利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法，属于生物技术领域。本发明专利技术采取碱液预提取半纤维素及预抽提灰分无机盐；酶法水解蛋白质及淀粉；碱溶提取木质素和剩余半纤维素；双氧水与有机溶剂分步脱除残余半纤维素、木质素及溶出脂肪类物质；蒸煮锅内保持惰性气体环境以防止溶解浆等组份的氧化反应、乙酰基的酯化反应等；较低蒸煮温度以避免溶解浆等组份高温下的剥皮反应、脱水反应、水解反应等；惰性气体提供较高压力保证了碱液对秸秆细胞壁间的有效渗透等七大技术措施，得到了非常优质的秸秆溶解浆。本发明专利技术最大程度地对秸秆进行综合利用，溶解浆、半纤维素、木质素的提取率高、完整性好、质量高，同时可得到液态肥。

【技术实现步骤摘要】
利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法
本专利技术涉及生物
，特别涉及一种利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法。
技术介绍
溶解浆是高纯度的精制纤维素浆，主要用于生产高端纸张、粘胶纤维（人造丝）等再生纤维素纤维、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素等纤维素衍生物等。目前，制备溶解浆的原料主要是棉短绒和木材。由于棉短绒的价格和供应不稳定以及我国森林资源的严重匮乏等因素，利用其它纤维素资源替代木材和棉短绒制备溶解浆，对我国而言已是刻不容缓，而且具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。我国每年可收获作物秸秆9亿多吨。所述秸秆包括小麦、玉米、水稻、棉花、高粱、（亚）麻类、大豆、花生、薯类、瓜类等农作物及苜蓿、沙打旺等牧草收获籽实后剩余的茎、叶、皮（壳）、蔓藤（秧）等以及甘蔗（渣）、玉米芯、芦苇等。据测定，秸秆含有的纤维素总量占其干重的质量分数平均达到30~49%，如稻草中纤维素的质量分数达到39.12%、棉花秸秆中纤维素的质量分数达到43.74%、甘蔗渣中纤维素的质量分数达到46%，等等。秸秆提供了天然纤维素的丰富来源，因而是制备溶解浆潜在的优良原材料。除纤维素以外，秸秆还含有15~25%质量分数的半纤维素以及12.5~28%质量分数的木质素。因此，本专利技术在制备溶解浆之外还可以联产半纤维素、木质素以及液态肥，大大提高了秸秆原料的利用效率；而且生产废水得到了充分利用，无任何排放。不同于纸浆，溶解浆对纤维浆粕的形态和强度没有要求，但是对纤维的聚合度和化学纯度，特别是α-纤维素含量和白度有较高的要求。溶解浆级别一般以α-纤维素含量来划分：α-纤维素含量低于90%的为低级溶解浆，在90%~95%之间的为中级溶解浆，而超过95%的则为高级溶解浆。正是看到了作物秸秆资源的丰富及其蕴藏着的巨量天然纤维素，国内外不同机构及专业人士对利用秸秆纤维素制备溶解浆的工艺、方法等进行了许多研究。中国专利CN1143699A公开了一种制备麦秆人造纤维溶解浆的方法。该方法是将麦秆在压力0.8~1MPa、温度175℃、液比1∶5的条件下预水解，洗涤、浓缩30~35%后再蒸煮、洗选、漂白等，制得含α-纤维素93~98%的人造纤维溶解浆。中国专利CN101058953A公开了一种采用玉米秸秆制备漂白溶解浆的方法。将玉米秸秆碱液浸渍处理后采用一次蒸煮、三次升温的方式碱法制浆，包括原料备料、浸渍、投料、蒸煮、洗料、打浆、前精选、氯碱化、漂白、酸处理、水洗、后精选、抄浆后制得成品浆等。二个专利只是简单的制浆，没有将经济附加值更高的半纤维素、木质素等综合利用起来，因而未能高效利用秸秆资源，且造成一定的环境污染。中国专利CN102268833A公开了一种利用农作物秸秆蒸汽爆破预水解硫酸盐法制备溶解浆的方法。利用蒸汽爆破和水洗预先脱除大约80%的半纤素、10%的木质素和72%的无机盐，并通过机械梳分将优质长纤维和短纤维分离，解决了农作物秸秆纤维短小、不均一性突出以及灰分含量高的难题。该方法突出之处在于制备溶解浆的同时综合利用了秸秆中的木质素；但对半纤维素更多的是采取预水解脱除而不是预提取利用的办法，因而未能充分利用半纤维素这一宝贵资源，且给环境带来了新的污染。另外，现有技术中采用秸秆制备溶解浆，使用了酸性介质或酸性助剂，溶解浆与木质素会发生水解反应与剥皮反应，不能保证产品的完整性和高质量。
技术实现思路
