據統計，每年全球家用洗滌劑的消費量約為七千多萬噸，洗滌劑在使用過程中通常都隨汙水直接排放，導致大多被注入地表水並滲透到土壤中，這不僅嚴重汙染生態系統，而且對水生生物、動植物和人類產生極其不利的影響！
植物提取的纖維素納米晶體（CNC）是可生物降解和可再生的原料，而玉米芯是豐富且廉價的天然纖維素來源，全球每年約產生2.5億噸玉米芯廢料，因此，若能充分利用這些農業廢料不僅可以減輕環境負擔，而且可以轉化為具有成本效益的產品。
近期，中國農業大學的任發政教授、李媛副教授等取材於玉米芯，開發了一種的基於纖維素納米球（CNS）的環保型洗滌劑，與市售商用洗滌劑相比，研究人員製備的洗滌劑在清除各種表面汙漬方面顯示出更高的清潔效率，而且與商業洗滌劑的高毒性相反，其對斑馬魚和水培生菜沒有顯示出任何毒性。研究人員成功地將農業玉米芯廢料轉化為更加環保的商業合成洗滌劑，使其更具成本效益和可持續發展性！
CNS的製備機理從玉米芯中提取的纖維素材料通常不溶於水，界面活性有限，而且將原纖維分解成納米級球形纖維素是非常困難的。因此，研究人員對玉米芯依次進行圖1所示的酸輔助蒸汽閃爆法、NaOH溶脹和TEMPO氧化三步處理。通過酸性蒸汽爆炸法使纖維素的高度結晶結構因水蒸氣的滲透而分解；NaOH溶脹處理能夠破壞纖維素中的分子間氫鍵，進一步降低纖維素的聚合度和結晶度；然後通過控制NaOH量和反應時間來調節纖維素的氧化度（DO），獲得了DOs為50％和100％（DO50和DO100）的CNS。
圖1.CNS的製備機理示意圖
CNS的清潔能力研究人員首先對比了DO50與商用洗碗液（DWL）和洗衣粉（LP）對油汙和其他汙漬的清潔能力，結果表明DO50具有更高的清潔效力，能夠有效地清除滌綸、絲綢和棉織物上的葵花籽油、番茄醬和墨水等汙漬，效果比商用DWL更好，而且DO50還表現出較高的保白性，能夠有效防止汙漬再次附著在織物上。
圖2. CNS對汙漬的清潔能力測試
此外，DO50還可以去除不鏽鋼、塑料、陶瓷和玻璃板上的辣椒油汙漬，從圖3可以看出，與市售洗滌劑相比，CNS不僅能夠有效地清除各種表面上的油汙，而且不需要任何添加劑，表現出了優異的汙漬清潔能力。
圖3. CNS對汙漬的清潔能力測試
CNS的毒性測試家用洗滌劑對生態系統的危害之一是具有高毒性，因此研究人員通過斑馬魚來測試CNS的毒性，結果如圖4所示，DO50、LP和DWL對斑馬魚的致死率中位數分別為9.007、0.171和0.053mg l-1，這表明DWL和LP對斑馬魚具有高毒性，而由於CNS的纖維素與斑馬魚的日常飲食的水草組成相似，因此CNS對斑馬魚沒有任何毒性。
圖4. CNS對斑馬魚的毒性測試
在實際生活中，含有殘留清潔劑的水往往也被用於農業灌溉，因此研究人員通過水培生菜實驗檢測CNS對水生植物的毒性，結果如圖5所示，DO50沒有影響植物的正常生長，植物的根葉生長旺盛，而LP和DWL組的植物葉子則很快枯萎，根部褐變。這表明研究人員所製備的CNS對植物同樣表現出優異的生物相容性和低毒性。
圖5.CNS對水培生菜的毒性測試
在本篇文章中，研究人員成功地將農業廢料玉米芯轉化為一種無毒可生物降解的環保型洗滌劑，與市售洗滌劑相比，研究人員製備的洗滌劑具有更高的清潔能力和可忽略的毒性，具有替代傳統洗滌劑的潛力。我們相信，這項技術將為全球清潔劑行業的可持續發展提供新的方向，並且有望促進全球向更健康更可持續發展的社會過渡！
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41893-020-0501-1
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