竹廢棄物的資源化利用研究進展

辜夕容，鄧雪梅，劉穎旎，曾清蘋，吳雪蓮，倪亞蘭，劉雪嬌，武　濤，方鵬毅，王　博，吳沁真（西南大學資源環(huán)境學院，重慶400716）

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竹廢棄物的資源化利用研究進展

辜夕容，鄧雪梅，劉穎旎，曾清蘋，吳雪蓮，倪亞蘭，劉雪嬌，武濤，方鵬毅，王博，吳沁真
（西南大學資源環(huán)境學院，重慶400716）

摘要：竹是中國重要森林資源，利用過程中約有60%～70%的廢棄物產(chǎn)生，造成資源的極大浪費。竹廢棄物中約含65%的纖維素類物質(zhì)、23%的木質(zhì)素以及其他營養(yǎng)成分或功能性成分，可直接利用、傳統(tǒng)加工利用和工業(yè)化利用，主要產(chǎn)物有材料、生物質(zhì)燃料、竹炭、竹醋液、藥品或保健品、食用菌、肥料、飼料等。今后需加強原料的搜集與預處理、纖維素與木質(zhì)素等主要成分的充分利用、功能性成分的產(chǎn)品研發(fā)、專用設備研發(fā)、加工工藝和技術改進、提高產(chǎn)品附加值、精深加工產(chǎn)品研發(fā)等方面工作，以利于竹廢棄物資源化利用的產(chǎn)業(yè)化，真正實現(xiàn)竹資源的“零”剩余，全面提升竹的價值和功能。

關鍵詞：生物質(zhì)，工程，環(huán)境保護；竹；廢棄物；資源化利用

辜夕容，鄧雪梅，劉穎旎，曾清蘋，吳雪蓮，倪亞蘭，劉雪嬌，武濤，方鵬毅，王博，吳沁真.竹廢棄物的資源化利用研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（01）：236-242.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.033 http://www.tcsae.org Gu Xirong, Deng Xuemei, Liu Yingni, Zeng Qingping, Wu Xuelian, Ni Yalan, Liu Xuejiao, Wu Tao, Fang Pengyi, Wang Bo, Wu Qinzhen.Review on comprehensive utilization of bamboo residues [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering（Transactions of the CSAE）, 2016, 32（01）: 236-242.（in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.033 http://www.tcsae.org

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0　引言

竹是森林資源之一，在中國素有“第二森林”之美稱。全世界竹類植物約有70多屬1 200多種，主要分布在熱帶及亞熱帶地區(qū)，少數(shù)竹類分布在溫帶和寒帶。中國竹林面積達到720萬hm2，約占世界總量的30%，種類、面積、蓄積、產(chǎn)量均居世界之首[1]。目前，中國已構(gòu)建了從資源培育、加工利用到出口貿(mào)易各環(huán)節(jié)較為完善的竹產(chǎn)業(yè)體系，使竹產(chǎn)業(yè)成為帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、增加農(nóng)民收入、促進生態(tài)環(huán)境保護的新興產(chǎn)業(yè)和生態(tài)產(chǎn)業(yè)。

竹用途廣泛，常是木材的替代和補充材料，用于建筑、造紙、家具和工藝品制造等，有的竹筍還是膳食材料，可鮮食或加工。然而，在這些產(chǎn)業(yè)中，利用的多是竹稈或筍肉部分，竹材利用率始終徘徊在35%～40%左右，就原竹而言，則只利用12%，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量低價值廢材[2]；竹筍的利用率也僅在30%左右。而竹枝、竹葉、筍殼以及加工后的下腳料和碎屑等作為廢棄物被隨意丟置于路邊或溝旁，腐爛霉變，或直接掩埋和焚燒；即使利用，方式也比較初級，技術含量低。這不僅造成環(huán)境污染，還是對竹資源的極大浪費。如福建省寧化縣治平鄉(xiāng)，人口不足1.5萬，但其鄉(xiāng)鎮(zhèn)竹業(yè)加工廠每月都會產(chǎn)生竹屑、竹尾等加工剩余物約100多t，不但占據(jù)廠區(qū)空間，還得雇工人清理焚燒[3]，不只增加處理成本，還浪費竹資源，污染生態(tài)環(huán)境。在中國森林資源日益減少的情況下，如何充分有效地利用這些廢棄物，實現(xiàn)資源“零”剩余，已成為竹資源綜合利用的一個緊迫問題。

