一种采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜，以有机酸为溶剂，采用一步法溶解植物源餐厨垃圾废料中的生物质高分子，并将植物源餐厨垃圾中的矿物质元素引入制备获得，本发明专利技术还公开了上述植物源餐厨垃圾料薄膜在调控纤维素类薄膜力学性能方面的应用。尤其是对纤维素薄膜增塑作用方面的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜及其应用
本专利技术属于生物塑料薄膜
，具体涉及一种采用植物源餐厨垃圾获得制备的生物塑料薄膜及其应用。
技术介绍
塑料在生产生活中具有十分广泛的应用。然而，人类在享受塑料制品带来便利的同时塑料废弃物对生态环境也带来了严重的破坏，据研究发现，海盐、贝类、鱼类等日常消费产品均已发现有塑料微粒的存在。此外，随着全球人口数量的快速增长、石油等不可再生能源的过度消耗，研发以“绿色、环保、易降解”著称的生物基塑料尤为重要。另一方面，由于垃圾填埋场的寿命缩短，同时新的填埋场的开放空间有限，垃圾分类后再利用成为必然选择，我国于2019年强制居民实行垃圾分类政策。据统计，我国每天产生的生活垃圾总量约为100万吨，在生活垃圾中，45％为厨余垃圾，24％为塑料垃圾，7％为纸张以及6％的其他垃圾。其中，厨余垃圾在生活垃圾中占比最大。目前，国内对餐厨垃圾的利用方式主要如下：通过对厨余垃圾消毒、灭菌等工序处理制备高蛋白饲料；利用厨余垃圾分离后的粗油脂进入焚烧炉助燃发电；焚烧厨余垃圾产生的热能转化为电能。但目前厨余垃圾的后续加工利用方式比较有限。植物源餐厨垃圾废料是厨余垃圾的主要成分，且植物源餐厨垃圾废料主要是蔬菜和果皮，其植物纤维素和矿物质含量较高。因此，由植物源餐厨垃圾废料制备可降解生物塑料不仅可以提高对厨余垃圾的附加利用价值，还可以减少塑料废品的数量，以减少对环境的污染，具有较大经济和社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用植物源餐厨垃圾获得制备的生物塑料薄膜，该生物塑料薄膜采用一步法溶解植物源餐厨垃圾中的纤维素、木质素等生物质高分子，并将植物源餐厨垃圾中的矿物质元素引入制备获得生物塑料薄膜。本专利技术的目的还在于提供上述生物塑料薄膜在调控纤维素类薄膜力学性能方面的应用，尤其是对纤维素薄膜增塑作用方面的应用。本专利技术的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜，以有机酸为溶剂，采用一步法溶解植物源餐厨垃圾废料中的生物质高分子，并将植物源餐厨垃圾中的矿物质元素引入制备获得，具体通过以下方法制备获得：(1)选取植物源餐厨垃圾废料，清洗后干燥并粉碎，得植物源餐厨垃圾废料粉末；(2)在植物源餐厨垃圾废料粉末中加入有机酸，然后密封浸泡，植物源餐厨垃圾废料在有机酸溶剂中形成粘性溶液；(3)将粘性溶液过滤，取滤液置于基板上，然后在通风条件下蒸发掉有机酸，接着在湿度环境中保持后，在基板上形成含有矿物质元素的生物塑料薄膜。在上述采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜中：优选的，步骤(1)中所述的植物源餐厨垃圾废料包括四季豆、韭菜、芹菜、菠菜、苹果皮和香蕉皮中的一种或几种。优选的，步骤(1)中干燥为入60℃的烘箱中干燥4～7个小时，更佳为6小时。优选的，步骤(2)中所述的有机酸为醋酸、三氟乙酸、乙二胺四乙酸和甲酸中一种或者两种，更佳为三氟乙酸。在海洋中存在超2亿吨的三氟乙酸(TFA)是天然存在的有机酸。据研究发现，三氟乙酸可以在有氧且无硫或缺氧的条件下被微生物降解。同时，三氟乙酸是一种良好的溶剂，可有效溶解蛋白质，在-15℃至78℃之间为挥发性液体。当使用三氟乙酸对植物纤维素提取时，三氟乙酸在常温下的易挥发性有利于溶剂与植物纤维素分离。挥发的三氟乙酸可蒸馏回收，以减少对环境的伤害。当使用三氟乙酸对纤维素进行溶解时，纤维素的形态没有发生太大的变化，且可以使得纤维素快速的结晶。优选的，步骤(2)中所述植物源餐厨垃圾废料粉末与所述有机酸的用量关系为1g：10mL～50mL。更佳为1g：10mL～30mL。优选的，步骤(2)中密封浸泡时间为3～14天。更佳为3天。优选的，步骤(3)中在湿度环境中保持以去除生物塑料薄膜中的有机酸。更佳的，湿度为60％保持2天。对于湿度条件和保持时间没有太大的限制，只要可以成膜并去除能去除生物塑料薄膜中残留的有机酸即可。优选的，步骤(3)中的基板为常规基板，只要在基板表面可以形成生物膜即可，比如聚四氟乙烯板等。优选的，步骤(3)中所述生物塑料薄膜具有囊泡结构。优选的，步骤(3)中所述矿物质元素包括钙元素、镁元素、磷元素和钾元素。本专利技术的上述第二个目的可以通过以下技术方案来实现：上述的生物塑料薄膜在调控纤维素类薄膜力学性能方面的应用。