CN104047197B - 一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，包括以下步骤：1）将玉米秸秆粉碎成100目的粉末；2）在高压反应釜中加入玉米秸秆粉末和碱性分子筛MgO/SBA-15，然后加入乙醇-水混合溶液并混合均匀，得到混合物；3）在压力为0.1-0.5Mpa下反应30-100min，分离后得到固体残渣；4）将固体残渣中的碱性分子筛取出，然后用蒸馏水洗涤，风干后即可得到预处理秸秆片段。本发明的优点是：该方法可最大程度去除玉米秸秆中的木质素，碱性分子筛可回收再利用，减少了生产原料的消耗；所需设备简单、工艺简便，且不会造成附加的环境危害，实现了玉米秸秆的高效利用，具有显著的社会意义和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物质处理技术领域，尤其是一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法。
背景技术
伴随一次性化石燃料资源的渐趋枯竭、能源及资源的日趋紧张,如何高效综合利用可再生能源——生物质能源已成为世界各国普遍关注的话题。而作为生物质主要资源的农作物秸秆因资源丰富、便于生产和利用等特点备受关注。
玉米秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素等组成，其中木质素约占20-30%，木质素难以降解，不仅使储存在其中的能量无法被人类利用，而且在工业生产中，尤其是造纸工业中产生氯酚等有毒物质造成环境的污染，危害人类健康。此外，影响秸秆有效利用的主要因素有三个：原料内孔面积、纤维素结晶度、木质素和半纤维素的包覆作用。为了使其更易于利用，必须对原料进行预处理，以降解木质素的网状结构，打破相互之间的包裹。
目前，秸秆预处理的方法主要有物理预处理法、化学预处理法和生物预处理法，例如：机械粉碎法、高能辐射法、稀酸法、碱处理法等。物理和化学方法对设备的要求较高、能耗较大，且存在运行成高、对环境影响大的缺陷。生物预处理法虽然有环境友好、能耗低的优点，但其较长的预处理时间和生产周期限制了其在工程中的应用。
利用碱性分子筛处理玉米秸秆，相对于传统的物理化学方法，在技术成本及处理效果上有着明显的优势。应用固体碱催化技术处理秸秆，可以有效去除木质素，破坏纤维素、半纤维素和木质素之间的复杂结构，极大的提高秸秆处理水平，利于后续生产中对于原材料的资源化利用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，该方法通过碱性分子筛催化，去除了玉米秸秆中的大部分木质素，为其资源化利用提供了基础。
本发明的技术方案：
一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，包括以下步骤：
1）将玉米秸秆粉碎成100目的粉末；
2）在高压反应釜中加入上述玉米秸秆粉末和碱性分子筛MgO/SBA-15，然后加入体积比为1:1的乙醇-水混合溶液并混合均匀，得到混合物；
3）将上述混合物在压力为0.1-0.5Mpa下反应30-100min，分离后得到固体残渣；
4）将固体残渣中的碱性分子筛取出，然后用蒸馏水洗涤剩余残渣，自然风干，即可得到预处理秸秆片段。
所述碱性分子筛由MgO和SBA-15混合组成，MgO与SBA-15的质量比为1:5-20。
所述玉米秸秆粉末与碱性分子筛的质量比为10-20:1。
所述玉米秸秆粉末与乙醇-水混合溶液的用量比为1g：15-50mL。
本发明的优点是：
该方法采用碱性分子筛催化玉米秸秆粉末在高压条件下的溶解，可以最大程度去除玉米秸秆中的木质素，碱性分子筛可回收再利用，减少了生产原料的消耗；该方法所需设备简单、工艺简便，且不会造成附加的环境危害，实现了玉米秸秆的高效利用，提高了生物质资源利用效率，解决了玉米秸秆难于降解、再利用的难题，具有显著的社会意义和经济价值。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1：
一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，包括以下步骤：
1）将玉米秸秆粉碎成100目的粉末；
2）在高压反应釜中加入上述玉米秸秆粉末和碱性分子筛MgO/SBA-15所述碱性分子筛由MgO和SBA-15组成，其质量比为1:5，玉米秸秆粉末与碱性分子筛的质量比为10:1，然后加入体积比为1:1的乙醇-水混合溶液并混合均匀，玉米秸秆粉末与乙醇-水的用量比为1g/15mL，得到混合物；
3）将上述混合物在压力为0.1Mpa下反应30min，分离后得到固体残渣；
4）将固体残渣中的碱性分子筛取出，然后用蒸馏水洗涤剩余残渣，自然风干，即可得到预处理秸秆片段。
检测表明：经过碱性分子筛高温预处理的玉米秸秆，其中的木质素去除率达到85%。
实施例2：
一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，包括以下步骤：
1）将玉米秸秆粉碎成100目的粉末；
2）在高压反应釜中加入上述玉米秸秆粉末和碱性分子筛MgO/SBA-15所述碱性分子筛由MgO和SBA-15组成，其质量比为1:10，玉米秸秆粉末与碱性分子筛的质量比为15:1，然后加入体积比为1:1的乙醇-水混合溶液并混合均匀，玉米秸秆粉末与乙醇-水的用量比为1g/30mL，得到混合物；
3）将上述混合物在压力为0.3Mpa下反应60min，分离后得到固体残渣；
4）将固体残渣中的碱性分子筛取出，然后用蒸馏水洗涤剩余残渣，自然风干，即可得到预处理秸秆片段。
检测表明：经过碱性分子筛高温预处理的玉米秸秆，其中的木质素去除率达到89%。
实施例3：
一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，包括以下步骤：
1）将玉米秸秆粉碎成100目的粉末；
2）在高压反应釜中加入上述玉米秸秆粉末和碱性分子筛MgO/SBA-15所述碱性分子筛由MgO和SBA-15组成，其质量比为1:20，玉米秸秆粉末与碱性分子筛的质量比为20:1，然后加入体积比为1:1的乙醇-水混合溶液并混合均匀，玉米秸秆粉末与乙醇-水的用量比为1g/50mL，得到混合物；
3）将上述混合物在压力为0.5Mpa下反应100min，分离后得到固体残渣；
4）将固体残渣中的碱性分子筛取出，然后用蒸馏水洗涤剩余残渣，自然风干，即可得到预处理秸秆片段。
检测表明：经过碱性分子筛高温预处理的玉米秸秆，其中的木质素去除率达到90%。
Claims (4)
1.一种利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将玉米秸秆粉碎成100目的粉末；
2）在高压反应釜中加入上述玉米秸秆粉末和碱性分子筛MgO/SBA-15，然后加入体积比为1:1的乙醇-水混合溶液并混合均匀，得到混合物；
3）将上述混合物在压力为0.1-0.5Mpa下反应30-100min，分离后得到固体残渣；
4）将固体残渣中的碱性分子筛取出，然后用蒸馏水洗涤剩余残渣，自然风干，即可得到预处理秸秆片段。
2.根据权利要求1所述利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，其特征在于：所述碱性分子筛由MgO和SBA-15混合组成，MgO与SBA-15的质量比为1:5-20。
3.根据权利要求1所述利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，其特征在于：所述玉米秸秆粉末与碱性分子筛的质量比为10-20:1。
4.根据权利要求1所述利用碱性分子筛高效脱除玉米秸秆中木质素的方法，其特征在于：所述玉米秸秆粉末与乙醇-水混合溶液的用量比为1g：15-50mL。
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