一种利用秸秆提取纤维素并联产有机肥的方法及秸秆纤维素和有机肥技术

本发明专利技术公开了一种利用秸秆提取纤维素并联产有机肥的方法及秸秆纤维素和有机肥。该方法包括：将秸秆茎、溶剂、硫酸加热搅拌反应，离心、抽滤后得到固体残渣和过滤残液；洗涤，干燥后得到秸秆纤维素；滴加无机碱溶液至过滤残液的pH值为7；除去溶剂，得到浓缩提取残余物；与秸秆叶混合均匀，得到主料；发酵后得到有机肥。本发明专利技术利用秸秆茎提取纤维素，一方面有利于提取较高纯度的秸秆纤维素，另一方面，纤维素含量高的秸秆茎部分未直接参与制备有机肥，不仅有利于克服利用秸秆直接制肥过程中因纤维素含量高而腐熟困难的问题，还可以利用残液中的糖类促进腐熟速度，从而实现秸秆资源的高效充分利用，具有广阔的应用前景。

A Method of Extracting Cellulose from Straw and Producing Organic Fertilizer in Parallel Way and Straw Cellulose and Organic Fertilizer

The invention discloses a method for extracting cellulose from straw and producing organic fertilizer in parallel, and straw cellulose and organic fertilizer. The method includes: heating and stirring straw stalks, solvents and sulfuric acid, centrifuging and filtering to obtain solid residue and filtered residue; washing and drying to obtain straw cellulose; dripping inorganic alkali solution to the pH value of filtered residue is 7; removing solvents to obtain concentrated and extracted residue; mixing with straw leaves evenly to obtain the main material; and fermenting to obtain organic fertilizer. The present invention utilizes straw stalk to extract cellulose, on the one hand, it is advantageous to extract high purity straw cellulose, on the other hand, the straw stalk part with high cellulose content is not directly involved in the preparation of organic fertilizer, which not only helps to overcome the problem of difficult maturation due to high cellulose content in the process of direct fertilization with straw, but also promotes the maturation speed by utilizing sugar in the residual liquid, so as to be solid. The efficient utilization of straw resources has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种利用秸秆提取纤维素并联产有机肥的方法及秸秆纤维素和有机肥
本专利技术属于生物质资源化利用
，更具体地，涉及一种利用秸秆提取纤维素并联产有机肥的方法及秸秆纤维素和有机肥。
技术介绍
随着化石资源和木材资源的不断消耗及其带来的环境问题日趋严峻，寻找可再生的清洁资源已成为普遍关注的焦点。木质纤维素是自然界中含量最为丰富的含碳生物质资源，由于具有储量丰富、可再生等优点而越来越受关注。农作物秸秆是一类重要的可再生生物质资源。目前，秸秆资源化利用大部分仍停留在秸秆还田等粗放型利用上，精细原料化利用和高效分级利用极为少见。已有研究者在木质纤维素原料化利用方面开展了一些研究工作，主要集中在木质纤维素直接转化制备化学原料和燃料等方面，而农作物秸秆的结构和组成复杂，主要包含纤维素、半纤维素和木质素，因而其直接转化的产物体系也十分复杂，导致分离提纯困难，后处理成本极高。在木质纤维素的三种主要组分中，纤维素的结构最为简单，为单一的葡萄糖聚合物，因此比较适合用作制备大宗化学品的原料，在资源原料化利用领域具有广阔的应用前景。