《Bioresource Technology Reports》：Valorisation of cattail (
Typha) biomass: Fibre extraction, properties, and applications in sustainable material systems
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灯芯草纤维作为可持续材料，其提取工艺、力学性能及多领域应用潜力被系统综述。研究指出机械提取纤维性能波动大，而优化碱处理、酶解及复合工艺可将拉伸强度提升至1000MPa以上，纤维在复合材料中展现优异增韧效果，种子纤维因亲油疏水特性适用于油污吸附和保温材料。但存在标准化测试缺失、供应链不完善等产业化障碍。
Bethwel Kipchirchir Tarus | Tusekile Said Alfredy | Josphat Igadwa Mwasiagi | Yusufu Abeid Chande Jande
莫伊大学制造、工业与纺织工程系，肯尼亚埃尔多雷特，邮政信箱3900
摘要
香蒲植物（Typha属）是一种低成本、可再生且多功能性的天然纤维资源，在可持续和循环材料系统中具有巨大潜力。本文综述了香蒲纤维的提取方法、性能特点及其应用前景。纤维的来源和提取工艺是影响其微观结构和性能的关键因素。机械提取方法得到的纤维质量波动较大，而优化后的碱处理、酶处理及混合处理方法显著提升了纤维质量。未经处理的香蒲叶纤维和茎纤维的抗拉强度低于100 MPa，而在优化处理条件下可超过1000 MPa。在特定性能指标方面，优化处理的香蒲叶/茎纤维与传统纤维相比具有竞争力，尽管其性能仍存在一定波动。在复合材料中，香蒲纤维可作为有效的轻质增强材料，提高机械性能、能量吸收能力和减震效果。尽管香蒲籽纤维的抗拉强度有限，但其出色的体积弹性和疏水性使其适用于绝缘、缓冲、过滤和吸油等应用。总体而言，香蒲纤维是一种性能多样化的材料，其性能受提取方法的影响，这进一步凸显了其作为下一代可持续材料的潜力。
引言
长期以来，天然纤维在人类文明中发挥了重要作用，为纺织品、建筑、包装以及各种手工艺品提供了必要的原材料（Behera等人，2025b）。近年来，由于对石油基合成纤维和塑料的环境担忧日益增加，人们对天然纤维的兴趣重新兴起（Islam等人，2022；Islam等人，2025b；Nagaraja等人，2024）。与传统合成纤维相比，天然纤维具有可再生性、生物降解性、环境友好性，并具备多种性能优势。纤维表面改性和复合材料加工技术的进步进一步推动了天然纤维的应用，显著提升了生物基材料的机械可靠性和功能性能（Behera等人，2025a；Kurien等人，2023a）。天然纤维的应用范围涵盖了传统纺织、医疗保健、组织工程、环境修复和生物基复合材料等领域（Fan等人，2018；Koz?owski和Mackiewicz-Talarczyk，2020；Kumar和Saxena，2025；Mukherjee等人，2023；Muntongkaw等人，2021；Nagaraja等人，2024；Prasad等人，2024；Shanmugam等人，2021）。此外，由于天然纤维增强复合材料具有低能耗、可再生性和使用后的生物降解性，它们在可持续材料工程中变得越来越重要。
尽管天然纤维生产技术有所进步，但许多传统天然纤维仍面临供应限制，并与食品产业存在竞争，因此需要探索替代来源（Behera等人，2025a；Kurien等人，2023a；Pickering等人，2016）。在植物基纤维这一大类中，非传统和未充分利用的植物种类因其能够丰富纤维原料来源并支持可持续发展而受到关注（Karimah等人，2021；Pattnaik等人，2024；Raja等人，2025）。最近的研究强调了来自快速再生、低投入生物质资源的纤维的战略重要性，尤其是那些来自边际土地或水生生态系统的资源（Behera等人，2025c）。香蒲植物（Typha属）就是其中一种有前景的结构性和功能性天然纤维来源。
