据统计，每年全球家用洗涤剂的消费量约为七千多万吨，洗涤剂在使用过程中通常都随污水直接排放，导致大多被注入地表水并渗透到土壤中，这不仅严重污染生态系统，而且对水生生物、动植物和人类产生极其不利的影响！
植物提取的纤维素纳米晶体（CNC）是可生物降解和可再生的原料，而玉米芯是丰富且廉价的天然纤维素来源，全球每年约产生2.5亿吨玉米芯废料，因此，若能充分利用这些农业废料不仅可以减轻环境负担，而且可以转化为具有成本效益的产品。
近期，中国农业大学的任发政教授、李媛副教授等取材于玉米芯，开发了一种的基于纤维素纳米球（CNS）的环保型洗涤剂，与市售商用洗涤剂相比，研究人员制备的洗涤剂在清除各种表面污渍方面显示出更高的清洁效率，而且与商业洗涤剂的高毒性相反，其对斑马鱼和水培生菜没有显示出任何毒性。研究人员成功地将农业玉米芯废料转化为更加环保的商业合成洗涤剂，使其更具成本效益和可持续发展性！
CNS的制备机理从玉米芯中提取的纤维素材料通常不溶于水，界面活性有限，而且将原纤维分解成纳米级球形纤维素是非常困难的。因此，研究人员对玉米芯依次进行图1所示的酸辅助蒸汽闪爆法、NaOH溶胀和TEMPO氧化三步处理。通过酸性蒸汽爆炸法使纤维素的高度结晶结构因水蒸气的渗透而分解；NaOH溶胀处理能够破坏纤维素中的分子间氢键，进一步降低纤维素的聚合度和结晶度；然后通过控制NaOH量和反应时间来调节纤维素的氧化度（DO），获得了DOs为50％和100％（DO50和DO100）的CNS。
图1.CNS的制备机理示意图
CNS的清洁能力研究人员首先对比了DO50与商用洗碗液（DWL）和洗衣粉（LP）对油污和其他污渍的清洁能力，结果表明DO50具有更高的清洁效力，能够有效地清除涤纶、丝绸和棉织物上的葵花籽油、番茄酱和墨水等污渍，效果比商用DWL更好，而且DO50还表现出较高的保白性，能够有效防止污渍再次附着在织物上。
图2. CNS对污渍的清洁能力测试
此外，DO50还可以去除不锈钢、塑料、陶瓷和玻璃板上的辣椒油污渍，从图3可以看出，与市售洗涤剂相比，CNS不仅能够有效地清除各种表面上的油污，而且不需要任何添加剂，表现出了优异的污渍清洁能力。
图3. CNS对污渍的清洁能力测试
CNS的毒性测试家用洗涤剂对生态系统的危害之一是具有高毒性，因此研究人员通过斑马鱼来测试CNS的毒性，结果如图4所示，DO50、LP和DWL对斑马鱼的致死率中位数分别为9.007、0.171和0.053mg l-1，这表明DWL和LP对斑马鱼具有高毒性，而由于CNS的纤维素与斑马鱼的日常饮食的水草组成相似，因此CNS对斑马鱼没有任何毒性。
图4. CNS对斑马鱼的毒性测试
在实际生活中，含有残留清洁剂的水往往也被用于农业灌溉，因此研究人员通过水培生菜实验检测CNS对水生植物的毒性，结果如图5所示，DO50没有影响植物的正常生长，植物的根叶生长旺盛，而LP和DWL组的植物叶子则很快枯萎，根部褐变。这表明研究人员所制备的CNS对植物同样表现出优异的生物相容性和低毒性。
图5.CNS对水培生菜的毒性测试
在本篇文章中，研究人员成功地将农业废料玉米芯转化为一种无毒可生物降解的环保型洗涤剂，与市售洗涤剂相比，研究人员制备的洗涤剂具有更高的清洁能力和可忽略的毒性，具有替代传统洗涤剂的潜力。我们相信，这项技术将为全球清洁剂行业的可持续发展提供新的方向，并且有望促进全球向更健康更可持续发展的社会过渡！
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41893-020-0501-1
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