农作物秸秆主要由茎和叶子组成，各部分的化学组成和结构往往有比较明显的差异，通常秸秆茎中的纤维素含量最高。在目前的秸秆纤维素提取与利用中，通常是将农作物秸秆整体进行预处理，导致纤维素纯度不高或预处理过程中的提取条件苛刻。常见的秸秆预处理方法有蒸汽爆破法和化学法等，其中化学法操作简单，但纤维素的化学提取一般在强酸强碱溶液中进行，产生的废液量大且腐蚀和污染严重。农作物秸秆制备有机肥是秸秆资源化利用的另一重要途径，秸秆露天堆肥在我国已有较长的历史，其缺点是生产周期长，占地面积大，无法大规模应用。近年来，利用秸秆发酵腐熟制备有机肥也得到了广泛研究，主要是通过添加发酵菌剂来缩短秸秆腐熟时间，秸秆完全腐熟通常需要15～30天。针对秸秆的组成特点，有必要开发一种秸秆的茎和叶的分级利用的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，针对农作物秸秆的组成特点，对秸秆茎和叶子进行分级利用，提供一种利用纤维素含量较高的秸秆茎提取纤维素，并将提取纤维素后的残余物和秸秆叶一起联产有机肥的方法。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种利用秸秆提取纤维素并联产有机肥的方法，该方法包括：(1)将粉碎后的秸秆茎、溶剂、硫酸加入至反应容器中，加热搅拌反应，离心、抽滤后，得到固体残渣和过滤残液；所述溶剂包括有机溶剂和/或水；(2)采用与步骤(1)相同的溶剂对得到的固体残渣进行洗涤，干燥后得到秸秆纤维素；(3)在搅拌状态下，向步骤(1)得到的过滤残液中滴加无机碱的水溶液，至过滤残液的pH值为7时停止滴加，继续搅拌；(4)除去步骤(3)得到的混合溶液中的溶剂，得到浓缩提取残余物；(5)将步骤(4)得到的浓缩提取残余物与秸秆叶混合均匀，得到主料；(6)将步骤(5)得到的主料与辅料、发酵菌剂混合，得到混合物料，将所述混合物料发酵后得到有机肥；所述辅料包括有机辅料和无机辅料；所述有机辅料选自畜禽粪便、泥炭和豆粕中的至少一种，所述无机辅料选自磷酸铵、磷酸一铵和磷酸二铵中的至少一种。本专利技术中，采用的秸秆包括但不限于小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆和油菜秸秆。作为本专利技术优选的实施方式，粉碎后的秸秆茎的粒径为40～200目，在该范围内，纤维素易被提取。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(1)中，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮和丁酮中的至少一种；更优选为乙醇。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(1)中，所述溶剂中，有机溶剂与水的体积比为1～9:1～4，更优选为1～3:1～2。作为本专利技术优选的实施方式，秸秆茎与第一混合溶剂的重量比为1:4～12，更优选为1:6～10，在该比例范围内，秸秆中的其他组分易被脱除，提取的纤维素纯度较高。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(1)的反应体系中，硫酸的浓度为0.01～0.08M，更优选为0.025～0.04M，在该范围内，秸秆中的其他组分易被脱除，且纤维素不易水解。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(1)中，加热的温度为140～200℃，加热搅拌反应的时间为4～10h。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(2)中，干燥的温度为30～60℃，干燥的时间为10～14h。根据本专利技术，步骤(3)中，至过滤残液的pH值为7时停止滴加无机碱溶液的目的在于将硫酸全部消耗。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(3)中，继续搅拌的时间为0.5～1h。作为本专利技术优选的实施方式，所述无机碱溶液为氢氧化钾溶液和/或碳酸钾溶液，更优选为氢氧化钾溶液，选用氢氧化钾溶液不产生废弃物。根据本专利技术，步骤(3)中，本领域技术人员可根据需要对无机碱溶液的浓度进行调整。根据本专利技术，步骤(4)中，通过蒸馏除去步骤(3)得到的混合溶液中的溶剂，得到浓缩提取残余物。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(5)中，浓缩提取残余物与秸秆叶的重量比为1～2:1～4。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(6)中，主料与辅料的混合重量比为1～4:1～5，更优选为1～2:1～2。