超声-微波协同处理强化油棕空果串纤维素提取：一种高效可持续的生物质转化新方法

本研究针对传统纤维素提取方法化学用量大、能耗高的问题，开发了超声-微波协同处理技术，通过优化NaOH浓度(1.619 M)和反应时间(49.381 min)，使油棕空果串(OPEFBs)纤维素提取率提升至98.90%。该技术显著降低了化学添加剂依赖，为农业废弃物高值化利用提供了绿色解决方案。

　　

在印度尼西亚等棕榈油主产国，每年产生约2.72亿吨油棕空果串(OPEFBs)废弃物，传统填埋处理不仅造成资源浪费，更导致温室气体排放和土壤污染。这些废弃物含有42.85%的纤维素——一种可用于生物聚合物、薄膜和复合材料的宝贵生物高聚物。然而，传统Kraft制浆工艺需要大量NaOH和Na₂S等强化学试剂，存在高能耗、高污染等问题。虽然离子液体预处理、低共熔溶剂等新兴技术被探索，但其高昂成本和设备要求制约了工业化应用。

针对这一挑战，印尼特里雅加大学(Universitas Sultan Ageng Tirtayasa)工程学院的Endarto Wardhono团队创新性地将超声波与微波技术相结合，开发出两步法处理工艺：首先利用超声波空化效应破坏纤维结构，再通过微波均匀加热促进木质素去除。研究采用中心复合设计(CCD)和响应面法(RSM)优化参数，发现1.619 M NaOH结合49.381分钟处理时间可实现98.90%的纤维素回收率，较传统热板法的61.11%提升显著。该成果发表于《South African Journal of Chemical Engineering》。

关键技术包括：(1)超声-微波序贯处理系统(300W，20kHz)；(2)化学组分分析(NDF/ADF/ADL法)；(3)FTIR和固态¹³C NMR表征；(4)XRD结晶度分析；(5)GPC测定分子量；(6)DSC-TG热分析。实验采用印尼廖内省的油棕空果串为原料，通过30目筛分获得均质样品。

研究结果显示：

1. 组分分析证实原料含41.2%纤维素、26.3%半纤维素和18.5%木质素。

2. 方法比较表明，超声-微波协同处理在添加H₂O₂/NaClO₂时回收率达97.48%，较单独超声(72.80%)和微波(76.78%)更具优势。

3. FTIR谱图显示1733 cm^-1(C=O)和1514 cm^-1(木质素)特征峰消失，证实非纤维素组分有效去除。

4. XRD显示提取纤维素在22.8°(200晶面)出现尖锐衍射峰，结晶度与商业标准品相当。

5. GPC测得分子量1.42×10⁵ g/mol，聚合度(DP)为800，略低于商业样品(DP=1222)。

6. 热分析显示提取纤维素分解温度达319.4°C，ΔH为1363.1 J/g，热稳定性接近商业标准。

这项研究的重要意义在于：首次系统验证了超声-微波协同处理在油棕废弃物增值利用中的优势，通过物理-化学协同作用大幅提升提取效率。相比传统方法，该技术减少19.05%化学添加剂使用，处理时间缩短33%，为生物质精炼提供了更可持续的解决方案。虽然实验室结果理想，但作者指出工业化应用仍需评估能耗经济性，建议未来研究探索连续流处理系统以进一步提升规模效益。这项技术不仅有助于解决棕榈油产业的废弃物难题，其原理还可拓展至其他木质纤维素原料处理，对推动循环经济发展具有重要价值。