木质纤维素在制备土壤调理剂、膨松剂、燃料或堆肥发酵填充剂中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种新方法制备的木质纤维素在制备土壤调理剂、膨松剂、生物质锅炉颗粒燃料或畜禽粪便堆肥发酵填充剂中的用途。所述木质纤维素的制备包括水稻秸秆的铡切、小段水稻秸秆的浸润、湿润秸秆的蒸汽爆破、爆破后的秸秆高速湿法粉碎和小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解的步骤。本发明专利技术是回收水稻秸秆加工过程中的废弃物、无害化利用的环境友好型技术。

Application of lignocellulose in preparation of soil conditioner, leavening agent, fuel or compost ferment filler

The invention discloses the use of lignocellulose prepared by a new method in the preparation of soil conditioner, bulking agent, biomass boiler granular fuel or livestock manure composting fermentation filler. The preparation of lignocellulose includes the steps of chopping rice straw, soaking small segments of rice straw, steam explosion of wet straw, high-speed wet crushing of exploded straw and enzymatic hydrolysis of small grain rice straw fiber. The invention relates to an environment-friendly technology for recycling waste in the process of rice straw processing and harmless utilization.

【技术实现步骤摘要】
木质纤维素在制备土壤调理剂、膨松剂、燃料或堆肥发酵填充剂中的应用
本专利技术属于现代农业产业
，具体涉及木质纤维素在制备土壤调理剂、膨松剂、生物质锅炉颗粒燃料或畜禽粪便堆肥发酵填充剂中的应用。
技术介绍
水稻是中国第一大粮食作物，年种植面积约3185.7万hm2，年总产量约2亿吨，分别占粮食种植总面积的三分之一和粮食总产量的二分之一。而湖南省水稻种植面积和产量居全国首位，年种植面积稳定在405.0万hm2，年总产量达2578.6万吨；其后是江西、广西、江苏、安徽、广东、湖北、四川、黑龙江等省，这些省份的水稻种植面积年均超过200.0万hm2，年总产量超过1000.0万吨。据统计，水稻的谷草比为0.98-1.03，水稻秸秆的生物量与水稻谷粒产量大致相当，是一项重要的生物资源。仅湖南省水稻秸秆年总量超过2500万吨，而其他主产省区的水稻秸秆总量同样巨大。我国各类农作物秸秆年总产量就达6亿吨以上，以水稻、玉米和小麦为主，共占76.1％；其中，稻草2.3亿吨，位居首位。水稻秸秆晒干后的含水量为13.0％，表观密度低于0.1g/cm3，经机械加压困扎后，密度为0.2-0.3g/cm3；水稻秸秆的灰熔点特征温度中，变形温度为925℃，软化温度为970℃，半球温度1120℃，流动温度1222.5℃；燃烧灰分含量13.0％，挥发分含量67.2％，固定碳6.3％。正因水稻秸秆质轻，柔性和韧性好，一般的粉碎机难以有效粉碎。水稻秸秆具有较高的C/N比，其主要成分，一类是易于降解的蛋白质、矿物质、脂类等。另一类是难降解的纤维素、半纤维素和木质素，占秸秆干物质含量的70％-80％，其中约35％为纤维素、25％为半纤维素和15％为木质素。而纤维素分子的连接键在25℃下的半衰期为500-800万年，在自然状态下极难分解。由于水稻秸秆质轻，挥发分含量较高，易被引燃，易于燃尽，田间燃烧过程中，受热气流将灰分粒子带入大气，形成严重污染。因此，合理利用水稻秸秆资源将产生巨大的社会与经济效益，秸秆的肥料化、饲料化、能源化、基料化、原料化这“五化”利用已成为学术研究与生产应用的热点问题。目前，水稻秸秆的利用方法主要有：直接燃烧，秸秆直接还田，秸秆饲料，秸秆能源，秸秆纸浆，秸秆肥料等方法。但这些处理方法，因处理秸秆的成本过大(时间成本和劳动力成本为主)而附加价值低，结果很不尽人意。