一种从秸秆中提取纤维的方法

文档序号:645918 发布日期:2021-05-14 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 一种从秸秆中提取纤维的方法 (Method for extracting fiber from straw ) 是由 王胧庆 于 2021-02-04 设计创作,主要内容包括:本公开涉及一种从秸秆中提取纤维的方法,包括以下步骤:将秸秆原料进行破碎、脱尘、膨化;加入酶制剂进行厌氧分解;然后加入酶制剂并持续曝气进行水解;将所得产物进行压滤,即得产品纸浆原料;酶制剂包括按照质量份数计的如下组分:芽孢杆菌10-14份,乳酸杆菌22-25份,酵母菌20-25份,枯草杆菌18-20份,纳豆菌17-22份,光合菌14-17份,硝化菌13-17份,放线菌16-21份,丝状菌13-18份,果胶酶30-37份,淀粉酶35-43份,木质素酶25-30份,半纤维素酶31-39份。本公开能有效去除秸秆原料中除纤维素外的其他成分,能将秸秆直接转换为造纸可用的纸浆原料,能显著提高秸秆的再利用率,减少资源浪费,同时可有效降低造纸生产的木材需求量,减少木材消耗,更加环保。(The present disclosure relates to a method for extracting fiber from straw, comprising the steps of: crushing, dedusting and puffing the straw raw material; adding an enzyme preparation for anaerobic decomposition; then adding an enzyme preparation and continuously aerating for hydrolysis; carrying out filter pressing on the obtained product to obtain a product paper pulp raw material; the enzyme preparation comprises the following components in parts by weight: 10-14 parts of bacillus, 22-25 parts of lactobacillus, 20-25 parts of yeast, 18-20 parts of bacillus subtilis, 17-22 parts of bacillus natto, 14-17 parts of photosynthetic bacteria, 13-17 parts of nitrobacteria, 16-21 parts of actinomycetes, 13-18 parts of filamentous bacteria, 30-37 parts of pectinase, 35-43 parts of amylase, 25-30 parts of ligninase and 31-39 parts of hemicellulase. The paper pulp machine can effectively remove other components except cellulose in straw raw materials, can directly convert the straw into the paper pulp raw materials available for papermaking, can obviously improve the recycling rate of the straw, reduces resource waste, can effectively reduce the wood demand of papermaking production, reduces wood consumption and is more environment-friendly.)

一种从秸秆中提取纤维的方法

技术领域

本发明涉及秸秆处理技术领域,具体涉及一种从秸秆中提取纤维的方法。

背景技术

我国农作物的秸秆年产量为7亿吨左右,秸秆中含有丰富的天然纤维素纤维,是潜在的可再生纤维资源。受限于气候(如我国西北部干旱地区秸秆还田不易腐烂、冬天发酵沼气时转换效率低)、价格(如秸秆普遍收购价格低、农民收储缺乏积极性,生物质发电成本高,电厂亏损)、污染(再利用时产生二次污染)、技术等诸多因素的影响,给秸秆的再利用带来了很大的困难。在我国的农村区域,秸秆的再利用率很低,约为33%左右,且绝大部分的再利用仅是简单的还田或是焚烧,其转换率很低,产生的二次污染也相对严重。因而,如何高效合理的处理秸秆,是一个亟待解决的问题。

另一方面,纸张是必需品之一,每年的工作生活中需要消耗大量的纸张。纸浆富含纤维素,是造纸的原料之一,多采用木材制成,我国的木材资源十分短缺,大量砍伐木材用于造纸不符合我国可持续发展的政策,也不符合当下节能环保的生产理念。

结合秸秆中含有丰富的天然纤维素纤维但利用率低的特性,如果能将秸秆中的天然纤维素纤维进行提取利用,将其应用于造纸,将可有效提高秸秆的再利用率,同时也能减少木材的消耗量,是一种一举两得的举措。因而,如何高效便捷的对秸秆进行处理,将其处理为造纸所能使用的原料,是实现上述举措的关键问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题,本公开目的在于提供一种从秸秆中提取纤维的方法。本公开能有效去除秸秆原料中除纤维素外的其他成分,能将秸秆直接转换为造纸可用的纸浆原料,能显著提高秸秆的再利用率,减少资源浪费,同时可有效降低造纸生产的木材需求量,减少木材消耗,更加环保。