Typha属是一种多年生半水生植物，广泛分布于温带和热带地区，常见于湿地、沼泽和河岸（Bansal等人，2019；Kadlec和Wallace，2008）。其生长迅速、生物量产量高，并能适应退化或营养丰富的水环境，使其成为具有生态重要性的物种（Gotore等人，2021；Sandoval-Herazo等人，2021；Stewart等人，2023；Zorai等人，2022）。香蒲纤维历史上被用于制作垫子、篮子和草屋顶，近年来在工程应用领域受到越来越多的关注（图S1），包括复合材料、绝缘材料、吸附介质、油污清理、声学应用和水处理（Parvin等人，2025）。
香蒲的多功能性源于其独特的纤维特性：粗壮的叶纤维具有优异的强度，适用于结构应用；而细软的籽纤维则具有较大的表面积、亲油性和疏水性（Parvin等人，2025；Prasad等人，2024；Schuck，2023）。香蒲叶纤维富含纤维素和半纤维素，因此具有良好的机械性能，并且与聚合物基体相容性好，适合作为复合材料的增强材料（Dieye，2019；Kannan等人，2025a；Mbeche等人，2020）。相比之下，香蒲籽纤维密度低，结构类似竹子，表面具有蜡质疏水性，因此可作为热绝缘体和声绝缘体，以及用于环境修复的亲油吸附剂（Khan，2021；Parvin等人，2025；Xu等人，2020）。
从全球可持续性的角度来看，利用香蒲纤维具有诸多优势。其种植可以结合湿地保护和入侵物种控制计划，从而同时促进生物多样性和水质改善（Alufasi等人，2022；Bansal等人，2019；Grosshans等人，2011）。此外，香蒲的快速生长特性使其能够大规模生产而不会挤占粮食作物用地（Zorai等人，2022）。香蒲植物还能吸收碳并清除富营养化水体中的多余营养物质，进一步提升了其生态价值（Tanner，2001）。这种多功能性符合当代可持续性框架的要求，这些框架强调生态系统服务、资源效率和材料循环性是下一代纤维资源的关键标准（Behera等人，2025a；Kannan等人，2025a；Kurien等人，2026）。然而，香蒲的商业化进程受到收获物流、纤维提取技术、供应链缺失以及行业标准和市场发展不足的制约（Nagaraja等人，2024）。
与亚麻、黄麻和大麻等传统韧皮纤维相比，香蒲纤维在表征、工艺优化和生命周期评估方面仍研究不足（Parvin等人，2025）。由于物种差异、生长条件和提取方法的不同，纤维质量存在较大波动，难以建立可靠的性能基准（Admas和Assefa，2025；Hossain等人，2024；Rezig等人，2025；Shadhin等人，2022）。其他新兴天然纤维也面临类似挑战，这表明需要系统性的研究来建立加工参数与结构-性能关系及最终用途性能之间的联系（Kannan等人，2025b；Kurien等人，2023b）。
尽管人们对香蒲纤维的兴趣日益增加，现有研究仍较为分散。大多数研究要么专注于用于建筑和复合材料的叶/茎纤维，要么专注于用于吸附的籽纤维，缺乏将这两种纤维类型整合到统一可持续性框架中的尝试。此外，由于物种、收获阶段和提取工艺的不同，报道的纤维性能差异较大，直接比较较为困难。很少有研究将提取方法、纤维结构、机械性能和最终用途功能联系起来。此外，技术和经济因素以及循环性考虑通常仅通过定性讨论而非结构化比较进行分析。这些差距限制了实验室成果向可扩展、可持续材料系统的转化。因此，需要对香蒲纤维的生产、性能、应用及其可持续性影响进行综合分析，以明确其作为下一代天然纤维资源的真正潜力。
