性聚氯乙烯，大多數(shù)情況下材料的力學(xué)性能得到了提高。植物纖維填充改性聚乙烯。

利用農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物可生產(chǎn)紙板、人造纖維板、輕質(zhì)建材板等包裝和建筑裝飾復(fù)合材料。如以硅酸鹽水泥為基體材料，玉米稈、麥稈等農(nóng)業(yè)廢棄物（經(jīng)表面處理劑處理后）作為增強材料，再加入粉煤灰等填充料后可制成植物纖維水泥復(fù)合板，產(chǎn)品成本低，保溫、隔音性能好：農(nóng)作物秸稈纖維水泥基復(fù)合材料是一種新型的綠色環(huán)保建材產(chǎn)品，密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)我國墻體改革及住宅產(chǎn)業(yè)化要求的產(chǎn)物；以石膏為基體材料，農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物為增強材料，可生產(chǎn)出植物纖維增強石膏板，產(chǎn)品具有吸音、隔熱、透氣等特性，是一種較好的裝飾材料。另外，以秸稈、稻殼、甘蔗渣等農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物為原料，通過粉碎，加入適量無毒成型劑、粘合劑、耐水劑和填充料等助劑經(jīng)攪拌捏合后成型制成可降解快餐具，以替代一次性泡沫塑料餐具；以農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物為原料還可制成可降解植物纖維素薄膜，替代不可降解性塑料薄膜。植物纖維多層無鋼建筑，其纖維建筑及建筑構(gòu)件具有的低碳、生態(tài)、節(jié)能特。檀物纖維糞發(fā)泡材科

對農(nóng)作物秸稈進行加工處理．制成植物纖維增強石膏墻體材料．可得到經(jīng)濟和環(huán)保的雙重收益ll2]隨著我國墻體材料革新工作的不斷深入．人們已普遍認(rèn)識到節(jié)能、節(jié)土、利廢、環(huán)保工作的重要性。因此．各種以節(jié)能利廢為出發(fā)點的新型墻體材料應(yīng)運而生 植物纖維增強石膏復(fù)合板就是其中之一．植物纖維增強石膏復(fù)合板是以半水石膏、農(nóng)作物纖維秸稈、工業(yè)廢渣為原料．經(jīng)半干法壓制成型的新型墻體板材，玉米秸稈纖維發(fā)泡材料、農(nóng)業(yè)廢棄植物纖維襯墊等。

2.2.6制備化學(xué)品技術(shù)

以農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物為原料制取化學(xué)制品，也是綜合利用農(nóng)業(yè)廢棄物、提高其附加值的有效方法。如甘蔗渣、玉米芯、稻殼等含有1/3～1/4的多縮戊糖，經(jīng)水解可制得木糖；甘糖醇渣、木糖醇渣、玉米芯、稻殼、果殼等經(jīng)過炭化、活化后可制成性能很好的活性炭；稻殼可作為生產(chǎn)白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；秸稈、稻殼經(jīng)炭化后可作為鋼鐵冶金行業(yè)金屬液面的新型保溫材料；麥草經(jīng)常壓水解、溶劑萃取反應(yīng)后可制得糖醛，水解后的固相殘渣還可造紙。另外，用甘蔗渣、玉米渣皮等可以制取膳食纖維。

2.2.7其他

根據(jù)植物纖維資源的種類，其在紡織、制漿造紙、化工、食品開發(fā)、綠色包裝、農(nóng)業(yè)等方面都可以合理利用。

利用農(nóng)作物秸稈、棉籽皮、樹枝葉等廢棄物按一定比例粉碎混合可用來栽培食用菌，栽培效果好，栽培出的食用菌營養(yǎng)價值高。

植物纖維原料液化是一種高效的植物資源綜合利用的方法。它是在適當(dāng)?shù)娜軇┖痛呋瘎┳饔孟拢瑢⒅参锢w維原料轉(zhuǎn)化為液體的熱化學(xué)過程。液化產(chǎn)物可作為燃料，也可用于制造膠粘劑、模塑材料、發(fā)泡體等高分子材料。這些材料通常具有生物降解性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物還可作為治理污染的材料，如美國密西西比州的一家叫ERT的公司開發(fā)了利用棉籽加工廢棄物清潔油污地面的方法；甘蔗渣經(jīng)化學(xué)改性后可迅速吸附廢水中的酸性物質(zhì)；利用棉稈皮、棉鈴殼等含有酚式羥基化學(xué)成分的廢棄物經(jīng)過簡單的化學(xué)處理后，可制成聚合陽離子交換樹脂，對重金屬有明顯的吸收作用。

以作物秸稈和瓦楞紙(回收紙箱)作為纖維素的主要來源，采用自由基聚合反應(yīng)，將纖維素與丙烯酸及其鈉鹽進行接枝共聚，所得接枝共聚物用氨水中和，得到含氮的吸水保水劑

此外，以畜禽糞便、秸稈等農(nóng)業(yè)廢物為原料，經(jīng)厭氧發(fā)酵可以產(chǎn)生以CH4為重要成分的沼氣，可作為燃料；沼液可以直接肥田，沼渣可以用來養(yǎng)魚，形成養(yǎng)殖與種植和漁業(yè)緊密結(jié)合的物質(zhì)循環(huán)的生態(tài)模式。

3.結(jié)束語

相比發(fā)達國家，我國對于廢棄物的在利用的研究以及進展還有很大的距離，但總的來說我國植物纖維資源的開發(fā)利用目前呈現(xiàn)良好勢頭。當(dāng)今全球石油資源面臨枯竭，原油價格波動劇烈，導(dǎo)致化學(xué)纖維價格過度波動。在這種形勢下，必須加快我國新型植物纖維的開發(fā)與應(yīng)用，推動植物纖維多功能利用和技術(shù)更新?lián)Q代，實現(xiàn)資源可回收，再利用，多次利用的資源節(jié)約型社會。

目前整個外部環(huán)境對廢棄物的資源化利用技術(shù)的研究和推廣非常有利。本著“珍惜資源，有用勿棄”的原則，今后應(yīng)開展更深入的控制和研究，從環(huán)保的角度出發(fā)，開發(fā)出更經(jīng)濟、簡便的工藝技術(shù)，并且考慮有機地組合幾種方法，形成一種多層次多途徑的綜合利用方式，以實現(xiàn)“零排放”利用，使經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益最大限度地統(tǒng)一，促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定協(xié)調(diào)地發(fā)展。