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(6)中，混合物料中，发酵菌剂的含量为0.05～0.6wt％，更优选为0.3～0.5wt％，在该用量范围内，发酵菌剂的发酵速度更快且用量合理不会造成不必要的浪费。根据本专利技术，所述发酵菌剂可选用本领域技术人员常规采用的发酵菌剂，作为本专利技术优选的实施方式，所述发酵菌剂选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌和酵素菌中的至少一种。作为本专利技术优选的实施方式，步骤(6)中，发酵的温度为20～25℃，发酵的时间为10～19d。本专利技术的第二方面提供由上述的方法制得的秸秆纤维素和有机肥。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术利用纤维素含量高的秸秆茎提取纤维素，将纤维素含量较低的秸秆叶子与提取纤维素后的浓缩残余物一起发酵制备有机肥，一方面有利于提取较高纯度的秸秆纤维素，从而有望部分替代传统的木材资源和化石资源；另一方面，纤维素含量高的秸秆茎部分未直接参与制备有机肥，而提取残液中又富含半纤维素的水解产物(如木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等)，不仅有利于克服利用秸秆直接制肥过程中因纤维素含量高而腐熟困难的问题，还可以利用残液中的糖类促进腐熟速度，常温下发酵10～19天即可完全腐熟，生产周期缩短，从而实现秸秆资源的高效充分利用，具有广阔的应用前景。2)本专利技术通过加入无机碱溶液将提取纤维素过程中所需的少量硫酸转变为养分硫酸钾，浓缩残余物与秸秆叶子一起腐熟制备有机肥，整个过程中不产生废弃物和污染物，原料利用率高，腐蚀和污染小。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。本专利技术实施例中，粉碎后的小麦秸秆茎、水稻秸秆茎、玉米秸秆茎的粒径均为40～200目；室温为20～25℃。实施例1将小麦秸秆的茎和叶子分开，将小麦秸秆的茎洗净，烘干，剪成3～4cm，粉碎。将粉碎后的小麦秸秆茎、乙醇/水的混合溶剂(乙醇和水的体积比为4:1)和硫酸(使其在溶液中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用秸秆提取纤维素并联产有机肥的方法，其特征在于，该方法包括：(1)将粉碎后的秸秆茎、溶剂、硫酸加入至反应容器中，加热搅拌反应，离心、抽滤后，得到固体残渣和过滤残液；所述溶剂包括有机溶剂和/或水；(2)采用与步骤(1)相同的溶剂对得到的固体残渣进行洗涤，干燥后得到秸秆纤维素；(3)在搅拌状态下，向步骤(1)得到的过滤残液中滴加无机碱溶液，至过滤残液的pH值为7时停止滴加，继续搅拌；(4)除去步骤(3)得到的混合溶液中的溶剂，得到浓缩提取残余物；(5)将步骤(4)得到的浓缩提取残余物与秸秆叶混合均匀，得到主料；(6)将步骤(5)得到的主料与辅料、发酵菌剂混合，得到混合物料，将所述混合物料发酵后得到有机肥；所述辅料包括有机辅料和无机辅料；所述有机辅料选自畜禽粪便、泥炭和豆粕中的至少一种，所述无机辅料选自磷酸铵、磷酸一铵和磷酸二铵中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种利用秸秆提取纤维素并联产有机肥的方法，其特征在于，该方法包括：(1)将粉碎后的秸秆茎、溶剂、硫酸加入至反应容器中，加热搅拌反应，离心、抽滤后，得到固体残渣和过滤残液；所述溶剂包括有机溶剂和/或水；(2)采用与步骤(1)相同的溶剂对得到的固体残渣进行洗涤，干燥后得到秸秆纤维素；(3)在搅拌状态下，向步骤(1)得到的过滤残液中滴加无机碱溶液，至过滤残液的pH值为7时停止滴加，继续搅拌；(4)除去步骤(3)得到的混合溶液中的溶剂，得到浓缩提取残余物；(5)将步骤(4)得到的浓缩提取残余物与秸秆叶混合均匀，得到主料；(6)将步骤(5)得到的主料与辅料、发酵菌剂混合，得到混合物料，将所述混合物料发酵后得到有机肥；所述辅料包括有机辅料和无机辅料；所述有机辅料选自畜禽粪便、泥炭和豆粕中的至少一种，所述无机辅料选自磷酸铵、磷酸一铵和磷酸二铵中的至少一种。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述秸秆选自小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆和油菜秸秆中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其中，粉碎后的秸秆茎的粒径为40～200目。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮和丁酮中...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国枝，宋光森，程群鹏，李建芬，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42