一种植物秸秆综合利用方法技术

本发明专利技术公开一种植物秸秆的综合利用方法，属于秸秆处理领域。本发明专利技术方法包括如下步骤：(1)粉碎植物秸秆，按固液质量比1：(6‑10)加水，于110‑140℃加热1‑3h，热水抽提固液分离，收集第一阶段液体，固体水洗后为第一阶段固体，收集水洗液并与第一阶段液体合并，加絮凝剂，过滤分离，收集固相成分得次要成分；(2)使酸催化水解第一阶段固体中的半纤维素提取木糖，固液分离，得第二阶段固体和第二阶段液体；(3)向第二阶段固体中加NaOH溶液，加热提取水洗至中性，过滤，干燥得纤维素；(4)向第二阶段液体中加HCl，降温过滤提取沉淀，水洗至中性，干燥得木质素。本发明专利技术方法对外零排放、全流程清洁生产、从根本上防治污染。

A Comprehensive Utilization Method of Plant Straw

【技术实现步骤摘要】
一种植物秸秆综合利用方法
本专利技术属于秸秆处理领域，具体涉及一种植物秸秆的综合利用方法。
技术介绍
植物秸秆作为原料可用于造纸、生产糠醛、生产木糖和木糖醇，原料广泛易得、成本较低，但仅提取其中一部分成分加以利用生产相关产品，对于秸秆利用率不高，生产成本较高，附加值低，经济效益差，秸秆中含有蛋白质、淀粉、脂肪、果胶、色素、多种有机物和无机盐以及微量元素等次要成分，现有的秸秆分离提取技术中常忽略了对次要成分的分离提取，不仅造成浪费，降低了秸秆的总利用率，如果直接排放会造成环境污染，如果通过污水处理来治理会增加处理成本，且效果不佳。如中国专利文献CN1233476C提供的是一种植物秸秆综合利用和防治造纸污染的方法。该方法将植物秸秆粉碎，加入水进行高温水煮处理，用热水洗涤后对固形物进行后续分离提取，未对水煮出的次要成分进行利用，造成浪费，降低了秸秆的整体利用率，直接排放会造成环境污染，通过污水处理进行治理也会增加成本，且处理效果不佳。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中对秸秆利用过程中忽略对次要成分的分离提取，造成对秸秆的提取利用率不佳、成本较高，从而提供一种植物秸秆的综合利用方法。一种植物秸秆综合利用方法，包括如下步骤：(1)分离提取次要成分：将植物秸秆粉碎成≤5cm粒度，按植物秸秆与水的质量比为1：(6-10)加入水，加热到110-140℃，加热1-3h，热水抽提次要成分进行固液分离，后收集第一阶段液体，固体水洗后为第一阶段固体，收集水洗液并与第一阶段液体合并，加入絮凝剂，经溶质沉降，过滤分离，收集固相成分，液相成分继续过滤浓缩合并固相成分即为次要成分；(2)分离提取木糖：加酸溶液，使酸催化水解第一阶段固体中的半纤维素提取木糖，固液分离，得第二阶段固体和第二阶段液体；(3)分离提取纤维素：向第二阶段固体中加NaOH溶液，加热，提取，水洗至中性，过滤，干燥即得纤维素；(4)分离提取木质素：向第二阶段液体中加入HCl，降温，过滤提取沉淀，水洗至中性，干燥即得木质素。所述絮凝剂为食品级的聚合铝、聚环氧乙烷、或聚丙烯酸钠，加入量为＜5‰；所述过滤为用卧式分离机过滤(卧式分离机固液腔内分流，设置使得固体不截留液体中溶质)。步骤2)中的酸溶液为HCl水溶液，所述HCl水溶液与所述第一阶段固体的质量比为1:3-6，水解液中HCl的质量百分数为0.3-0.6％，加热升温至110±15℃，保温1-3h。步骤(3)中加入向第二阶段固体中加4-6倍浓度为1％-4％NaOH溶液，所述加热为升温至80-120℃保温1-3h。步骤(4)加入HCl的量为使HCl浓度达到1-4％，所述降温为降温至60-70℃。使所述第二阶段液体依次采用膜式过滤机(优先型号)过滤脱色；带阴阳电极的膜式过滤装置去离子；采用微米级过滤膜进行超滤；用组合式反渗透冷浓缩装置冷浓缩将浓度提高到30％，脱水90％；利用单效、双效、多效的组合蒸发器，高真空加热蒸发，浓度提到80-85％利用空气动力或真空吸送的方法送液至结晶罐；采用常压结晶和低真空结晶两种方法：从64℃开始投入1‰-5‰的细粒度的木糖晶体作为晶盒，控制降温速度1℃/h，搅拌速度5r/min，降至室温，保持8h，离心分离得木糖晶体和母液；母液返回脱色工序随新液精制后干燥脱水制得木糖全糖粉。