因此，本文分析了香蒲纤维的提取方法、物理、化学和机械性能，并探讨了其在纺织品、复合材料、建筑和环境修复中的应用。通过识别关键挑战和机遇，本文旨在为未来的研究方向、技术发展和政策框架提供参考，以支持香蒲纤维在循环经济中的可持续利用。
部分摘录
香蒲“Typha”植物
Typha属包含约30个物种，主要研究的物种包括T. latifolia（宽叶香蒲）、T. angustifolia（窄叶香蒲）和T. domingensis（南香蒲）（表1）。香蒲植物（图1a）的许多部分（图1b）都具有实用价值，长期以来因其材料、营养和药用价值而受到人类社会的重视（Bansal等人，2019）。该植物生长在温带到热带的湿地环境中
香蒲纤维
随着对可持续和可再生纤维资源的关注度增加，香蒲作为一种潜在的天然纤维资源受到了更多关注。香蒲植物能产生高生物量，其叶子和茎部含有适合多种应用的纤维结构（Parvin等人，2025）。香蒲植物提供两种类型的纤维：来自茎和叶子的富含纤维素和半纤维素的结构纤维（图2a），以及高度疏水的籽毛（Cao等人，2016；Manimaran等人，2022）。
香蒲纤维的提取与加工
香蒲纤维的加工通常在收获后进行，包括一系列系统化的步骤（图3），这些步骤需要精心管理以确保纤维质量和高效提取（Hasan等人，2022）。从香蒲植物中提取叶/茎纤维的过程与传统的韧皮纤维提取方法类似，即通过分离纤维素束与周围组织来获取纤维（Sadrmanesh和Chen，2019）。然而，香蒲的解剖结构特点
化学组成
香蒲纤维属于木质纤维素纤维，含有纤维素、木质素、半纤维素、果胶以及蜡和灰分等成分（Hafez等人，2025）。与亚麻和黄麻等天然植物纤维一样，香蒲纤维的化学组成会因物种、环境条件和加工方法的不同而有所差异（Hossain等人，2024；Pandey等人，2022；Parvin等人，2025）。
纺织品
历史上，香蒲的叶子被用于编织垫子、篮子和草屋顶（Mitich，2000）。现代香蒲的应用扩展到了纺织品领域，通过机械或化学方法提取纤维素束，然后与其他天然或合成纤维混合用于织物制造（Chakma等人，2017；Khan，2021）。对香蒲叶纤维的加工表明，它们具有良好的吸湿性、平均直径和热性能
香蒲纤维生产的可持续性、循环性和技术经济可行性
将香蒲纤维开发为具有商业价值的材料不仅取决于其技术性能，还取决于成本竞争力、可扩展性和环境可持续性。结合技术经济分析（TEA）和生命周期评估（LCA）的多标准评估对于投资和政策决策至关重要。特别是关于纤维提取的可持续性指标，包括水资源消耗、废水排放、化学品使用量和能源消耗等
展望
香蒲纤维研究的一个核心瓶颈是缺乏统一的测试协议。应报告的重要参数包括纤维长度/直径分布、规格长度、湿度历史以及单纤维测试的Weibull参数，还有复合材料界面剪切强度和在控制相对湿度下的动态机械分析（Parvin等人，2025；Shadhin等人，2022；Shadhin等人，2023；Shadhin等人，2021）。
结论
本文探讨了香蒲纤维作为低成本、可再生和多功能材料的潜力，及其在可持续系统中的应用。文章强调了纤维来源、提取方法、化学组成和微观结构特征如何共同影响香蒲纤维的机械、物理和功能性能，以及它们在不同应用中的适用性。未经处理的香蒲叶和茎纤维的机械性能
CRediT作者贡献声明
Bethwel Kipchirchir Tarus：撰写——综述与编辑、初稿撰写、可视化、验证、项目管理、方法论研究、资金获取、数据分析、概念构建。
Tusekile Said Alfredy：撰写——综述与编辑、可视化、验证、数据分析、概念构建。
Josphat Igadwa Mwasiagi：撰写——综述与编辑、可视化、验证、监督、数据分析、概念构建。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本项工作得到了PASET区域奖学金和创新基金的财政支持。本文表达的观点不一定反映捐赠者的立场。