为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法。本专利技术的技术方案为：一种利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法，包括步骤：1）秸秆经去杂、除尘、揉丝、切段、水洗后置入蒸煮锅；2）向蒸煮锅中加入秸秆质量1-20倍的水，加入碱至碱液质量浓度为1-10%；通入蒸汽至蒸煮锅内升温至60-100℃，向蒸煮锅中通入惰性气体，将蒸煮锅内空气排净；然后间歇性向蒸煮锅内通入蒸汽以及惰性气体，以维持蒸煮锅内温度为60-100℃、压力为0.5-1MPa，保温保压10-120分钟；3）将蒸煮锅内的物质释放出来，并转移至研磨磨中研磨；4）固液分离，得滤渣一和滤液一；5）将滤渣一置入蒸煮锅，向蒸煮锅中加入滤渣一质量1-20倍的水并通入惰性气体，加入复合蛋白酶，间歇1-3分钟，继续通入惰性气体，酶解10-80分钟；随后加入常温型α-淀粉酶，酶解10-80分钟；然后通入蒸汽升温至60-70℃，保温2-20分钟灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶，所述常温型α-淀粉酶的适宜温度为22-35℃；6）灭酶后，向蒸煮锅中加入碱至碱液质量浓度为5-25%，通入惰性气体排净蒸煮锅内空气，通入蒸汽至蒸煮锅内温度升至80-120℃，间歇性通入惰性气体和蒸汽，以维持蒸煮锅内温度为80-120℃、压力为1-2MPa，保温保压20-180分钟；7）将蒸煮锅内的物质释放出来，固液分离，得滤渣二和滤液二；8）将滤渣二置入漂白罐，加入滤渣二质量1-10倍的水，加入双氧水至双氧水的质量浓度为0.1%-0.5%，通入惰性气体排净漂白罐内空气，升温至50-80℃，间歇1-3分钟，继续通入惰性气体1-2分钟，保温10-120分钟；9）继续向漂白罐中加入双氧水，至双氧水的质量浓度为2%-5%，漂白处理；10）将漂白罐中的物质释放出来，固液分离，并用梯度浓度的碱液洗涤所得滤渣，得滤渣三和滤液三；11）将滤渣三置于醇洗罐中进行醇洗，最后用纯水洗涤，得滤渣四；12）滤渣四经干燥、粉碎，即得溶解浆成品；其中干燥温度小于120℃；13）向所述滤液一中加入滤液一体积1-10倍的乙醇，搅拌后稳定1-3小时，分离得滤渣五和滤液五；14）滤渣五采用稀碱液溶解，然后加入乙醇，搅拌后稳定至沉淀析出完全，分离沉淀与清液；15）步骤14）所得沉淀重复步骤14）的操作若干次，最终分离得滤渣六和滤液六；16）滤渣六经干燥粉碎得半纤维素成品；17）采用稀酸调节滤液二的pH为4-6，析出固体，固液分离，得滤渣七和滤液七；滤渣七经干燥粉碎得木质素成品；18）滤液三、滤液四、滤液七混合，经调节pH=6.5后，作为液态肥。作为优选方案，步骤5）中，所述微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌的获取步骤具体为：将地衣芽孢杆菌的培养液置于微波发生器，设置微波功率为850-950W，脉冲频率为2300MHz，微波处理20s，冷却20s，依此往复25-35次；将微波处理后的培养液涂布在固体培养基上，30℃条件下培养1-2天，由存活下来的菌落中筛选四株常温下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢杆菌的变异菌株。进一步地，选出常温下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢杆菌的变异菌株扩大培养，从而获得所述常温型α-淀粉酶。采用该方法获得的常温型α-淀粉酶，在常温下即可高效酶解淀粉，既降低了能耗，又避免了副反应的发生。作为优选方案，所述复合蛋白酶中具备内肽酶活性的碱性蛋白酶与具备端肽酶活性的蛋白酶K的比例为1:1-3；所述复合蛋白酶的加入量满足每千克干基秸秆400-800U，所述常温型α-淀粉酶的加入量满足每千克干基秸秆300-700U。作为优选方案，步骤10）中，所述梯度浓度的碱液包括质量浓度分别为10%、6%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法，其特征在于，包括步骤：1）秸秆经去杂、除尘、揉丝、切段、水洗后置入蒸煮锅；2）向蒸煮锅中加入秸秆质量1‑20倍的水，加入碱至碱液质量浓度为1‑10%；通入蒸汽至蒸煮锅内升温至60‑100℃，向蒸煮锅中通入惰性气体，将蒸煮锅内空气排净；然后间歇性向蒸煮锅内通入蒸汽以及惰性气体，以维持蒸煮锅内温度为60‑100℃、压力为0.5‑1MPa，保温保压10‑120分钟；3）将蒸煮锅内的物质释放出来，并转移至研磨磨中研磨；4）