所述膜式过滤机过滤脱色所采用的渗透膜为纳滤膜，所述纳滤膜的孔径为1-2nm。所述冷浓缩为用反渗透膜过滤，所述反渗透膜的孔径为1-5nm。向所述纤维素中加入浓度为45-50％的NaOH溶液，于60-70℃碱化反应4h；再向反应液中加入ClCH2COOH和NaOH进行醚化反应，60℃酒精洗涤，析出，干燥得羧甲基纤维素；回收乙醇和NaCl；所述醚化所采用的醚化剂为ClCH2COONa+4倍C2H5OH+2倍H2O+NaOH，再用乙醇洗涤。所述碱化反应中纤维素与NaOH为当量反应；所述醚化反应中[C6H7O2(OH)2O·Na]n与ClCH2COOH为当量反应。所述次要成分用于制备有机肥、饲料、快速降解的生活用具、或育秧苗盘；当为有机肥时，其制备方法为：将所述次要成分与与乳杆菌、双歧杆菌、或酵母菌以100：(0.5-2)的比例混合均匀，进行培菌发酵后，造粒干燥即得所述有机肥；当为饲料时，其制备方法为：将所述次要成分与与糠麸、青绿饲料、或粗饲料混合均匀后即得所述饲料；当为生活用具时，其制备方法为：将所述次要成分粉碎至100-200目，与羧甲基纤维素、羟丙基淀粉、或食品级硬脂酸钠以(0.5-1.5):100的比例混合均匀，加入模具中加热加压成型，修整干燥后即得所述生活用具；和育秧苗盘时，其制备方法为：将所述次要成分加胶(食品级胶)混合均匀，加入模具中加热加压成型，修整干燥后即得所述育秧苗盘。采用纤维素和木质素生产人造木材制备成品，具体方法如下：将纤维素：木质素按质量比为3:1-2:1的比例均匀混合，加热加压模具成型，退模，即得。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法为封闭循环防治污染的方法，对外零排放、全流程清洁生产、从根本上防治污染。2.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法中次要成分分离提取防治污染封闭循环系统，其中溶解于水的次要成分采用精细过滤方法，次要成分从水中脱溶沉降，从水中提取次要成分，水净化可在系统中重复使用。3.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法中半纤维素水解和木糖精制防治污染封闭循环系统，采用精制技术，将杂质除去，水净化在本系统循环使用，不对外排放；去离子采用阴阳电极膜式过滤，倒换极性，正负极性物质Cl-、Na+溶于净化水中，形成NaCl，或者分别回收，则可生成HCl、NaOH水溶液，在工艺中重复使用；高精度过滤机过滤分离固体液体，液态为水解木糖溶液，固体经三次水洗，防止木糖损失，提取效率高，得到的木糖纯度高，操作简单，节约成本；在冷浓缩、蒸发浓缩、结晶、母液干燥等脱水过程得到的水在工艺中循环使用。4.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法中分离提取纤维素和木质素系统的污染治理，滤液中和结晶制得NaCl，溶液重复使用。5.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法中采用纤维素和木质素制造人造木材，其中纤维素具有一定的强度，木质素具有黏胶性能，两者结合会产生一定的韧性；并且纤维素线状，木质素立体空间结构，比重都为1.46，较易混合；加热使木质素黏胶活性激活，加压及模具限制空间使分子间距离缩小，相互靠近，产生分子间化学键结合，不怕水泡、油浸，压力越大，密度越高。6.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法中羧甲基纤维素系统的污染治理，纤维素和NaOH溶液进行当量反应，生成纤维素钠和液体水，过滤分离的纤维素钠继续进行醚化反应，水重复使用；纤维素钠和醚化剂进行当量反应，生成羧甲基纤维素，过滤分离，液体为乙醇和NaCl的水溶液，蒸馏回收乙醇重复使用，NaCl结晶，将秸秆中各组分分离较完全，提取率高，得到的纤维素纯度高。