《Industrial Crops and Products》：Sustainable utilization of distiller’s dried grains with solubles: Ammonium polyphosphate bonded particleboard with enhanced strength and flame retardancy
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为解决白酒行业每年产生超亿吨酒糟固废(DDGS)带来的环境压力，本研究创新性地采用无机黏合剂聚磷酸铵(APP)直接粘结DDGS制备颗粒板。结果表明：优化配方DB-APP4的静曲强度达12.48 MPa、弹性模量2221.65 MPa，满足ISO 16978:2003标准；同时APP催化形成表面致密炭层并保持生物质多孔特性，使材料阻燃等级达到B1级。该研究为DDGS高值化利用提供了兼具机械强度与防火安全性的产业化新路径。
中国白酒产业在传承千年酿酒工艺的同时，也面临着巨大的环境挑战——每生产1斤白酒就会产生3斤酒糟。据统计，2023年中国白酒产量达4492万千升，随之产生的酒糟固废(DDGS)已超过1亿吨。这些富含蛋白质、粗纤维等营养成分的副产物极易腐败变质，若处理不当将造成严重的环境污染。传统处理方式如动物饲料加工、堆肥发酵或生物质燃料制备，普遍存在处理不彻底、附加值低、能耗高等局限性。
为突破DDGS资源化利用的瓶颈，四川大学研究人员在《Industrial Crops and Products》发表最新研究，创新性地采用无机黏合剂聚磷酸铵(APP)直接粘结DDGS制备高性能颗粒板。该研究针对DDGS中新增粮与残留粮因发酵周期差异导致的纤维素反应活性不均问题，通过APP的自缩合反应增强范德华力吸附，避免了传统树脂黏合剂对原料反应活性的依赖，为大规模消纳酒糟固废提供了新思路。
研究团队通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术解析了磷酸盐与DDGS蛋白质的相互作用机制，采用热重-红外联用(TG-IR)、锥形量热测试(CCT)等评价体系综合评估材料性能。实验以泸州老窖提供的DDGS为原料，通过热压成型工艺制备不同磷酸盐改性的颗粒板，系统比较了APP、缩合磷酸铝(CAP)和聚磷酸镁(MPP)对材料性能的影响。
3.1 磷酸盐与DDGS蛋白质相互作用研究
研究发现三种磷酸盐均能通过不同机制提升DDGS蛋白质溶液粘度：APP中铵离子与蛋白质羧基形成C-N键；CAP中Al3?与蛋白质发生配位反应；MPP则主要与酰胺基团作用。其中APP诱导的分子链缠绕现象最显著，为后续颗粒板成型提供了理想的流变学特性。
3.2 磷酸盐对DDGS颗粒板物化性能的影响
力学性能测试表明，添加4%APP的DB-APP4样品综合性能最优，其静曲强度(MOR)达12.48 MPa，弹性模量(MOE)2221.65 MPa，内结合强度(IBS)0.56 MPa，厚度膨胀率(TSR)降至5.53%。而CAP因Al3?催化降解纤维素糖苷键，反而导致板材强度下降。接触角测试显示APP改性后材料疏水性提升，水滴渗透时间从422秒延长至632秒。
3.3 磷酸盐对DDGS颗粒板阻燃性能的提升
阻燃测试中DB-APP4极限氧指数(LOI)达33.0%，垂直燃烧达到UL-94 V-0级。TG-IR分析表明APP有效抑制了CO2、CO等可燃气体释放，CCT测试残炭表面形成致密连续炭层，内部保留生物质多孔结构，兼具物理屏障和热绝缘作用。拉曼光谱证实APP促进炭层石墨化，ID/IG比值降低表明炭层有序度提高。
3.4 磷酸盐改性机制深入研究
XPS分析发现热压过程中APP发生自缩合反应，非桥氧(NBO)向桥氧(BO)转化，增强了与DDGS的范德华力耦合。动态力学分析(DMA)显示DB-APP4储存模量升高、损耗因子降低，证明交联密度增加。电镜观测证实APP改性炭层具有"表面致密-内部多孔"的梯度结构，这是实现高效阻燃的关键。
该研究首次系统阐明了不同阳离子磷酸盐在DDGS颗粒板中的协同作用机制，证实APP通过自缩合增强界面吸附、催化成炭双重路径，同步提升材料的机械强度和防火安全性。所开发的DB-APP4不仅满足国际颗粒板标准，更达到建筑材料B1级阻燃要求，为白酒酿造固废的高值化利用提供了理论依据和技术支撑。这种"以废治废"的创新策略，既缓解了白酒产业的环境压力，又为生物质材料在建筑、家具等领域的应用拓展了安全边界，对推动循环经济发展具有重要示范意义。