固液分离，得滤渣一和滤液一；5）将滤渣一置入蒸煮锅，向蒸煮锅中加入滤渣一质量1‑20倍的水并通入惰性气体，加入复合蛋白酶，间歇1‑3分钟，继续通入惰性气体，酶解10‑80分钟；随后加入常温型α‑淀粉酶，酶解10‑80分钟；然后通入蒸汽升温至60‑70℃，保温2‑20分钟灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α‑淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α‑淀粉酶，所述常温型α‑淀粉酶的适宜温度为22‑35℃；6）灭酶后，向蒸煮锅中加入碱至碱液质量浓度为5‑25%，通入惰性气体排净蒸煮锅内空气，通入蒸汽至蒸煮锅内温度升至80‑120℃，间歇性通入惰性气体和蒸汽，以维持蒸煮锅内温度为80‑120℃、压力为1‑2MPa，保温保压20‑180分钟；7）将蒸煮锅内的物质释放出来，固液分离，得滤渣二和滤液二；8）将滤渣二置入漂白罐，加入滤渣二质量1‑10倍的水，加入双氧水至双氧水的质量浓度为0.1%‑0.5%，通入惰性气体排净漂白罐内空气，升温至50‑80℃，间歇1‑3分钟，继续通入惰性气体1‑2分钟，保温10‑120分钟；9）继续向漂白罐中加入双氧水，至双氧水的质量浓度为2%‑5%，漂白处理；10）将漂白罐中的物质释放出来，固液分离，并用梯度浓度的碱液洗涤所得滤渣，得滤渣三和滤液三；11）将滤渣三置于醇洗罐中进行醇洗，最后用纯水洗涤，得滤渣四；12）滤渣四经干燥、粉碎，即得溶解浆成品；其中干燥温度小于120℃；13）向所述滤液一中加入滤液一体积1‑10倍的乙醇，搅拌后稳定1‑3小时，分离得滤渣五和滤液五；14）滤渣五采用稀碱液溶解，然后加入乙醇，搅拌后稳定至沉淀析出完全，分离沉淀与清液；15）步骤14）所得沉淀重复步骤14）的操作若干次，最终分离得滤渣六和滤液六；16）滤渣六经干燥粉碎得半纤维素成品；17）采用稀酸调节滤液二的pH为4‑6，析出固体，固液分离，得滤渣七和滤液七；滤渣七经干燥粉碎得木质素成品；18）滤液三、滤液四、滤液七混合，调节pH=6.5后，作为液态肥。...

【技术特征摘要】
1.一种利用作物秸秆制备溶解浆及其它高附加值产品的方法，其特征在于，包括步骤：1）秸秆经去杂、除尘、揉丝、切段、水洗后置入蒸煮锅；2）向蒸煮锅中加入秸秆质量1-20倍的水，加入碱至碱液质量浓度为1-10%；通入蒸汽至蒸煮锅内升温至60-100℃，向蒸煮锅中通入惰性气体，将蒸煮锅内空气排净；然后间歇性向蒸煮锅内通入蒸汽以及惰性气体，以维持蒸煮锅内温度为60-100℃、压力为0.5-1MPa，保温保压10-120分钟；3）将蒸煮锅内的物质释放出来，并转移至研磨磨中研磨；4）固液分离，得滤渣一和滤液一；5）将滤渣一置入蒸煮锅，向蒸煮锅中加入滤渣一质量1-20倍的水并通入惰性气体，加入复合蛋白酶，间歇1-3分钟，继续通入惰性气体，酶解10-80分钟；随后加入常温型α-淀粉酶，酶解10-80分钟；然后通入蒸汽升温至60-70℃，保温2-20分钟灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶，所述常温型α-淀粉酶的适宜温度为22-35℃；6）灭酶后，向蒸煮锅中加入碱至碱液质量浓度为5-25%，通入惰性气体排净蒸煮锅内空气，通入蒸汽至蒸煮锅内温度升至80-120℃，间歇性通入惰性气体和蒸汽，以维持蒸煮锅内温度为80-120℃、压力为1-2MPa，保温保压20-180分钟；7）将蒸煮锅内的物质释放出来，固液分离，得滤渣二和滤液二；8）将滤渣二置入漂白罐，加入滤渣二质量1-10倍的水，加入双氧水至双氧水的质量浓度为0.1%-0.5%，通入惰性气体排净漂白罐内空气，升温至50-80℃，间歇1-3分钟，继续通入惰性气体1-2分钟，保温10-120分钟；9）继续向漂白罐中加入双氧水，至双氧水的质量浓度为2%-5%，漂白处理；10）将漂白罐中的物质释放出来，固液分离，并用梯度浓度的碱液洗涤所得滤渣，得滤渣三和滤液三；11）将滤渣三置于醇洗罐中进行醇洗，最后用纯水洗涤，得滤渣四；12）滤渣四经干燥、粉碎，即得溶解浆成品；其中干燥温度小于120℃；13）向所述滤液一中加入滤液一体积1-10倍的乙醇，搅拌后稳定1-3小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹吉祥，
申请(专利权)人：济南米铎碳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37