針對竹資源日益豐富，產(chǎn)量增加，但資源浪費嚴重的現(xiàn)象，從上世紀80年代開始，人們即開展了竹廢棄物的資源化利用研究，包括從竹產(chǎn)區(qū)將采伐剩余物作生活燃料的原始、初級利用，到大型竹加工廠將加工剩余物通過混煉、裂解、酶解等高新技術制成各種材料、生物油、糖類等產(chǎn)品的工業(yè)化利用。目前，竹廢棄物的資源化利用取得了一些成效，減輕了竹資源的浪費，但也存在著諸如原料利用不充分、加工工藝和技術有待改進、產(chǎn)品質(zhì)量和附加值有待提升等問題。為盡可能實現(xiàn)竹資源的“零”剩余，增加竹的利用價值，本文擬在弄清竹廢棄物資源組成與組分，并系統(tǒng)總結(jié)資源化利用現(xiàn)狀的基礎上，分析其中存在的問題，探討竹廢棄物資源化利用進一步發(fā)展的對策。

1　竹廢棄物資源組成與組分

竹在用途上可分為材用竹、筍用竹與筍材兩用竹。材用竹中可利用的主要是竹稈，而筍用竹中可利用的主要是筍肉。在各種傳統(tǒng)制作和工業(yè)加工過程中，會產(chǎn)生大量廢棄物，包括材用竹的竹枝、竹葉、竹節(jié)、竹青、竹黃，以及切割、造型、打磨過程中產(chǎn)生的大量竹屑、竹粉等廢料，這些廢棄物約占整竹的60%以上[4]；在筍用竹的加工過程中，也只取其幼嫩的筍體，老筍頭、筍殼等剩余物約占70%作為下腳料或“廢料”被丟棄[5]。

竹廢棄物主要由纖維素、半纖維素及木質(zhì)素組成，此外還含蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪、糖、礦物質(zhì)（如鉀、鈉、鈣、鎂、鋅、錳、鐵、銅、硒、硅等）等營養(yǎng)成分，它們的含量因竹種、竹齡、竹部位、采伐季節(jié)以及生長環(huán)境而異。如毛竹竹材廢料中纖維素質(zhì)量分數(shù)47.50%，半纖維素18.80%，木質(zhì)素23.72%，灰分1.61%，苯乙醇抽提物9.51%[6]；毛竹竹屑中含纖維素41.27%，木質(zhì)素23.00%，苯醇抽出物6.05%，灰分1.04%[7]；毛竹筍的筍殼中含粗纖維31.14%，粗蛋白12.17%，粗脂肪0.71%，可溶性糖11.05%，灰分3.54%，而雷竹筍殼中含粗纖維30.41%，粗蛋白16.25%，粗脂肪1.91%，可溶性糖10.03%，灰分1.67%[8]；陳瑞等[9]所測竹屑含纖維素43.54%，半纖維素21.51%，木質(zhì)素22.54%，可溶性糖0.85%，淀粉2.46%，果膠1.41%。

此外，竹廢棄物還含多種次生代謝產(chǎn)物，包括揮發(fā)性成分、多糖、酚類及甾醇類。如筍殼中含苜蓿素、紫杉葉素、黃酮，竹葉中也含黃酮；竹筍中還可分離得到果膠多糖、半纖維多糖、硼多糖復合物等[5]。

2　竹廢棄物的資源化利用

自上世紀80年代初，人們就開始探索竹資源的綜合利用。進入21世紀，竹林面積的迅速擴大加上科技的快速進步，更使竹廢棄物的資源化利用蓬勃發(fā)展，以竹主要分布區(qū)的浙江、福建、江西尤為突出。目前對竹廢棄物的資源化利用形式主要有直接利用、傳統(tǒng)加工利用和工業(yè)化利用3種[10]，而主要產(chǎn)物包括材料、生物質(zhì)燃料、藥品或保健品、食用菌、肥料、飼料等方面。