低聚木糖是一种功能性糖类，是由2-7个木糖分子以β(1-4)糖苷键结合而成的功能性聚合糖。是双歧杆菌最优益生元，能促进动物肠道内有益菌特别是双歧杆菌的定殖，抑制有害微生物的繁殖，提高机体免疫力。低聚木糖的功效性是其它聚合糖类(低聚果糖、低聚半乳糖、乳酮糖、大豆低聚糖、异麦芽低聚糖、棉子糖、低聚乳果糖)的20倍。在目前专利、文献资料和生产方法中，主要以山东龙力公司为代表，以玉米芯为原料经酶法水解制备，结合膜分离、活性炭脱色完成。但是，已有的制备方法中，初始原料为木聚糖，经过乙醇沉淀、超滤、纳滤柱层析等方法提纯得到，限制了该技术的应用范围。特别在水稻秸秆制备低聚木糖方面由于成本高，工艺难度大，仍然没有产业化。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种新方法制备的木质纤维素在制备土壤调理剂、膨松剂、生物质锅炉颗粒燃料或畜禽粪便堆肥发酵填充剂中的用途。所述木质纤维素按如下步骤制备：(1)水稻秸秆的铡切：将干燥的水稻秸秆切断为3-6cm的小段水稻秸秆；(2)小段水稻秸秆的浸润：将3-6cm的小段水稻秸秆，在常温下用自来水完全浸润60-90min，使秸秆含水量达75-90％；(3)湿润秸秆的蒸汽爆破：将含水量为75％-90％小段湿润秸秆用蒸汽爆破机连续爆破，爆破饱和蒸汽压力为1.15-1.55MPa，爆破饱和蒸汽压力对应的温度为186-200℃；压力维持时间为2-4min，瞬间释放压力，得到秸秆固液混合物；(4)爆破后的秸秆高速湿法粉碎：将秸秆固液混合物粉碎至80-200目，期间，加自来水调节固液混合物中的固液质量比为1：(8-15)。(5)小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解：将由步骤(4)所得的经高速湿法粉碎后的秸秆颗粒，按干重每kg秸秆颗粒添加木聚糖酶100-200IU，且要求固形物水稻秸秆粉与水的固液质量比为1:(10-15)，控制酶法水解温度为50-55℃，pH4.8-5.5，水解时间24-30h，期间不断搅拌，搅拌速度为50-60r/m，得到低聚木糖水解液混合物，所述低聚木糖水解液混合物中还原糖质量百分比含量为1.5-2.5％，将低聚木糖水解液混合物95-100℃灭酶10min，得水解产物；(6)水解产物中非低聚木糖的去除：按秸秆纤维颗粒干重的0.05-0.1％向水解产物中加入活性酵母菌，控温30-34℃，pH4.8-5.5，保持搅拌速度50-60r/m，维持6-10h，得去除非低聚木糖的水解产物；(7)去除非低聚木糖的水解产物的固液分离：将去除非低聚木糖的水解产物泵入板框过滤机，维持框内压力0.8-1.0Mpa，获得固体纤维滤饼和板框过滤滤液，所述固体纤维滤饼即为木质纤维素滤饼。优选地，步骤(1)所述干燥的水稻秸秆的含水量为8-13％；步骤(2)中，秸秆含水量达75％-90％时，秸秆中的固液质量比为1：(3-9)；步骤(4)中是用高速切割湿法粉碎机将秸秆固液混合物粉碎至80-200目，切割速度为6000-8000r/m；所述木聚糖酶为木聚糖内切酶或利用康氏木霉AS3.2774，经代谢调控固体发酵方法制备的木聚糖内切酶制剂，所述的固体发酵方法为：在培养基中接种康氏木霉AS3.2774后，在28-32℃温度条件下，静置发酵4.5-5.5d，再用自来水浸提1h，最后经超滤浓缩，即得酶制剂，所述培养基中包括如下重量份的组分：水稻秸秆粉10-15、玉米芯粉10-15、麸皮10-15、硫酸铵1-2、水55-65，培养基为自然pH；步骤(5)中，控制pH4.8-5.5时，采用弱酸或弱碱调节；步骤(6)所述酵母菌为酿酒酵母、面包酵母，、安琪酵母、果酒酵母的至少一种。当所述木质纤维素作为土壤调理剂、膨松剂使用时，每亩土壤使用量为400—600kg。该木质纤维素氮素不足，虽然不能直接作为肥料使用，但富含有机质，颗粒在80目以下，可作为土壤调理剂、膨松剂，改善土壤颗粒性和团聚型结构，实现土壤可持续利用。本专利技术木质纤维颗粒既是一种土壤调理剂，也是一种生物碳，由于前述工艺经高温蒸汽爆破，杀灭了微生物，不存在土传病害，无需干燥，可直接施用果园、红薯田、蔬菜田、水稻田等土壤，就地消化利用，每亩使用量(干重)400-600kg，利用土壤微生物自然降解，改善土壤。当所述木质纤维素制备生物质锅炉颗粒燃料时，是将木质纤维素滤饼直接晒干、风干或晾干至含水量为20—30％的固体粉剂，所述固体粉剂的密度为0.1—0.25g/cm3，再将固体粉剂高压低温压缩加工压制成0.5—4cm3大小的生物质锅炉颗粒燃料，生物质锅炉颗粒燃料的颗粒密度为1.1—1.4g/cm3。