《Bioresource Technology Reports》：UV-C assisted reduction of electrical conductivity in coir pith: Influence of moisture content and structural transformations
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椰糠电导率通过紫外-C辐照与控湿协同处理降低，优化条件（60min UV，30ml水分）使EC下降27.4%，机理涉及表面氧化与离子迁移，并通过SEM/EDX、FTIR、XRD等验证材料改性。
乌马拉克希米·卡拉亚姆库达斯·苏布兰（Umalakshmi Kalayamkudath Subran）| 阿贝什·雷古瓦兰（Abesh Reghuvaran）| 苏贾·普鲁索塔曼·德维普里亚（Suja Purushothaman Devipriya）| 萨尤杰·科亚帕拉特（Sayuj Koyyappurath）
印度科钦科技大学（Cochin University of Science and Technology）环境研究学院，科钦，682022
摘要
椰壳纤维（coir pith）是椰子产业产生的木质纤维素副产品，由于其中含有可溶性盐分导致其具有较高的电导率（EC），因此未能得到充分利用。开发无化学物质且资源高效的预处理方法对于实现其可持续利用至关重要。本研究探讨了使用紫外线-C（UV-C）照射（254纳米）结合控制湿度的方法，以降低椰壳纤维的电导率。样品在0–40毫升的水分条件下暴露于UV-C光照下，时间范围为0–90分钟。UV照射时间和水分含量均对电导率有显著影响（p < 0.05），最佳条件（60分钟UV照射，30毫升水分）下电导率降低了27.4%（从2.30 dS m?1降至1.67 dS m?1）。扫描电子显微镜（SEM）观察发现UV处理后表面出现裂纹和纤维化现象，能量色散X射线光谱（EDX）、离子色谱（IC）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析显示可溶性Na?、K?和Cl?离子含量大幅减少。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示木质素和半纤维素官能团发生氧化和降解，X射线衍射（XRD）显示结晶度指数下降了39%（从39%降至34%），表明部分结构发生了松弛。电导率的降低归因于UV诱导的表面氧化以及水分辅助的离子迁移，而非聚合物本身的降解。虽然未直接测量UV-C的剂量，但参考了文献中报道的剂量范围以说明作用机制。总体而言，在控制湿度的条件下进行UV-C处理为降低椰壳纤维电导率提供了一种无化学物质的方法，并显示出具有节水性和可扩展性的潜力，有待进一步的小规模验证。
引言
椰子（Cocos nucifera L.）是一种重要的种植作物，在热带和亚热带国家广泛种植。它是支撑农村和工业经济的重要作物。在椰纤维生产过程中，会产生大量椰壳纤维废料（也称为椰棕纤维或椰壳粉尘），约占椰子外壳中含纤维物质的50–70%。在印度、斯里兰卡和菲律宾等热带国家，这些废料处理成为一个严重环境问题，因为它们通常被堆积在露天环境中。这不仅占用土地，还会因释放颗粒物、含单宁的液体和酚类物质而污染土壤和水源（Reghuvaran和Ravindranath，2013年）。
椰壳纤维因其高持水能力、多孔性和透气性以及可生物降解性，被认为是一种适用于园艺、水培和苗圃的环保替代材料（Abad等人，2005年）。然而，由于其成分中的盐分（如钠离子Na?、钾离子K?、钙离子Ca2?、镁离子Mg2?、氯离子Cl?、硫酸根离子SO?2?和硝酸根离子NO??）导致的高电导率（EC），使其作为栽培介质存在重大缺陷（Priya等人，2017年）。较高的电导率会对种子发芽和植物生长产生不利影响，表现为渗透压胁迫、水分和养分吸收受阻以及根际pH值失衡（Gougoulias等人，2013年）。因此，降低椰壳纤维的电导率是使其适合农业使用并符合环保要求的关键步骤。
为降低电导率，以往的研究尝试了多种物理化学和生物方法。常见的水浸或洗涤方法虽然能有效溶解其中的盐分，但耗水量大且效率低下，不适合大规模应用（Paramanandham等人，2013a；Ross等人，2010年）。化学方法（如酸或碱处理或浸出）虽然能去除离子，但会破坏材料结构并在椰壳纤维中留下残留物。相比之下，利用真菌或细菌等微生物的生物方法被认为是环保的处理方式，但处理时间较长（Narendar等人，2014年；Reghuvaran和Ravindranath，2014年）。因此，亟需一种安全、简便、经济且节能的新处理工艺。
在这些新方法中，UV照射是一种清洁且可持续的物理技术，具有巨大潜力。在足够高的累积照射剂量下（约1–5 J/cm2，相当于1000–5000 mJ/cm2），UV-C（254纳米）照射可引起有机多糖的光氧化修饰和链断裂。针对含纤维素聚合物系统的实验研究表明，这种处理会导致O-H、C-H和C-O键相关的FTIR谱带发生变化（Bhajantri和Rathod，2015年）。剂量研究指出，约1000 mJ/cm2（约1 J/cm2）的表面辐射剂量在UV-C处理中通常被视为高剂量范围（Abdalrhman等人，2021年）。这种处理会引发光化学和光降解反应，导致表面材料氧化，并在控制湿度条件下促进可溶性离子的浸出（Tomasich等人，2025年）。UV与湿度的共同作用可能加速电导率的降低，并改变椰壳纤维表面的反应性。该技术无需化学试剂，适用于各种规模的处理过程（Karmegam等人，2021年）。尽管本研究未直接测量UV-C剂量，但引用文献中的剂量范围仅供参考。