2.1材料

在一些大型竹材加工廠中，竹加工廢料仍作建材使用。所用的竹廢料包括蔑黃、竹屑、竹沫、竹枝、竹稍等，歷經(jīng)粉碎、干燥、涂膠、熱壓等工藝，制成用途頗廣的碎料板、蜂窩板、竹編板、竹碎料水泥板、刨花板等新型人造板[10-12]，Luo等還以汽爆前處理毛竹加工剩余物制取無粘合劑的纖維板[13]。

除直接利用外，部分加工廠還將竹廢棄物與其他材料混合后生產(chǎn)復合材料。竹塑復合材料（bamboo-plastic composites，BPC）即是其中的代表產(chǎn)品。它是以經(jīng)過預處理改性的竹粉、竹鋸末、竹屑或竹渣等原料，利用高分子化學界面融合原理，與熔融熱塑性樹脂（如聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）、聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）等）按一定比例混合，在助劑的作用下，經(jīng)過高溫混煉和成型加工而制得的一種多用途的新型復合材料。如汪義華等[14]利用竹子備料的廢棄竹屑與高密度聚乙烯（high-density polyethylene，HDPE）生產(chǎn)出復合材料，閆微麗[15]、趙方等[16]利用竹粉與HDPE為主要原料，通過造粒、模壓工藝制備出BPC；林青[17]以PP為基體，用竹纖維作填充、增強材料，通過添加助劑制成可注塑型復合材料。BPC的拉伸強度、彈性模量和比強度極佳[16]，突破了傳統(tǒng)竹材和塑料應用的局限性，實現(xiàn)了竹材優(yōu)質(zhì)、多功能和高附加值利用，在生產(chǎn)上得到廣泛應用[18-19]。

竹廢棄物液化后可用于膠黏劑、泡沫或模塑材料、生物燃料油等領域，制成的產(chǎn)物可作相應替代品，且可明顯降低成本。不同液化劑、催化劑、液化溫度和液化時間下，竹屑的液化產(chǎn)物和液化率明顯不同。如李小科[20]以苯酚作為液化劑，將竹材加工剩余物轉(zhuǎn)化成具有化學反應活性的小分子基團，液化率達到99.1%，結(jié)合酚質(zhì)量分數(shù)62.5%，產(chǎn)物與甲醛等反應生成的膠粘劑耐水性高，性能穩(wěn)定，完全可成為酚醛樹脂膠粘劑的替代品，且具有價格競爭優(yōu)勢[19]；盧婷婷等對竹材廢料進行多羥基液化試驗后發(fā)現(xiàn)，以硫酸為液化劑（6%）、液固比（液化劑/木材）4.0、150℃條件下，60 min后竹材廢料的液化率可達95%以上[21]；而以聚乙烯乙二醇（PEG 400）和丙三醇為液化劑、濃硫酸作催化劑，150℃下反應1.5 h，液化率可達97%以上[22]，液化產(chǎn)物由多種帶有支鏈結(jié)構(gòu)的聚醚和聚酯多元醇組成，成分復雜，含有大量的羥基官能團，滿足制備中強度硬質(zhì)聚氨酯泡沫對組分多元醇的要求，可替代工業(yè)聚醚多元醇4110，與PAPI（多亞甲基多苯基多異氰酸酯）反應制備聚氨酯泡沫塑料[23]。

竹廢棄物還可用于制取其他可再生材料，如楊幗靜等[24]、Sun等[25]以竹材加工剩余物為原材料，通過硫酸酸解法成功制備出一種高效增強填料－竹納米纖維素晶體（竹CNC）；Praneetha等[26]用快速微波法從竹廢棄物中提取并制得3維納米多孔硅。