输送、储存极为方便，同时，其燃料性能大为改善，发热量高。该锅炉颗粒燃料既可以由于本专利技术的工艺中锅炉产汽，也可以用于市售，避免废渣直接排放，是替代石化能源的高科技环保产品。当所述木质纤维素制备畜禽粪便堆肥发酵填充剂时，是将木质纤维素滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.木质纤维素在制备土壤调理剂、膨松剂、生物质锅炉颗粒燃料或畜禽粪便堆肥发酵填充剂中的应用；其特征在于，所述木质纤维素按如下步骤制备：(1)水稻秸秆的铡切：将干燥的水稻秸秆切断为3‑6cm的小段水稻秸秆；(2)小段水稻秸秆的浸润：将3‑6cm的小段水稻秸秆，在常温下用自来水完全浸润60‑90min，使秸秆含水量达75‑90％；(3)湿润秸秆的蒸汽爆破：将含水量为75％‑90％小段湿润秸秆用蒸汽爆破机连续爆破，爆破饱和蒸汽压力为1.15‑1.55MPa，爆破饱和蒸汽压力对应的温度为186‑200℃；压力维持时间为2‑4min，瞬间释放压力，得到秸秆固液混合物；(4)爆破后的秸秆高速湿法粉碎：将秸秆固液混合物粉碎至80‑200目，期间，加自来水调节固液混合物中的固液质量比为1：(8‑15)。(5)小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解：将由步骤(4)所得的经高速湿法粉碎后的秸秆颗粒，按干重每kg秸秆颗粒添加木聚糖酶100‑200IU，且要求固形物水稻秸秆粉与水的固液质量比为1:(10‑15)，控制酶法水解温度为50‑55℃，pH 4.8‑5.5，水解时间24‑30h，期间不断搅拌，搅拌速度为50‑60r/m，得到低聚木糖水解液混合物，所述低聚木糖水解液混合物中还原糖质量百分比含量为1.5‑2.5％，将低聚木糖水解液混合物95‑100℃灭酶10min，得水解产物；(6)水解产物中非低聚木糖的去除：按秸秆纤维颗粒干重的0.05‑0.1％向水解产物中加入活性酵母菌，控温30‑34℃，pH 4.8‑5.5，保持搅拌速度50‑60r/m，维持6‑10h，得去除非低聚木糖的水解产物；(7)去除非低聚木糖的水解产物的固液分离：将去除非低聚木糖的水解产物泵入板框过滤机，维持框内压力0.8‑1.0Mpa，获得固体纤维滤饼和板框过滤滤液，所述固体纤维滤饼即为木质纤维素滤饼。...

【技术特征摘要】
1.木质纤维素在制备土壤调理剂、膨松剂、生物质锅炉颗粒燃料或畜禽粪便堆肥发酵填充剂中的应用；其特征在于，所述木质纤维素按如下步骤制备：(1)水稻秸秆的铡切：将干燥的水稻秸秆切断为3-6cm的小段水稻秸秆；(2)小段水稻秸秆的浸润：将3-6cm的小段水稻秸秆，在常温下用自来水完全浸润60-90min，使秸秆含水量达75-90％；(3)湿润秸秆的蒸汽爆破：将含水量为75％-90％小段湿润秸秆用蒸汽爆破机连续爆破，爆破饱和蒸汽压力为1.15-1.55MPa，爆破饱和蒸汽压力对应的温度为186-200℃；压力维持时间为2-4min，瞬间释放压力，得到秸秆固液混合物；(4)爆破后的秸秆高速湿法粉碎：将秸秆固液混合物粉碎至80-200目，期间，加自来水调节固液混合物中的固液质量比为1：(8-15)。(5)小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解：将由步骤(4)所得的经高速湿法粉碎后的秸秆颗粒，按干重每kg秸秆颗粒添加木聚糖酶100-200IU，且要求固形物水稻秸秆粉与水的固液质量比为1:(10-15)，控制酶法水解温度为50-55℃，pH4.8-5.5，水解时间24-30h，期间不断搅拌，搅拌速度为50-60r/m，得到低聚木糖水解液混合物，所述低聚木糖水解液混合物中还原糖质量百分比含量为1.5-2.5％，将低聚木糖水解液混合物95-100℃灭酶10min，得水解产物；(6)水解产物中非低聚木糖的去除：按秸秆纤维颗粒干重的0.05-0.1％向水解产物中加入活性酵母菌，控温30-34℃，pH4.8-5.5，保持搅拌速度50-60r/m，维持6-10h，得去除非低聚木糖的水解产物；(7)去除非低聚木糖的水解产物的固液分离：将去除非低聚木糖的水解产物泵入板框过滤机，维持框内压力0.8-1.0Mpa，获得固体纤维滤饼和板框过滤滤液，所述固体纤维滤饼即为木质纤维素滤饼。2.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：林元山，田云，陈法霖，蒋维勇，苏泽琳，王珂瑶，刘维，祝凌志，王翀，周海燕，管桂萍，刘虎虎，卢向阳，
申请(专利权)人：湖南农业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43