通过TEMPO介导的氧化作用，从废咖啡渣中生产出最大直径为25nm的纤维素纳米纤维。图片：横滨国立大学
根据国际咖啡组织（International Coffee Organization）的数据，全世界生产的咖啡渣超过600万吨。《农业和食品化学》杂志在2012年发表的报告指出，一半以上的废咖啡渣都被填埋了。纤维素纳米纤维是可制成可生物降解塑料产品的塑料树脂的基础。
横滨国立大学（YNU）团队由工程科学研究生院副教授Izuru Kawamura领导，着手建立从咖啡渣中提取纤维素纳米纤维的研究。他们于4月1日在《纤维素》杂志上发表了他们的发现。
Kawamura说：“我们的最终目标是用纤维素纳米纤维在咖啡行业中建立一个可持续的回收系统。现在，越来越多的餐馆和咖啡馆被禁止使用一次性吸管。随着这一运动的发展，我们的目标是制造一种透明的一次性咖啡杯和吸管，其添加剂由废咖啡渣中的纤维素纳米纤维组成。”
随着行业认识到其作为一种更环保，更可持续的塑料生产方式的潜力，全球对纤维素纳米纤维的需求正在增长。
Kawamura说：“到目前为止，纤维素纳米纤维主要是由纸浆等木质材料制成的。纤维素纳米纤维可以从自然界的所有植物中获得。我们想强调的是，咖啡渣是一种很有前途的原料。”
从废咖啡渣中提取纤维素纳米纤维的关键在于纤维素，纤维素是构成咖啡豆细胞壁的材料，约占咖啡渣重量和体积的一半。
横滨国立大学的研究小组进行了通过催化氧化从咖啡豆细胞壁分离纤维素的实验，该过程使用催化剂将细胞壁氧化。这是东京大学Isogai的先前报道的一种方法。
该团队使用包括X射线衍射、电子显微镜和热重分析在内的成像技术检查了所得的纤维素纳米纤维，该技术是观察纤维素纳米纤维的基本结构特征并比较其衍生自木材的方法。基于咖啡粉的纤维素纳米纤维表现出均一性，并很好地与聚乙烯醇整合，聚乙烯醇是各种工业和消费产品的基础。他的团队发现它们的平均直径为25纳米。作为参考，人的头发直径约为90000纳米。
Kawamura说，这种一致性和与聚合物树脂的整合是里程碑，证明了咖啡粉基纤维素纳米纤维作为木材替代品的潜力，但需要进一步研究以开发商业上可行的方法。
Kawamura认为，纤维素纳米纤维可能很快将在汽车工业中发挥重要作用，为汽车车身提供轻巧的替代钢和塑料的替代品。随着排放标准的继续严格，轻型汽车的市场将会增长，使得纤维素纳米纤维成为越来越有价值的商品。
Kawamura说：“与钢相比，由纤维素纳米纤维制成的塑料树脂的总重量非常轻。这将有效减少二氧化碳排放。” 基于纳米纤维的树脂在3D打印中也能很好地工作，使其成为许多石油基塑料的潜在的环保替代品。
对于咖啡行业而言，这一新方法可能是一个福音，因为将废咖啡渣货币化的选择有限。一些城市制定了回收计划，将用过的咖啡渣重新用作温室和蘑菇农场的营养丰富的堆肥。其他计划将用过的咖啡渣发送到生产沼气的设施。但是总的来说，大多数咖啡渣仍被填埋。
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