2.2生物質(zhì)燃料

竹廢棄物不僅可直接用作竹產(chǎn)區(qū)的農(nóng)用燃料，還是工業(yè)上的優(yōu)質(zhì)潔凈燃料[27]。曾憲陽等測定發(fā)現(xiàn)，竹的含氮量低于0.60%，含硫量低于0.05%，灰分比例低于1%，低位熱值大于14 MJ/kg，燃燒過程基本不產(chǎn)生SO2，灰塵排放也相當?shù)?，環(huán)保而節(jié)能，且價格還不到燃油的1/5，是一種非常潔凈的燃料[4]。竹廢棄物體積大，占地面積多，為便于產(chǎn)品的儲存、運輸、使用、清潔環(huán)保并提高燃燒效率，人們對竹廢棄物的裂解、液化、氣化和燃燒等轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝進行了研究[28]，部分已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化[29-30]。由竹廢棄物制成的生物質(zhì)燃料主要有3種形式：一是固態(tài)的生物質(zhì)固體燃料，二是液態(tài)的裂解生物油，三是氣態(tài)的熱解汽化燃氣。

將粉碎到一定程度的生物質(zhì)原料在適當?shù)膲簭?、溫度，或不加熱不加黏結(jié)劑情況下，可壓縮成棒狀、塊狀、粒狀等有一定密實度的成型生物質(zhì)固體燃料[30]。近年來，這種技術在農(nóng)作物秸稈、木材加工剩余物、有機垃圾及有機廢棄物等的資源化上得到廣泛應用。劉志佳等[31]以毛竹為原料，利用木材粉碎機制備竹材顆粒，經(jīng)常溫滾壓式生物質(zhì)顆粒燃料成型機制備出竹材顆粒燃料，其所有性能均能滿足美國顆粒燃料協(xié)會標準《民用/商用生物質(zhì)顆粒燃料》的要求，燃燒熱值也能滿足德國標準《木質(zhì)顆粒燃料》中規(guī)定的關于商業(yè)用生物質(zhì)顆粒燃料的最低要求。

竹剩余物可經(jīng)熱裂解轉(zhuǎn)化為生物油。經(jīng)過脫水、半纖維素裂解、纖維素和木質(zhì)素裂解、剩余物裂解4步，竹剩余物即可熱裂解成生物油、生物炭和不凝氣體[32-33]。熱裂解條件不同，熱裂解產(chǎn)物及其得率有異。如在裂解功率800 W、裂解溫度492℃、焦炭用量4.2%、裂解時間13min的條件下，微波裂解竹廢料后的生物油得率是52.80%[2]；而500℃的實驗室慢速熱裂解時的生物油得率僅為36.57%[33]。

有些條件下的竹剩余物液化產(chǎn)物中含有大量生物油。如在120℃、甘油∶甲醇∶竹屑質(zhì)量比為8∶0∶2、300 W下微波7 min的液化產(chǎn)物中主要是甘油及其衍生物，以及糖類降解物[34-35]；而在常壓下，以PEG 400和乙烯催化硫酸液化麻竹筍殼，液固比6∶1、150℃、催化劑4%時反應80 min的液化產(chǎn)物以多元醇為主[36]；Xie等用微波液化竹剩余物后，也獲得大量的多元醇[23]。

竹材廢棄物在氣化爐內(nèi)缺氧條件下進行氣化裂解，可獲得氣化燃氣，用于氣化爐出口處直接燃燒，是一種較好的竹材廢棄物代油燃燒方式[4]。

2.3竹炭、竹醋液

竹炭是竹材經(jīng)高溫炭化后得到的固體產(chǎn)物，按原料來源可分為原竹炭和竹屑棒炭。竹醋液是竹材炭化時所得到的價值可觀的液體產(chǎn)物，主要用于凈化。竹廢料熱裂解后的產(chǎn)物即有竹炭和竹醋液，其中竹炭的得率基本在20%以上[2]，而竹醋液得率可達到31.3%[37]。經(jīng)無機試劑催化后，竹炭表面結(jié)構(gòu)中部分含氧/氮基團增加，吸附活性增強或擴大，對有機物、無機物的吸附選擇性改變，可使竹炭產(chǎn)品的吸附指標超過國家一級品的標準。