7.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法，将植物秸秆进行粉碎，达到破表皮、破节、破坏秸秆各种成分间的结合，破坏细胞腔和细胞壁的工艺目的；采用抽提技术分离提取植物秸秆各成分；利用所分离提取的各种成分为原料生产相关产品；生产过程中防治污染，达到零排放。8.本专利技术提供的植物秸秆综合利用方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物秸秆综合利用方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分离提取次要成分：将植物秸秆粉碎成长度≤5cm的秸秆段，按植物秸秆与水的质量比为1：(6‑10)加入水，加热到110‑140℃，加热1‑3h，热水抽提进行固液分离，收集第一阶段液体，固体水洗后为第一阶段固体，收集水洗液并与第一阶段液体合并，加入絮凝剂，经溶质沉降，过滤分离，收集固相成分，液相成分继续过滤浓缩合并固相成分即为次要成分；(2)分离提取木糖：加酸溶液，使酸催化水解第一阶段固体中的半纤维素提取得木糖，固液分离，得第二阶段固体和第二阶段液体；(3)分离提取纤维素：向第二阶段固体中加NaOH溶液，加热，提取水洗至中性，过滤，干燥即得纤维素；(4)分离提取木质素：向第二阶段液体中加入HCl，降温，过滤提取沉淀，水洗至中性，干燥即得木质素。

【技术特征摘要】
1.一种植物秸秆综合利用方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分离提取次要成分：将植物秸秆粉碎成长度≤5cm的秸秆段，按植物秸秆与水的质量比为1：(6-10)加入水，加热到110-140℃，加热1-3h，热水抽提进行固液分离，收集第一阶段液体，固体水洗后为第一阶段固体，收集水洗液并与第一阶段液体合并，加入絮凝剂，经溶质沉降，过滤分离，收集固相成分，液相成分继续过滤浓缩合并固相成分即为次要成分；(2)分离提取木糖：加酸溶液，使酸催化水解第一阶段固体中的半纤维素提取得木糖，固液分离，得第二阶段固体和第二阶段液体；(3)分离提取纤维素：向第二阶段固体中加NaOH溶液，加热，提取水洗至中性，过滤，干燥即得纤维素；(4)分离提取木质素：向第二阶段液体中加入HCl，降温，过滤提取沉淀，水洗至中性，干燥即得木质素。2.根据权利要求1所述的植物秸秆综合利用方法，其特征在于，所述絮凝剂为食品级的聚合铝、聚环氧乙烷、或聚丙烯酸钠，加入量为＜5‰；所述过滤为用卧式分离机过滤。3.根据权利要求2所述的植物秸秆综合利用方法，其特征在于，步骤2)中的酸溶液为HCl水溶液，所述HCl水溶液与所述第一阶段固体的质量比为1:3-6，水解液中HCl的质量百分数为0.3-0.6％，加热升温至95-125℃，保温1-3h。4.根据权利要求3所述的植物秸秆综合利用方法，其特征在于，步骤(3)中加入向第二阶段固体中加NaOH溶液的浓度为1-4％，加入量为第二阶段固体质量的4-6倍，所述加热为升温至80-120℃保温1-3h。5.根据权利要求4所述的植物秸秆综合利用方法，其特征在于，步骤(4)加入HCl的量为使HCl浓度达到1-4％，所述降温至60-70℃。6.根据权利要求5所述的植物秸秆综合利用方法，其特征在于，使所述第二阶段液体依次采用膜式过滤机过滤脱色；带阴阳电极的膜式过滤装置去离子吸附；采用微米级过滤膜进行超滤；用组合式反渗透浓缩装置冷浓缩将浓度提高到30％，脱水90％；利用单效、双效、多效的组合蒸发器，高真空加热蒸发，浓度提到...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑庆义，
申请(专利权)人：郑庆义，
类型：发明
国别省市：辽宁,21