本公开所述的一种从秸秆中提取纤维的方法,包括以下步骤:

a:将秸秆原料进行破碎、脱尘;

b:将步骤a所得产物进行膨化处理;

c:将步骤b所得产物送入厌氧分解仓中,向所述厌氧分解仓中加入酶制剂,充分混合静置进行厌氧分解;

d:将步骤c所得产物送入水解池中,向所述水解池中加入酶制剂,充分混合并持续曝气进行水解;

e:将步骤d所得产物进行压滤,即得产品纸浆原料;

所述步骤c与所述步骤d中加入同种酶制剂,所述酶制剂包括按照质量份数计的如下组分:

芽孢杆菌10-14份,乳酸杆菌22-25份,酵母菌20-25份,枯草杆菌18-20份,纳豆菌17-22份,光合菌14-17份,硝化菌13-17份,放线菌16-21份,丝状菌13-18份,果胶酶30-37份,淀粉酶35-43份,木质素酶25-30份,半纤维素酶31-39份。

优选地,所述步骤c中,混合静置7-10天进行厌氧分解。

优选地,所述步骤e具体包括如下步骤:

e1:将步骤d所得产物进行一次压滤;

e2:将步骤e1所得产物再次通入所述水解池中,加入酶制剂,充分混合并持续曝气进行二次水解;

e3:将步骤e2所得产物进行二次压滤,即得产品纸浆原料。

优选地,所述步骤d中,水解时间为4-12小时;所述步骤e2中,二次水解时间为5-10小时。

优选地,所述步骤c中所加入的酶制剂量为秸秆原料量的0.3%-0.5%。

优选地,所述步骤d中所加入的酶制剂量为秸秆原料量的0.2%-0.4%。

优选地,所述步骤e中,压滤得到产品纸浆原料,同时得到废水;

所述从秸秆中提取纤维的方法在所述步骤e之后还包括步骤f,所述步骤f具体包括如下步骤:

f1:将步骤e所得废水通入好氧池中,持续曝气;

f2:将步骤f1所得产物通入气浮设备中进行固液分离,得到清水和废渣。

优选地,将步骤f2所得废渣用于制作有机肥。

优选地,所述酶制剂包括按照质量份数计的如下组分:

芽孢杆菌10-14份,乳酸杆菌22-25份,酵母菌20-25份,枯草杆菌18-20份,纳豆菌17-22份,光合菌14-17份,硝化菌13-17份,放线菌16-21份,丝状菌13-18份,果胶酶32份,淀粉酶36份,木质素酶30份,半纤维素酶38份。

优选地,所述酶制剂包括按照质量份数计的如下组分:

芽孢杆菌10-14份,乳酸杆菌22-25份,酵母菌20-25份,枯草杆菌18-20份,纳豆菌17-22份,光合菌14-17份,硝化菌13-17份,放线菌16-21份,丝状菌13-18份,果胶酶36份,淀粉酶42份,木质素酶26份,半纤维素酶32份。

本公开所述的一种从秸秆中提取纤维的方法,其优点在于,本公开根据秸秆中的成分,配置了对应的酶制剂,酶制剂中含有果胶酶、淀粉酶、木质素酶和半纤维素酶,并含有多种菌种。该酶制剂加入到秸秆中时,各类酶能催化果胶、淀粉、木质素和半纤维素的水解,同时也能催化各类菌种对于果胶、淀粉、木质素和半纤维素的降解,最终将秸秆中的果胶、淀粉、木质素和半纤维素等成分去除,保留造纸所需的纤维素,形成可直接用于造纸的纸浆原料。

本公开通过酶制剂中的菌种和酶对秸秆进行发酵降解处理,去除果胶等成分,保留纤维素,可良好的实现秸秆的再利用,提高秸秆的再利用率,减少资源浪费。同时可替代部分木材作为制浆材料,可有效降低造纸生产的木材需求量,减少木材消耗量,更加符合可持续发展的政策和节能环保的生产理念。

菌种和酶对于果胶等杂质的去处效果良好,去除率高,使得所得纸浆原料中纤维素的纯度高,使得最终制成的纸产品白度高、杂质少。

采用菌种和酶对秸秆进行生物降解处理,处理过程几乎无二次污染,相较于简单还田和焚烧,不仅转换率大大提高,二次污染也大大减小,对环境更加友好。

另外,本公开的从秸秆中提取纤维的方法便于实施,技术难度低,设备投入较少,易于推广应用,具有良好的推广价值和经济效益。

附图说明

图1是本公开所述一种从秸秆中提取纤维的方法的步骤流程图。

具体实施方式

如图1所示,本公开所述的一种从秸秆中提取纤维的方法,包括以下步骤:

a:将秸秆原料进行破碎、脱尘;具体的,对收集运输的秸秆原料通过破碎机进行破碎,将其破碎成碎木片状,然后通过六辊脱尘机进行脱尘,去除秸秆碎片中的粉尘等杂物,提高秸秆的纯度;

b:将步骤a所得产物进行膨化处理;具体的,将步骤a所得产物(即破碎、脱尘后的秸秆碎片)送入膨化机中进行膨化,在适当加热加压后进行减压,使秸秆中的淀粉物质膨胀,膨化是为了增大秸秆碎片的体积,为后续的发酵降解过程做准备,膨化后的秸秆碎片与酶制剂反应时可提高发酵降解的速率,同时使秸秆的发酵降解更加充分。

c:将步骤b所得产物送入厌氧分解仓中,向厌氧分解仓中加入酶制剂,充分混合静置进行厌氧分解;具体的,将步骤b所得产物(即膨化后的秸秆碎片)送入厌氧分解仓中,将酶制剂与清水按1:100的比例混合,制得酶制剂溶液,将酶制剂溶液通过喷洒的方式均匀的喷洒到秸秆碎片上,并通过搅拌机进行搅拌,使酶制剂与秸秆碎片充分混合,静置,使厌氧分解仓封闭保持厌氧环境。在果胶酶、淀粉酶、木质素酶、半纤维素酶的催化作用下,秸秆中的果胶、淀粉、木质素和半纤维素的水解速率大幅提升,同时,上述酶类还能催化酶制剂中的各类厌氧菌种对果胶等物质的降解,以达到去除秸秆中的果胶、淀粉、木质素和半纤维素,保留秸秆中的纤维素的目的。

d:将步骤c所得产物送入水解池中,向水解池中加入酶制剂,充分混合并持续曝气进行水解;具体的,将厌氧发酵后所得产物送入到水解池中,向水解池中加入酶制剂,充分混合并通过曝气机对水解池进行曝气,酶制剂中的各类酶同样起到催化果胶等成分水解的作用,同时在曝气的环境下,还能催化好氧菌种对果胶等成分的降解,能进一步去除厌氧分解过程中残余的果胶等成分,提高纤维素的纯度。

e:将步骤d所得产物进行压滤,即得产品纸浆原料;具体的,将水解后所得产物通入压滤机中进行压滤,脱除多余水分即得含有高纯度纤维素的纸浆原料。

步骤c与步骤d中加入同种酶制剂,酶制剂包括按照质量份数计的如下组分:

芽孢杆菌10-14份,乳酸杆菌22-25份,酵母菌20-25份,枯草杆菌18-20份,纳豆菌17-22份,光合菌14-17份,硝化菌13-17份,放线菌16-21份,丝状菌13-18份,果胶酶30-37份,淀粉酶35-43份,木质素酶25-30份,半纤维素酶31-39份。

为了将秸秆转换为纸浆原料,需要去除其中的果胶、淀粉、木质素和半纤维素,申请人通过对秸秆中各个成分的含量进行检测,确定了如上所述质量分数的果胶酶、淀粉酶、木质素酶和半纤维素酶,该质量份数的各类分解酶,能对有效催化对应成分的水解降解反应,同时用量适中。另一方面,对于进行发酵降解的菌种也需要进行严格的筛选,所选菌种需要能够有效降解果胶等成分,同时又要尽量不降解纤维素,申请人经过多次试验和筛选,选用了如上所述的菌种及相应的质量份数,能有效降解果胶等成分,同时所降解的纤维素量极少,能适用于秸秆的处理过程中。

取1千克秸秆原料按照本公开所述的从秸秆中提取纤维的方法进行处理,分别在未处理前、厌氧分解后以及水解后对秸秆原料及产物中的果胶、淀粉、半纤维素及纤维素含量进行检测,检测结果如表1所示。

表1本公开的从秸秆中提取纤维的方法各阶段的各成分含量检测

实验结果表明,采用本公开的从秸秆中提取纤维的方法,能有效去除秸秆中的果胶、淀粉、木质素和半纤维素,同时保留秸秆中大部分的纤维素,所生成的纸浆原料能满足造纸的材料需求。

本公开根据秸秆中的成分,配置了对应的酶制剂,酶制剂中含有果胶酶、淀粉酶、木质素酶和半纤维素酶,并含有多种菌种。该酶制剂加入到秸秆中时,各类酶能催化果胶、淀粉、木质素和半纤维素的水解,同时也能催化各类菌种对于果胶、淀粉、木质素和半纤维素的降解,最终将秸秆中的果胶、淀粉、木质素和半纤维素等成分去除,保留造纸所需的纤维素,形成可直接用于造纸的纸浆原料。

