活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭做的包装纸在土壤中的降解

　　用纤维素制成的纸作为食品包装纸能够保持食品的新鲜度和营养价值。把这种活性炭加纤维素制的纸作为食品包装的潜在性能需要得到有关其自然降解能力的信息的支持。了解活性炭纸张在土壤中自然降解的能力，以确定其对环境的影响，从而支持环境可持续性，这一点很重要。因此，观察和分析了这种纸的生物降解率，以获得关于推荐使用纳米活性炭竹纸作为包装纸的更全面的信息。

　　活性炭食品包装纸的制造方法

　　含有纳米活性炭的纸是通过一系列过程制备的。纸由植物纤维制成，采用热苏打工艺通过半化学方法生产。纳米活性炭是由木屑废料在400-500℃下碳化4-5小时，然后在800℃下用水蒸气活化70分钟生产的。使用研磨机将所得活性炭粉碎并通过筛网过滤器过​​滤以获得纳米级。将纳米活性炭按20%的比例添加到纸浆中作为添加剂，使纸的密度增加。

　　活性炭纸在土壤中的生物降解性测试

　　含活性炭和不含活性炭的纤维纸被切成3厘米x1厘米的条。这些纸在75℃下干燥48小时，干燥后的重量计算为初始干重。将纸张放入装有堆肥土壤的塑料容器中，该土壤由农业产业生产的堆肥生活垃圾制成，湿度为45%，并用多孔盖子盖住。试验组由12次重复组成，观察12周，间隔4周(3次采样)。采样时间表示为T1、T2和T3。初始条件表示为T0。在取样时，取出纸片并用软刷清洁。土壤中生物降解试验的描述如图1所示。

　　图1：活性炭纸生物降解试验与土壤对照。

　　土壤生物降解试验

　　土壤中的生物降解测试结果和先前的研究结果表明，活性炭的存在增加了土壤中微生物的丰度。土壤中0.4%的活性炭的存在促进了土壤中木质素分解真菌的生长和酶活性。纳米活性炭的多孔结构应该被用作活微生物的场所，然后导致增强土壤中纸张的生物降解过程。因此，纸张中纳米活性炭的存在提高了纸张的生物降解率。值得注意的是，含有纤维素纤维的纸由无定形和结晶区域组成，其降解以不同的速率发生。

　　在观察结束时，与不含纳米活性炭的纸张相比，含纳米活性炭的纸张降解更彻底，物理结构更脆。大约50%的活性炭纸被完全降解，同时在土壤试块生物降解试验中只有1个纤维素纸被完全降解。观察12周后的纸张外观如图2所示。但是，纸张的降解能力也受纸张类型的影响。以往对各类纸张的生物降解性的研究结果表明，不同类型的纸张在受控条件下具有不同的生物降解性。研究发现，除非改变制造工艺，否则报纸和纸巾/纸手帕更难生物降解。

　　图2：观察12周后的纸形态，无纳米活性炭的纸(上)和含有纳米活性炭的纸(下)。

　　显微观察

　　观察纸的显微观察如图3所示。含有纳米活性炭和仅纤维素纸的表面外观在真菌菌丝体分布方面存在差异。与原生纸相比，纳米活性炭纸表面真菌菌丝的分布更广泛。然而，微生物对纸张的生物降解率取决于真菌种类和条件。纸张表面的白色或漂白外观可能表明存在白腐真菌，其特征在于它们能够通过产生富含纤维素的白色材料来降解木质纤维素成分。

　　图3：纸表面的显微外观(50倍放大)，(A)在生物降解测试前带有纳米活性炭/纤维素纸;(BC)经生物降解试验后的纳米活性炭/纤维素纸;(D)纤维素纸仅在生物降解试验之前;(EF)纤维素纸仅经过生物降解测试。黄色狭窄对应于来自土壤的真菌菌丝体，插入的图像放大250倍。

　　活性炭做的包装纸在土壤中的降解中发现，已经观察到活性炭对纤维素纸的影响。活性炭的存在增加了从土壤试块过程中的最终干重看出的纸张降解率。活性炭在观察前2周的效果显示纸张表面微生物密度略高。总的来说，活性炭的加入略微提高了纸张的生物降解率，更环保。

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