一、农业生物质废弃物

生物质废弃物通常包括农业废弃物、林业废弃物、动物废弃物、工业废弃物、城市固体废弃物和食品加工废弃物等。以上生物质废弃物广泛用于提取天然聚合物或转化为增值应用的功能材料，其中研究最为广泛的就是农业生物质废弃物；常见的农业生物质废弃物主要包括农作物秸秆、玉米芯、稻壳、食用菌菌渣、藤条、甘蔗渣、坚果壳和果皮等，大部分农业生物质废弃物留在田间自然分解、露天焚烧、制炭，不仅效率低，而且会导致温室气体排放等环境污染严重和空气质量恶化等问题。因此，近年来除了饲料化、肥料化和基质化等传统的循环利用的资源化方式以外，还产生了新的资源化利用途径，包括能源化、生态化和材料化等。农业生物质废弃物转化为用于各种应用（例如医药、材料和食品包装等）的增值产品已逐渐引起人们的关注。

二、农业生物质废弃物材料化增值应用

农业生物质废弃物材料化增值应用研究主要包括两方面。一方面，侧重于提取天然聚合物方面的研究，例如纤维素、木质素、蛋白质、淀粉和果胶等，以上聚合物多数是从农作物秸秆、稻壳、玉米芯、食用菌菌渣、坚果壳和果皮等各种农业生物质废弃物中提取，其中提取的技术尤为关键，然后再将其用于制造具有潜在应用价值的生物材料、功能材料、包装涂层、水处理和超级电容器等。另一方面，农业生物质废弃物可以直接应用转化为碳基材料、新型吸附剂、催化剂载体、储能电极材料和功能复合材料等。

三、天然聚合物的提取及增值应用

天然聚合物基材料通常无毒、可生物降解且具有良好的生物相容性，从农业生物质废弃物中回收天然聚合物成为了聚合物合成的新趋势。从农业生物质废弃物中可以提取纤维素、木质素、蛋白质、淀粉和果胶等天然聚合物，以上天然聚合物可制备用于食品包装、建筑、纺织、工业生产和生物医学应用领域的各种薄膜和水凝胶等。

（一）纤维素

纤维素是植物中最丰富的天然聚合物，具有高强度、可再生和可生物降解的特点，农业生物质废弃物中提取的纤维素可用于生产纤维素纳米纤维，纤维素纳米晶体，纤维素纳米颗粒以及微晶纤维素等特殊结构的纤维素，些特殊结构具有轻质、优异的机械强度、生物相容性、生物降解性、可再生性、高比表面积和灵活的表面化学性质等优异的特性，其后续的化学修饰使其能够广泛应用于生物复合材料、生物医学工业、食品工业、化妆品、废水处理、建筑业、纺织业、乐器和电子工业等。

（二）木质素

木质素是形成植物细胞壁的关键结构材料，特别是在木材和树皮中，由于其芳香结构可增强强度和刚度。农业生物质废弃物中的木质素还可应用于如3D打印、药物、粘合剂组分、生物塑料原材料、纺织品中的抗菌剂、抗氧化剂、化妆品、填料、乳化剂、油漆、染料、增强剂、肥料、酚醛树脂和阻燃剂等产品的研发中。

（三）蛋白质

蛋白质对于生物精炼具有潜在的高附加值，因此，植物蛋白质的高效回收是农业生物质废弃物增值应用的关键。目前，农业生物质废弃物中提取的蛋白质具有很大的应用潜力，尤其是在可降解的生物材料领域和可循环利用的包装材料领域，除了蛋白质外还可以有效利用纤维素、淀粉、脂类和蜡等一些成分。有研究者指出，利用蛋白质生产塑料在经济上是可行的，并可减少工业废物的产生，且可用于食品包装、消费品，纺织、农业、汽车和建筑等领域，特别是在食品包装和农业塑料领域。此外，还可以用于吸附材料、活性剂（例如药物、抗菌剂、营养素等）的控制释放和生物医学应用（如作为组织工程的支架）等开发中。

（四）淀粉

马铃薯是继玉米、小麦和水稻之后最重要的粮食作物之一，马铃薯通常在采收后用于各种食品制品之前会去皮，马铃薯皮生物质中含有大量淀粉、酚类化合物、非淀粉多糖、木质素、蛋白质和一些脂质分子等活性成分，果皮中的淀粉是一种可生物降解的低成本天然聚合物并以两种形式存在，包括直链淀粉和支链淀粉。淀粉因具有良好的生物相容性和生物降解性且无毒，因此，淀粉基生物降解材料可应用于食品包装、制药、生物医学、聚合物行业、农业生产、造纸和电子设备等各个领域。

（五）果胶

果胶是一类广泛存在于植物细胞壁，以D-半乳糖醛酸通过α-1,4糖苷键连接而成的酸性杂多糖。从农业生物质废弃物中分离出的果胶，特别是已经商业化生产的苹果渣和柑橘皮果胶具有无毒、低成本、抗菌和抗炎特性，使其成为各种生物医学及制药领域包括皮肤和骨组织工程、伤口敷料和药物递送系统的基本材料，制备的果胶基材料具有良好的生物相容性和生物降解性。

四、农业生物质废弃物合成的功能材料

（一）吸附材料

农业生物质废弃物中的羧基、羟基、巯基和酰胺等官能团在吸附液体或天然气中的污染物方面起着重要作用，可直接利用未经处理的农业生物质废弃物对重金属进行吸附，这不仅可以降低吸附剂的生产成本，而且可以提高农业生物质废弃物的利用效率。

（二）催化材料

农业生物质废弃物不仅可以作为前驱体，制备热解催化剂，应用于有机固废热化学催化转化过程（如热解、气化和焦油重整等），以实现以废制废的目标；还可以用于制备光催化剂，利用花生壳制备碳纳米颗粒可有效催化若丹明B染料溶液在阳光照射下的光降解。马铃薯皮制备的光催化剂可有效吸附铁离子或降解亚甲基蓝。

（三）储能电极材料

各种农业生物质废弃物衍生的碳材料应用于超级电容器电极，包括活性炭、多孔碳材料、气凝胶、水凝胶、石墨烯和碳纳米管等。活性炭由于高表面积、高导电性、多功能性和相对较低的成本等优势广泛应用于超级电容器的储能电极材料。如香蕉废料、木薯皮废弃物、甘蔗渣、杏壳、葵花籽壳、咖啡内果皮、油茶壳、油棕空果串和花生壳等农业生物质废弃物均可作为双电层电容器电极的活性炭原料。

（四）复合材料

一般来说，两种或两种以上具有独特性能的组分可组成复合材料，而分离的单一组分却无法具有复合材料的性能。近年来，使用稻壳、甘蔗渣、秸秆、咖啡废料和玉米芯等农业生物质废弃物衍生的碳基材料生产环保复合材料成为其资源化利用的一个重要途径。稻壳灰、甘蔗渣灰、玉米秸秆灰、玉米芯灰和麦秸秆灰等具有高比表面积、丰富的二氧化硅含量和多孔微观结构，在建筑材料水泥中掺入以上农业生物质废弃物的灰渣能提高水泥的抗压强度、低渗透性和增强对氯化物渗透和酸侵蚀的抵抗力等优势。除了应用在建筑材料方面，农业生物质废弃物衍生的碳基复合材料还具有吸附性能。