2.4藥品或保健品

膳食纖維被稱為“第七大營養(yǎng)元素”，對人體腸道功能有良好的調(diào)節(jié)作用，有利于肌體健康。選擇膳食纖維原料時，要求來源豐富，消費者可接受，并且須具有平衡的可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維比例，以及是否含相關生理活性物質(zhì)，如多酚、黃酮、胡蘿卜素等。毛竹筍等筍殼中，總膳食纖維比例為58.24%～79.15%，以不溶性膳食纖維為主，顯著高于常見膳食纖維原料，持水力、膨脹力、抗氧化能力等都較高[8]，說明竹筍的加工廢棄物是一類較好的膳食纖維補充來源。并且福建建甌也以竹筍加工廢棄的筍頭、筍殼為原料開發(fā)出竹膳食纖維[38]。

低聚木糖通常是指由2～7個木糖分子通過β，1-4糖苷鍵連接而成的聚木糖，是一種良好的功能性低聚糖，被廣泛應用于食品、醫(yī)療保健等領域。竹材廢棄物的聚戊糖含量相當豐富，過去的竹材工業(yè)化對聚戊糖難以利用。而目前工藝則可提取利用竹廢棄物中的糖類，如用堿性過氧化氫機械預處理竹屑，用PFI磨漿機5000r/min下對物料進行破碎預處理，之后以木聚糖酶10%、料液比1∶20 g/mL、水解時間8 h后即可得到12.11%的糖[39]；而26%堿量、24%硫化度、160℃、70 min蒸煮的硫酸法制漿預處理可以除掉約95%的木質(zhì)素，預處理后的產(chǎn)品可酶解糖化得到79%葡聚糖、77%木聚糖[40]。

此外，從竹廢棄物中還可提取黃酮[41]、氨基酸、功能多肽、抗真菌蛋白、竹筍甾醇[37]、可溶性硅[42]、天然食品防腐劑、天然食用色素、竹花酒[10]等藥品或保健品。

2.5食用菌

食用菌營養(yǎng)豐富，是倍受人們喜愛的美味佳肴。目前被廣泛使用的棉籽殼等原材料價格上漲，造成食用菌栽培成本增加，需因地制宜地選擇代料[43]。竹產(chǎn)區(qū)面積大，天然的生態(tài)環(huán)境可作栽培場地[10]，而且竹林廢棄物也是極好的栽培原料，目前已有大量使用竹廢棄物作代料栽培食用菌的成功案例，生產(chǎn)的食用菌有竹蓀、香菇、木耳、金針菇、靈芝、平菇等。如浙江安吉以竹屑50%、竹葉15%、木屑35%種植竹蓀，每年每公頃毛竹林增收12萬元[44]；而福建的傅基豐則用竹子加工后的下腳料竹屑、竹沫等為主要原料種植出平菇、香菇、茶樹菇、杏孢菇、木耳等，食用菌的產(chǎn)量、品質(zhì)等都比以木屑為原料栽培出來的高，出菇提前[45]；劉葉高以毛竹屑41%、棉籽殼35%、麩皮22.5%、輕質(zhì)碳酸鈣1.5%栽培的杏鮑菇營養(yǎng)成分豐富，子實體朵形、菌蓋色澤與木屑栽培料的無明顯差異，但口感更清脆、帶有清淡竹香風味[46]；毛竹屑作原料栽培香菇的投入產(chǎn)出比達到1∶4.33[3]；福建省寧化縣治平鄉(xiāng)菇農(nóng)利用竹制品加工的下腳料半覆土栽培反季節(jié)香菇，出菇散生，菇質(zhì)致密脆嫩，口感較好，產(chǎn)量與雜木屑栽培相當[47]；王超等以竹粉、楊梅酒渣（質(zhì)量比1∶1）為基質(zhì)培養(yǎng)出靈芝[48]；呂玉奎等以70%麻竹筍剩余物生產(chǎn)雙孢蘑菇，年平均產(chǎn)值17.1萬元/hm2；以麻竹葉、竹枝粉碎料、麻竹屑為主料林下種植竹蓀，示范區(qū)竹蓀產(chǎn)量平均達到750 kg/hm2[49]。雖然他們使用的竹廢料種類、原料配比、栽培的菌種以及產(chǎn)品質(zhì)量等各不相同，但總體而言，都降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。2.6肥料與飼料