本专利技术中的生物塑料薄膜可在极大范围内调控纤维素类薄膜的力学性能(如抗拉强度、断裂伸长率和杨氏模量等)。进一步的，所述调控纤维素类薄膜力学性能方面的应用是指对纤维素薄膜增塑作用方面的应用。本专利技术通过有机酸从植物源餐厨垃圾废料中提取生物质制备生物塑料薄膜还未见报道，本专利技术以植物源餐厨垃圾为模型，首次采用有机酸为溶剂，一步法溶解植物源餐厨垃圾废料中的纤维素、木质素等生物质高分子制备生物塑料薄膜，并将植物源餐厨垃圾中的矿物质元素引入生物薄膜中，以增加生物塑料薄膜后续的开发利用。并进一步分析表征了采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜的结构和形貌特征，对生物塑料薄膜中的矿物质元素的确定性、存在形式及晶体结构进行探究和分析。最后，通过对生物塑料的力学性能的探讨，得到具备不同机械性能的生物塑料薄膜，扩展生物塑料薄膜的应用途径。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术以植物源餐厨垃圾为模型，采用有机酸为溶剂，一步法将其浸泡溶解制备生物塑料薄膜。(2)本专利技术生物塑料薄膜中存在纤维素和木质素，使用有机酸提取的纤维素以不规则条纹状孔道分布在薄膜的断面；(3)与MCC生物塑料薄膜相比，本专利技术生物塑料薄膜中存在微量矿物质元素，并主要以Ca3(PO4)2，KBr，MgO和MgCO3的形式存在；(4)本专利技术生物塑料可以在极大尺度内调控强极性生物膜材的性能，具有显著的增塑作用；在后续的研究中，可有效地对生物塑料薄膜的机械性能进行调控，使其满足不同应用需求，以部分替代塑料制品的使用。附图说明图1是实施例5中MCC和四季豆生物薄膜的FT-IR图谱；图2是实施例5中MCC和四季豆生物塑料薄膜的SEM图像，其中图(a)和图(c)分别为MCC生物塑料薄膜的表面和横截面SEM图像；图(b)和图(d)分别为四季豆纤维素生物塑料薄膜的表面和横截面SEM图像；图3是实施例5中MCC和四季豆生物塑料薄膜的表面及三维AFM形貌图，其中图(a)是MCC的表面图，图(b)是四季豆生物塑料薄膜的表面图，图(c)是MCC的三维AFM形貌图，图(d)是四季豆生物塑料薄膜的的三维AFM形貌图；图4是实施例5中用XPS能谱测定MCC生物塑料薄膜和四季豆生物塑料薄膜的元素峰，(a)图是MCC生物塑料薄膜的C1s图，(b)图是MCC生物塑料薄膜的O1s图，(c)图是四季豆生物薄膜的C1s，(d)图是四季豆生物薄膜的K2p图，(e)图是四季豆生物薄膜的O1s图，(f)图是四季豆生物薄膜的CaP3/2、CaP1/2图，(g)图是四季豆生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜，其特征是以有机酸为溶剂，采用一步法溶解植物源餐厨垃圾废料中的生物质高分子，并将植物源餐厨垃圾中的矿物质元素引入制备获得，具体通过以下方法制备获得：/n(1)选取植物源餐厨垃圾废料，清洗后干燥并粉碎，得植物源餐厨垃圾废料粉末；/n(2)在植物源餐厨垃圾废料粉末中加入有机酸，然后密封浸泡，植物源餐厨垃圾废料在有机酸溶剂中形成粘性溶液；/n(3)将粘性溶液过滤，取滤液置于基板上，然后在通风条件下蒸发掉有机酸，接着在湿度环境中保持后，在基板上形成含有矿物质元素的生物塑料薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜，其特征是以有机酸为溶剂，采用一步法溶解植物源餐厨垃圾废料中的生物质高分子，并将植物源餐厨垃圾中的矿物质元素引入制备获得，具体通过以下方法制备获得：
(1)选取植物源餐厨垃圾废料，清洗后干燥并粉碎，得植物源餐厨垃圾废料粉末；
(2)在植物源餐厨垃圾废料粉末中加入有机酸，然后密封浸泡，植物源餐厨垃圾废料在有机酸溶剂中形成粘性溶液；
(3)将粘性溶液过滤，取滤液置于基板上，然后在通风条件下蒸发掉有机酸，接着在湿度环境中保持后，在基板上形成含有矿物质元素的生物塑料薄膜。


2.根据权利要求1中所述的采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜，其特征是：步骤(1)中所述的植物源餐厨垃圾废料包括四季豆、韭菜、芹菜、菠菜、苹果皮和香蕉皮中的一种或几种。


3.根据权利要求1中所述的采用植物源餐厨垃圾制备的生物塑料薄膜，其特征是：步骤(2)中所述的有机酸为醋酸、三氟乙酸、乙二胺四乙酸和甲酸中一种或者两种。


4.根据权利要求1中所述的采用植物源...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖乃玉，曾绮颖，张雪琴，罗文翰，钟乐，翟万京，黄中爱，曾丽梅，
申请(专利权)人：仲恺农业工程学院，
类型：发明
国别省市：广东;44