然而，关于UV辅助处理对椰壳纤维影响的研究主要集中在照射时间和水分含量方面（Ghosh等人，2007年）。目前的大多数研究侧重于热处理或生物处理，较少关注利用紫外线进行物理降解和离子去除。此外，尚不清楚UV如何影响椰壳纤维的微观和分子结构（Narendar等人，2014年；Reghuvaran和Ravindranath，2010年）。
紫外线（UV）照射能在天然和聚合物材料中引发光氧化反应，主要是通过表面有限的色素激发和自由基形成过程（Andrady等人，2023年）。近期综述强调了温和的物理化学处理（包括基于UV的方法）作为木质纤维素生物质可持续预处理策略的潜力（Ali等人，2024年；Nair和Verma，2025年）。针对竹子和木材等木质纤维素材料的研究表明，UV照射优先影响富含木质素的区域，导致色素降解、芳香结构氧化和表面微观结构变化（Dzurenda等人，2022年；Rao等人，2022年）。
为填补这些研究空白，本研究探讨了UV处理和水分含量对椰壳纤维电导率及物理化学性质的协同效应。最近在有机材料处理过程中控制水分和体积密度的操作规模研究为电导率稳定提供了实践依据（Santos等人，2025年）。为分析UV处理后的物理化学变化，本研究采用了多种技术，包括扫描电子显微镜和能量色散光谱（SEM/EDX）分析功能基团、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析结晶变化、X射线衍射（XRD）分析结晶度、元素分析（CHNS）分析元素组成、离子色谱（IC）分析阴离子浓度以及电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析阳离子（Jana和Boxi，2022年）。
本研究旨在了解UV照射时间和水分含量如何影响椰壳纤维的电导率，并通过先进仪器分析研究表面和成分变化。同时，还试图找到最佳UV辐射和水分组合，以最大程度降低电导率，同时保持椰壳纤维的结构完整性和功能特性。
传统的椰壳纤维电导率降低方法主要依赖反复水洗（物理去除可溶性盐分）或生物处理（微生物降解有机成分并改变离子组成）。相比之下，本研究采用了一种根本不同的物理化学途径，即UV-C照射诱导木质纤维素基质的光化学修饰。这一过程改变了表面官能团，促进局部氧化，调整了离子的结合和迁移能力，从而在水提取前就减少了可溶性离子的含量。
本研究揭示了利用UV物理处理作为无毒且经济可行的方法来提高椰壳纤维的农业利用价值，并为椰子产业实施循环经济实践提供了重要思路（Reddy，2019年）。
样本采集与制备
本研究使用的椰壳纤维样本来自印度喀拉拉邦阿拉普扎区的一家当地椰子工厂。新鲜采集的样本经过72小时风干、清洗后进行处理，并储存在密封的聚乙烯袋中，置于室温下。
水分处理
通过向烘烤干燥后的椰壳纤维样本（重量5克）中添加不同量的蒸馏水（0、10、20、30和40毫升），然后将其放置在干净的玻璃培养皿中，从而改变样本的水分含量。
UV照射和水分对电导率的影响
椰壳纤维的电导率（EC）随UV照射时间和水分含量的增加而持续降低。对照组样本（0分钟，0毫升）的电导率最高（约为2.30 dS m?1），而水分含量为30–40毫升、照射时间为60分钟的样本电导率最低（平均约为1.67–1.72 dS m?1），降低了25–27%。本研究未直接测量UV-C剂量，这是研究的一个局限性。
结论
本研究表明，紫外线照射结合最佳水分处理可以有效降低椰壳纤维的电导率，使其适合农业用途。在最佳处理条件下（60分钟UV照射和30毫升水分），电导率降低了27.4%。
作者贡献声明
乌马拉克希米·卡拉亚姆库达斯·苏布兰（Umalakshmi Kalayamkudath Subran）：撰写初稿、软件使用、方法设计、数据分析、概念构建。阿贝什·雷古瓦兰（Abesh Reghuvaran）：撰写与编辑、结果验证、研究监督。苏贾·普鲁索塔曼·德维普里亚（Suja Purushothaman Devipriya）：撰写与编辑、研究监督。萨尤杰·科亚帕拉特（Sayuj Koyyappurath）：撰写与编辑。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写过程中，作者使用了ChatGPT 4o来提高手稿的可读性和语言表达。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审核和编辑，并对发表文章的内容负全责。
资金来源
本研究得到了喀拉拉邦政府提供的“e-Grants for Scheduled Caste Students”奖学金计划的支持（学生编号：2742473）。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢在研究和撰写本文过程中获得的所有支持和帮助。特别感谢同事和同行提供的宝贵意见和反馈。作者衷心感谢喀拉拉邦政府通过SC-ST支持计划（e-Grants）为乌马拉克希米·K·S女士提供的研究奖学金。同时，我们也感谢喀拉拉邦科钦的CUSAT提供的先进分析仪器设施（SAIF）在仪器和技术支持方面的帮助。