竹林廢棄物在林下經(jīng)長期的自然發(fā)酵，是一種良好的有機肥。添加纖維分解菌為主的微生物發(fā)酵菌劑并堆置發(fā)酵后，可開發(fā)成筍殼有機肥產(chǎn)品和有機無機復混肥產(chǎn)品，經(jīng)農(nóng)戶施用，效果顯著[8]；而且以竹廢棄物為主料栽培食用菌后的菌棒也可作有機肥料，進行循環(huán)使用[45]，可提高麻竹林的產(chǎn)筍量30%～50%[49]。

經(jīng)過高溫蒸煮處理的竹筍加工剩余物易腐敗變質(zhì)，可以青貯的方式保存。在粉碎并適當陰干后，將乳酸菌、木聚糖酶等添加進毛竹筍加工剩余物，厭氧發(fā)酵90 d，筍殼的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性提高，筍殼呈亮黃色，散發(fā)酸香味，質(zhì)地松軟，無粘手現(xiàn)象，保存效果較好[8]。而呂玉奎等[49]在麻竹筍加工剩余物中添加5%統(tǒng)糠、3%玉米粉、0.5%甲酸青貯，并在此基礎上加0.5%尿素氨化，可使青貯料、氨化料的貯存期達到1周以上，解決了麻竹筍廢棄物易腐難存的難題。青貯或氨化后飼料的適口性得以改善，可作為肉?；蚰膛５娜占Z青粗飼料。

此外，還可在竹材中摻以20%～30%的加工廢料如竹屑、竹枝等，通過間隙蒸煮的方式，生產(chǎn)出化學竹漿，竹籜等也可制成籜漿做卷煙紙[50]。

3　竹廢棄物資源化利用存在的問題與建議

目前國內(nèi)外對竹廢棄物的資源化利用研究已取得較大進展，有的技術已逐漸轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)中，為竹資源的綜合利用提供了技術保障。然而，要將這些技術產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)資源的“零”剩余，全面提升竹的價值和功能，仍有部分問題亟待解決：

1）原料的搜集與預處理。竹的廢棄物不僅包括竹稈加工剩余物如竹屑、竹沫、竹節(jié)、竹青、竹黃以及竹筍加工剩余物如筍殼、老筍頭等，還包括竹稍、竹枝、竹葉、竹篼等采伐剩余物，這部分約占整竹的40%（質(zhì)量分數(shù)）。目前所利用的廢棄物絕大多數(shù)是加工剩余物如竹屑和筍殼，而對采伐剩余物則多未利用。竹產(chǎn)區(qū)內(nèi)采伐剩余物分散、不易收集，加上體積大、貯存不易、破碎或粉碎困難等，是造成其難以利用的主要原因。因此，在竹廢棄物的利用上，還需注意采伐剩余物的破碎技術、破碎機械方面研究，以便原料預處理，減小貯運和加工壓力；同時，出臺鼓勵竹農(nóng)搜集采伐剩余物的優(yōu)惠政策，盡量實現(xiàn)資源的“零”剩余；

2）原料主要成分的充分利用和功能性成分的產(chǎn)品研發(fā)。竹廢棄物的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，它們占全竹的質(zhì)量分數(shù)共90%左右，此外還包含蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸、糖、礦物質(zhì)以及醇、酯、酮等功能性成分。目前除人造板等材料以及生物質(zhì)燃料的固體燃料方面對原料各成分利用較充分外，其他途徑仍會產(chǎn)生大量剩余物。如在開發(fā)生物質(zhì)燃油上，通過裂解獲得的生物油高時為52.8%[2]，僅利用了纖維素類物質(zhì)的50%～80%；對約占23%的木質(zhì)素的利用則更少，多數(shù)以去除木質(zhì)素為主；筍殼廢棄物中粗蛋白質(zhì)量分數(shù)為12%～16%，目前多見于飼料、肥料等粗加工利用，精深加工或高檔產(chǎn)品極少見；在礦物質(zhì)、氨基酸及其他功能性成分的利用上，雖有少部分產(chǎn)品出現(xiàn)，但基本上還未被消費者接受，更難以形成產(chǎn)業(yè)化。對此，還需加強原材料主要成分的利用技術研究和功能性成分的產(chǎn)品研發(fā)，盡量達到物盡其用、產(chǎn)品適銷的目的。

