DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.132786

由于使用不可生物降解的合成塑料和农业废物处理/燃烧造成的环境污染是当今社会的首要问题。在本研究中，选择农业废弃物（椰子壳）作为合成纤维素纳米纤维的原料，并将其掺入可生物降解的包装膜中以增强其性能。采用机械（球磨）、化学（酸水解）和物理（超声）相结合的方法合成了椰壳纤维素纳米纤维（CNF），产率高达41.67±1.07%。每次处理后结晶度指数均有所提高，未经处理的椰壳粉结晶度指数为74.38%，超声处理后得到的CNF的相应指数为98.62%。化学处理后，进行FTIR分析以确认非纤维素材料的去除。通过扫描电镜、原子力显微镜、透射电镜等对纳米纤维的结构和形貌进行了表征，纤维尺寸可达29 nm。然后将纤维素纳米纤维与亚麻籽油和柠檬油一起掺入聚乙烯醇（PVA）聚合物基质中。精油提高了PVA-CNF薄膜的抗氧化性能，加入精油后自由基清除活性为31.52±0.08%。此外，PVA-CNF-油基复合膜对食源性病原体显示出良好的抗菌活性。因此，它可用于食品工业中活性包装的制备。同样，生物纳米复合薄膜的机械和热性能均优于纯PVA薄膜。所制备薄膜的光学性能与聚乙烯薄膜相当。该薄膜还表现出优异的生物降解性，第45天的降解率为87.34±0.91%。该研究的另一个主要目标是为PVA基薄膜提供疏水性。通过添加精油和椰子壳纳米纤维对其进行改进，测得接触角为91.3°±0.79°。因此，所制备的生物纳米复合膜可作为不可生物降解食品包装的替代材料，从而减少塑料污染。

图1.机械、化学和物理处理后得到的椰壳纤维素纳米纤维（CNF）。

图2.（a）原始样品、碱处理样品、漂白样品和酸水解样品的XRD分析和（b）FTIR分析。

图3.（a）纤维素纳米纤维在5kx、10kx、20kx和80kx放大倍率下的SEM图像。（b）纤维素纳米纤维在50和100nm放大倍率下的TEM图像，（c）纤维素纳米纤维的AFM图像。

图4.包装膜的制作：（a）纯PVA膜，（b）PVA-CNF膜，（c）PVA-CNF-油膜。

图5.PVA薄膜和PVA-CNF薄膜的DSC热谱图。

图6.接触角分析：（a）PVA薄膜（对照），（b）PVA-CNF薄膜，（c）PVA-CNF-油薄膜。