本公开通过酶制剂中的菌种和酶对秸秆进行发酵降解处理,去除果胶等成分,保留纤维素,可良好的实现秸秆的再利用,提高秸秆的再利用率,减少资源浪费。同时可替代部分木材作为制浆材料,可有效降低造纸生产的木材需求量,减少木材消耗量,更加符合可持续发展的政策和节能环保的生产理念。

菌种和酶对于果胶等杂质的去处效果良好,去除率高,使得所得纸浆原料中纤维素的纯度高,使得最终制成的纸产品白度高、杂质少。

采用菌种和酶对秸秆进行生物降解处理,处理过程几乎无二次污染,相较于简单还田和焚烧,不仅转换率大大提高,二次污染也大大减小,对环境更加友好。

另外,本公开的从秸秆中提取纤维的方法便于实施,技术难度低,设备投入较少,易于推广应用,具有良好的推广价值和经济效益。

进一步的,本实施例中,步骤c中,混合静置7-10天进行厌氧分解,使厌氧分解反应充分进行。

进一步的,本实施例中,步骤e具体包括如下步骤:

e1:将步骤d所得产物进行一次压滤;

e2:将步骤e1所得产物再次通入所述水解池中,加入酶制剂,充分混合并持续曝气进行二次水解;

e3:将步骤e2所得产物进行二次压滤,即得产品纸浆原料。

在一次水解压滤后,将所得产物再次通入水解池中,加入相同的酶制剂进行二次水解,然后再次进行压滤。二次水解能进一步去除秸秆中的果胶等成分,使最终制得的纸浆原料的纤维素纯度更高。

进一步的,本实施例中,步骤d中,水解时间为4-12小时;步骤e2中,二次水解时间为5-10小时,可使两次水解反应都充分进行,使水解过程充分。

进一步的,本实施例中,步骤c中所加入的酶制剂量为秸秆原料量的0.3%-0.5%,使厌氧分解时加入的酶制剂量适中,能充分发酵分解秸秆,同时不会过量使用造成浪费。

进一步的,本实施例中,步骤d中所加入的酶制剂量为秸秆原料量的0.2%-0.4%,使水解时加入的酶制剂量适中,能充分水解秸秆,也不会过量使用造成浪费。

进一步的,本实施例中,步骤e中,压滤得到产品纸浆原料,同时得到废水;

从秸秆中提取纤维的方法在所述步骤e之后还包括步骤f,步骤f具体包括如下步骤:

f1:将步骤e所得废水通入好氧池中,持续曝气;好氧曝气是废水处理的常用工艺,能使废水中的有机物、微生物与溶解氧充分接触,使微生物能充分分解废水中的有机物,起到净化水质的效果。

f2:将步骤f1所得产物通入气浮设备中进行固液分离,得到清水和废渣,气浮设备是常用的固液分离设备,将分离得到的清水进行COD等各项指标检测,达标则可直接排放。废渣可储存待用。可将生产过程中产生的废水处理至达标排放,进一步降低本公开的从秸秆中提取纤维的方法使用时所产生的二次污染。

进一步的,本实施例中,步骤f2所得废渣可用于制作有机肥,以重复利用废渣中的有机物和微量元素,提高资源的利用率。

进一步的,本实施例中,酶制剂包括按照质量份数计的如下组分:

芽孢杆菌10-14份,乳酸杆菌22-25份,酵母菌20-25份,枯草杆菌18-20份,纳豆菌17-22份,光合菌14-17份,硝化菌13-17份,放线菌16-21份,丝状菌13-18份,果胶酶32份,淀粉酶36份,木质素酶30份,半纤维素酶38份。该种酶制剂适用于果胶、淀粉含量相对较低,木质素、半纤维素含量相对较高的秸秆处理过程中。

进一步的,本实施例中,酶制剂包括按照质量份数计的如下组分:

芽孢杆菌10-14份,乳酸杆菌22-25份,酵母菌20-25份,枯草杆菌18-20份,纳豆菌17-22份,光合菌14-17份,硝化菌13-17份,放线菌16-21份,丝状菌13-18份,果胶酶36份,淀粉酶42份,木质素酶26份,半纤维素酶32份。该种酶制剂适用于果胶、淀粉含量相对较高,木质素、半纤维素含量相对较低的秸秆处理过程中。

在本公开的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本公开和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

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