CN103669065B - 一种利用小麦秸秆制备植物纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用小麦秸秆优化制备植物纤维的方法，以农副产物小麦秸秆为原料，秸秆、15％硫酸、氢氧化钾、28％氨水的质量比为1：15.40：1．83～2.02：0.45，经过酸解、碱解、固液分离制得植物纤维。本发明利用小麦秸秆优化制备植物纤维的特点在于所设计的工艺路线将传统的机械和化学方法进行了有效的结合，并进行了硫酸的酸解反应；使得秸秆粉末的反应性增强、碱解反应更容易进行，碱液的用量减少，有利于废水的处理。同时，以氢氧化钾和氨水为碱解液，使得所产生的废水中主要含有有机质，钾、氮、硫等元素；这些都是植物所需的营养物质，经处理后可用于农业灌溉，特别是沙漠土壤；这样即可以增加土壤的营养物质，又可以有效地解决所产生的废水的污染问题。
Description
技术领域
本发明属于天然物提取领域，即天然纤维素类物质制备领域，具体涉及一种利用小麦秸秆制备植物纤维的方法。
技术背景
小麦秸秆是天然的可再生资源，其主要成分是半纤维素、纤维素和木质素。农民常将其视为废料，甚至就地焚烧，不仅造成了环境的污染，还造成了资源浪费。我国植物纤维的制备主要依赖于木材，而我国是一个木材资源匮乏的国家，现有的木材很难满足纸浆业（纸浆的主要成分为植物纤维）及其他植物纤维利用业的快速发展。而专统制浆工艺会使纤维素分子发生降解，使其纤维素的聚合度或分子量降低，不利于深加工利用。改进小麦秸秆制浆工艺，提高产品品质，对于制浆企业和植物纤维深加工企业的发展都有着非常重要的意义。另外，我国土地的沙化问题日益严峻，沙尘暴已经成了环境难以避开的恶敌；以小麦秸秆为原料，制得满足要求且廉价的植物纤维，经化学深加工后可用于固沙，这对于沙漠治理有着不可替代的战略意义。纸浆的制浆原则是将植物原料分离为单根纤维形态，并使之达到符合使用要求的洁净程度。通常的制浆工艺有机械磨解法、化学处理法和化学机械法等三种方法，目前大多企业采用的是以氢氧化钠为主的直接碱煮的化学处理法。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用小麦秸秆优化制备植物纤维的方法，即可再生资源小麦秸秆的再利用；为了实现这一目的，本发明采取以下技术方案：
一种利用小麦秸秆制备植物纤维的方法，其特征在于，包括机械粉碎、酸解、碱解和固液分离四个处理步骤：
﹙1﹚机械粉碎
将小麦秸秆分捡以除去杂质，然后用TYSP-500A型多功能粉碎机粉碎，得到80～150目的秸秆粉末原料。
﹙2﹚酸解反应
在室温下，首先将秸秆粉末加入到三口烧瓶中，按秸秆粉末与质量浓度15%硫酸为1：15.40的质量比加入15%硫酸，搅拌5min使粉末原料和酸液混合均匀，升温到100℃、剧烈搅拌下使其酸解反应90min，得到酸处理物料。
﹙3﹚碱解反应
向酸处理物料中加入秸秆粉末与氢氧化钾质量比为1：1．83～2.02的氢氧化钾，加入秸秆粉末与质量浓度28%氨水质量比为1：0.45的氨水，搅拌5min使其混合均匀，在100℃下继续搅拌碱解反应90min，其间连接尾气吸收装置以吸收放出的氨气，得到碱处理物料。
﹙4﹚固液分离
将碱处理物料冷却后倒入烧杯中，再搅拌冷却至室温，过滤，然后按秸秆粉末与水质量比为1：2.00洗涤3次得到固体产品。
本发明的特点之一是所设计的工艺路线将传统的机械和化学方法进行了有效的结合。机械方法使得碱解反应更容易进行，可以减少碱液的用量；同时又增加了酸解反应，可进一步激活秸秆粉末的反应性，减少碱液的用量；这些工艺改进都减少了碱液的消耗量，即节省了原料、降低了成本，又减少了废水的产生量，符合节能减排的基本要求；而且还提高了产品质量，扩大了其应用范围。