3）研發(fā)專用設備，改進工藝和技術。竹廢棄物形狀各異，如采伐剩余物分散且體積較大，而加工剩余物多片狀、塊狀或屑狀，它們質(zhì)地堅實、纖維粗硬，現(xiàn)有的切片機、破碎機等機械難以適當處理；竹料與其他材料高溫混煉、成型加工，生物質(zhì)固體燃料的擠壓成型，以及液化、裂解、發(fā)酵等所用的機械能耗高、主要部件壽命短、機械故障率高，且所使用的設備多為進口，自主研發(fā)的較少。因此，需加強專用設備的自主研發(fā)，解決關鍵部件磨損過快問題，增加機械的使用壽命，降低能耗和成本。

竹廢棄物的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，這些成分決定了其具有不同于塑料或木料的加工特性。如生產(chǎn)竹塑復合材料（bamboo-plastic composites）BPC時，存在纖維素易熱降解、纖維與熱塑性塑料的界面相容性差、纖維在基體樹脂中的不易分散性、流動性能差等問題，影響到BPC的拉伸性能、流變性能和力學性能；膠黏劑生產(chǎn)、人造板制造等需添加甲醛，涉及到甲醛釋放量超標、危害人類健康等問題；開發(fā)生物油時所使用的儀器設備、裂解方法、生產(chǎn)方法等都會影響到生物油的得率，目前生物油得率高時是52.8%，僅利用了纖維素類物質(zhì)的50%～80%，而且所得生物油存在酸度高、腐蝕性強、穩(wěn)定性差等缺點。因此，在利用竹廢棄物時，還需依據(jù)原料的自身特點，改進工藝和技術，以降低能耗和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品得率和品質(zhì)。

4）提高產(chǎn)品附加值，研發(fā)精深產(chǎn)品。雖然近幾年開發(fā)的新產(chǎn)品較多，但大部分加工企業(yè)仍然以生產(chǎn)低附加值或低技術含量的傳統(tǒng)產(chǎn)品或半成品為主，而且有些產(chǎn)品尚處于實驗室階段，還未投入生產(chǎn)，導致竹廢棄物的精深加工產(chǎn)品種類、數(shù)量都較少，產(chǎn)品附加值不高。如竹廢棄物液化后有醇、醚、甘油、糖等產(chǎn)物，雖可用于燃料、膠黏劑、泡沫或模塑材料等，但目前多只是將其液化，少見進一步的精深加工產(chǎn)品；生物油中含有的酸、醛、酮、酚等化合物會影響其品質(zhì)，使其不能成為高品質(zhì)燃油，可研究生物油的改性工藝并提取回收這些化合物，開發(fā)出高檔生物燃油和高價值的化學附產(chǎn)品。

4　結(jié)論

竹是我國的重要森林資源，種類、面積、蓄積量、產(chǎn)量均居世界之首。利用竹的過程中會產(chǎn)生60%～70%的廢棄物，造成竹資源的極大浪費。竹廢棄物的主要成分是65%左右的纖維素類物質(zhì)、23%左右的木質(zhì)素以及其他營養(yǎng)成分或功能性成分，可直接利用、傳統(tǒng)加工利用和工業(yè)化利用，產(chǎn)物主要有：1）新型人造板、竹塑復合材料、膠粘劑、泡沫、模塑材料、竹納米纖維素晶體、3維納米多孔硅等材料類；2）竹材顆粒燃料、生物油、氣化燃氣等生物質(zhì)燃料類；3）竹炭、竹醋液；4）膳食纖維、低聚木糖、黃酮、氨基酸、功能多肽、抗真菌蛋白、竹筍甾醇、可溶性硅、天然食品防腐劑、天然食用色素、竹花酒等藥品或保健品類；5）作代料栽培竹蓀、香菇、木耳、金針菇、靈芝、平菇等食用菌類；6）肥料與飼料。

