活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭做的包裝紙在土壤中的降解

　　用纖維素制成的紙作為食品包裝紙能夠保持食品的新鮮度和營養價值。把這種活性炭加纖維素制的紙作為食品包裝的潛在性能需要得到有關其自然降解能力的信息的支持。了解活性炭紙張在土壤中自然降解的能力，以確定其對環境的影響，從而支持環境可持續性，這一點很重要。因此，觀察和分析了這種紙的生物降解率，以獲得關于推薦使用納米活性炭竹紙作為包裝紙的更全面的信息。

　　活性炭食品包裝紙的制造方法

　　含有納米活性炭的紙是通過一系列過程制備的。紙由植物纖維制成，采用熱蘇打工藝通過半化學方法生產。納米活性炭是由木屑廢料在400-500℃下碳化4-5小時，然后在800℃下用水蒸氣活化70分鐘生產的。使用研磨機將所得活性炭粉碎并通過篩網過濾器過​​濾以獲得納米級。將納米活性炭按20%的比例添加到紙漿中作為添加劑，使紙的密度增加。

　　活性炭紙在土壤中的生物降解性測試

　　含活性炭和不含活性炭的纖維紙被切成3厘米x1厘米的條。這些紙在75℃下干燥48小時，干燥后的重量計算為初始干重。將紙張放入裝有堆肥土壤的塑料容器中，該土壤由農業產業生產的堆肥生活垃圾制成，濕度為45%，并用多孔蓋子蓋住。試驗組由12次重復組成，觀察12周，間隔4周(3次采樣)。采樣時間表示為T1、T2和T3。初始條件表示為T0。在取樣時，取出紙片并用軟刷清潔。土壤中生物降解試驗的描述如圖1所示。

　　圖1：活性炭紙生物降解試驗與土壤對照。

　　土壤生物降解試驗

　　土壤中的生物降解測試結果和先前的研究結果表明，活性炭的存在增加了土壤中微生物的豐度。土壤中0.4%的活性炭的存在促進了土壤中木質素分解真菌的生長和酶活性。納米活性炭的多孔結構應該被用作活微生物的場所，然后導致增強土壤中紙張的生物降解過程。因此，紙張中納米活性炭的存在提高了紙張的生物降解率。值得注意的是，含有纖維素纖維的紙由無定形和結晶區域組成，其降解以不同的速率發生。

　　在觀察結束時，與不含納米活性炭的紙張相比，含納米活性炭的紙張降解更徹底，物理結構更脆。大約50%的活性炭紙被完全降解，同時在土壤試塊生物降解試驗中只有1個纖維素紙被完全降解。觀察12周后的紙張外觀如圖2所示。但是，紙張的降解能力也受紙張類型的影響。以往對各類紙張的生物降解性的研究結果表明，不同類型的紙張在受控條件下具有不同的生物降解性。研究發現，除非改變制造工藝，否則報紙和紙巾/紙手帕更難生物降解。

　　圖2：觀察12周后的紙形態，無納米活性炭的紙(上)和含有納米活性炭的紙(下)。

　　顯微觀察

　　觀察紙的顯微觀察如圖3所示。含有納米活性炭和僅纖維素紙的表面外觀在真菌菌絲體分布方面存在差異。與原生紙相比，納米活性炭紙表面真菌菌絲的分布更廣泛。然而，微生物對紙張的生物降解率取決于真菌種類和條件。紙張表面的白色或漂白外觀可能表明存在白腐真菌，其特征在于它們能夠通過產生富含纖維素的白色材料來降解木質纖維素成分。

　　圖3：紙表面的顯微外觀(50倍放大)，(A)在生物降解測試前帶有納米活性炭/纖維素紙;(BC)經生物降解試驗后的納米活性炭/纖維素紙;(D)纖維素紙僅在生物降解試驗之前;(EF)纖維素紙僅經過生物降解測試。黃色狹窄對應于來自土壤的真菌菌絲體，插入的圖像放大250倍。

　　活性炭做的包裝紙在土壤中的降解中發現，已經觀察到活性炭對纖維素紙的影響。活性炭的存在增加了從土壤試塊過程中的最終干重看出的紙張降解率。活性炭在觀察前2周的效果顯示紙張表面微生物密度略高。總的來說，活性炭的加入略微提高了紙張的生物降解率，更環保。

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