本发明的另一特点是碱解反应以氢氧化钾和氨水为碱解液，酸解反应以硫酸为酸解液，所产生的废水主要含有有机质，钾、氮、硫等元素；这些都是植物所需的营养物质，经处理后可用于农业灌溉，特别是沙漠土壤；这样即可以增加土壤的营养物质，又可以有效地解决所产生的废水的污染问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1：
将小麦秸秆分捡以除去杂质，粉碎后得到80目的秸秆粉末原料；向三口烧瓶中加入5．00g秸秆粉末，加入77．00g15%硫酸，搅拌5min使粉末原料和酸液混合均匀，升温到100℃、剧烈搅拌下使其酸解反应90min；再加入9．16g氢氧化钾和2．25g质量浓度28%的氨水，搅拌5min使其混合均匀，在100℃下继续搅拌碱解反应90min，其间连接尾气吸收装置以吸收放出的氨气；然后将物料冷却到50℃后倒入烧杯中，再搅拌冷却至室温，过滤，每次用10g水洗涤3次得到固体产品。
按照α-纤维素分析方法测得的结果为：α-纤维素含量42．43％。
实施例2：
将小麦秸秆分捡以除去杂质，粉碎后得到100目的秸秆粉末原料；向三口烧瓶中加入5．00g秸秆粉末，加入77．00g15%硫酸，搅拌5min使粉末原料和酸液混合均匀，升温到100℃、剧烈搅拌下使其酸解反应90min；再加入10．08g氢氧化钾和2．25g质量浓度28%的氨水，搅拌5min使其混合均匀，在100℃下继续搅拌碱解反应90min，其间连接尾气吸收装置以吸收放出的氨气；然后将物料冷却到50℃后倒入烧杯中，再搅拌冷却至室温，过滤，每次用10g水洗涤3次得到固体产品。
按照α-纤维素分析方法测得的结果为：α-纤维素含量48．84％。
实施例3：
将小麦秸秆分捡以除去杂质，粉碎后得到150目的秸秆粉末原料；向三口烧瓶中加入5．00g秸秆粉末，加入77．00g15%硫酸，搅拌5min使粉末原料和酸液混合均匀，升温到100℃、剧烈搅拌下使其酸解反应90min；再加入9．56g氢氧化钾和2．25g质量浓度28%的氨水，搅拌5min使其混合均匀，在100℃下继续搅拌碱解反应90min，其间连接尾气吸收装置以吸收放出的氨气；然后将物料冷却到50℃后倒入烧杯中，再搅拌冷却至室温，过滤，每次用10g水洗涤3次得到固体产品。
按照α-纤维素分析方法测得的结果为：α-纤维素含量38．37％。
Claims (5)
1.一种利用小麦秸秆制备植物纤维的方法，其特征在于，包括机械粉碎、酸解、碱解和固液分离四个处理步骤：
1﹚机械粉碎
将小麦秸秆分捡，除去杂质，粉碎得到秸秆粉末原料；
2﹚酸解反应
向三口烧瓶中加入秸秆粉末，再加入质量浓度15%的硫酸，搅拌5min使粉末原料和酸液混合均匀，升温到100℃、剧烈搅拌下使其酸解反应90min，得到酸处理物料；
3﹚碱解反应
向酸处理物料中加入氢氧化钾和质量浓度28%的氨水，搅拌5min使其混合均匀，在100℃下继续搅拌碱解反应90min，其间连接尾气吸收装置以吸收放出的氨气，得到碱处理物料；
4﹚固液分离
将碱处理物料冷却后倒入烧杯中，再搅拌冷却至室温，过滤后用水洗涤3次得到固体产品。
2.根据权利要求1所述的利用小麦秸秆制备植物纤维的方法，其特征在于所述机械粉碎中秸秆粉碎到80～150目。
3.根据权利要求1所述的利用小麦秸秆制备植物纤维的方法，其特征在于所述酸解反应中秸秆粉末与质量浓度15%硫酸的质量比为1：15.40；所述剧烈搅拌的转速为1500转/分。
4.根据权利要求1所述的利用小麦秸秆制备植物纤维的方法，其特征在于所述碱解反应中秸秆粉末与氢氧化钾的质量比为1：1．83～2.02、秸秆粉末与质量浓度28%的氨水的质量比为1：0.45；剧烈搅拌为转速1500转/分。
5.根据权利要求1所述的利用小麦秸秆制备植物纤维的方法，其特征在于所述固液分离水洗涤中秸秆粉末与洗涤水的质量比为1：2.00。
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