今后需加強原料的搜集與預處理，纖維素、木質(zhì)素等主要成分的充分利用，功能性成分的產(chǎn)品研發(fā)，專用設備研發(fā)、加工工藝和技術改進，產(chǎn)品附加值提高，精深加工產(chǎn)品研發(fā)等方面工作，以利于竹廢棄物資源化利用的產(chǎn)業(yè)化，真正實現(xiàn)竹資源的“零”剩余，全面提升竹的價值和功能。

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Review on comprehensive utilization of bamboo residues

Gu Xirong, Deng Xuemei, Liu Yingni, Zeng Qingping, Wu Xuelian, Ni Yalan, Liu Xuejiao, Wu Tao, Fang Pengyi, Wang Bo, Wu Qinzhen
（College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China）

Abstract:Bamboo, which is called“the second forest”, is one kind of the major forest resources.China ranks first in terms of bamboo species, planting areas, growing forest stock, and bamboo harvests in the world.During the process of bamboo utilization, 60%～70% of bamboo harvests were removed as residues which included bamboo branches, leaves, shoot apex, joint, skin, tabaxir, sawdust and shoot shell.In order to make full use of bamboo resources and explore new products, many studies on comprehensive utilization of bamboo residues were carried out since 1980.In order to utilize bamboo residues more efficiently, further studies on new technologies of processing bamboo residues are needed and summarized as follows: 1）Gathering and rough handling on raw materials.For example, preferential policies, crushing technologies and crushing machinery on bamboo raw materials are needed to encourage farmers to gather harvested or processed bamboo residues.2）Making full use of the major ingredients of bamboo and developing new products on functional components.We should exploit more products from cellulose, hemicelluloses, and lignin to evaluate the utilization level, and extract lignin from processed bamboo remains to get corresponding lignin products.Besides, many components such as proteins, amino acids, saccharides, alcohols, esters, ketenes and mineral elements could be extracted and then made into favorite products.3）Exploiting new and special machinery for crushing, compressing, moulding, pyrolysising, liquefying, and fermenting to solve the problems from current equipments.These problems are high energy-consuming, heavy wearing, short service life, frequent breakdown and high cost.Utilization and processing technology should be improved also for efficient ways to solve the problems such as thermal degradation of cellulose, poor interface compatibility between cellulose and thermoplastic, cellulose dispersing and flowing difficulty in matrix resins（frequently happened in bamboo-plastic composites processing）, excess emission of formaldehyde from wood-based panels and resin adhesive, low bio-oil yield from pyrolysising or liquefying, high acidity, strong corrosion and lack of stability of bio-oil made from bamboo residues.4）Promoting added value of bamboo products and exploiting refined processing products of bamboo residues.Bamboo residues could be used to extract many substances such as alcohol, ether, glycerol, saccharides in liquefied bamboo products, and acid, aldehyde, ketone, phenol in bio-oil.Refined liquefying products and high-quality bio-oil could be obtained as well.Finally, these substances could be made into high added value products.In conclusion, full use of bamboo residues is promising, but further study and new technology is urgently needed.

Keywords:biomass; engineering; environmental protection; bamboo; residues; comprehensive utilization

作者簡介：辜夕容（1973-），女，博士，副教授，主要從事林業(yè)資源開發(fā)利用、林業(yè)微生物研究。重慶西南大學資源環(huán)境學院，400716。

基金項目：重慶市應用開發(fā)計劃項目（cstc2013yykfA80014）；國家自然科學基金（31570599）；西南大學資源環(huán)境學院本科生科技創(chuàng)新“光炯”培育重大項目（20150103）

收稿日期：2015-07-22

修訂日期2015-11-04

中圖分類號：S789

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6819（2016）-01-0236-07

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.033