CN107973917B - 秸秆全组分分离及制备可降解器具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆全组分分离及制备可降解器具的方法，将秸秆蒸煮水解后，固体渣可制备获得木糖、木质素、纤维素；洗涤液经浓缩用于制备可降解器具。洗涤液经压滤分离后加入防霉剂、抗氧化剂，搅拌，注入模具，托模进烘干，熨烫；进行浸润或喷涂处理，即获得可降解器具。本发明方法制备的可降解器具绿色天然，环保，无毒副添加剂，属于食品级产品，废弃后的降解速度快，5‑7天即可完全降解。

Description

秸秆全组分分离及制备可降解器具的方法
技术领域
本发明属于秸秆资源化利用领域，涉及一种秸秆全组分分离，并利用剩余废渣制备可降解器具的方法。
背景技术
农作物秸秆是一种尚未被完全开发的资源，我国每年农作物秸秆产量达8亿吨，是农民生活和农业发展的宝贵资源。农作物秸秆的主要成分有纤维素、半纤维素、木质素和剩余成分(脂肪、蛋白质、果胶和无机盐等)。现有的秸秆利用方式中，纤维素、半纤维素、木质素成分均有应用，尚未有关剩余成分分离和利用方式的报道。剩余成分包括蛋白质、淀粉、脂肪、果胶、色素等有机物及多种无机盐等，可作为有机肥、饲料、菌类培养基。剩余成分含量较低，一般在10％以下，个别秸秆可高达15-20％。
目前，采用秸秆制备可降解器具是对秸秆资源化利用的有效途径。例如，中国专利申请CN105856380A，利用秸秆、果壳纤维制可降解餐具及容器具的工艺，将主料破碎过筛后进行脱水处理，加强纤维选用麻丝或纯棉线剪碎加工，骨胶、卡拉胶与水混合搅拌，然后加入糯米胶持续搅拌。将主料、加强纤维、防霉剂、抗氧化剂同时喷淋加入胶混合液抽真空搅拌，然后高压注射成型，托模进入红外烘干及熨烫整型，采用木蜡油或植物油漆进行涂刷、浸润或喷涂处理，抛光检查处理然后最后包装入库。中国专利申请CN1541720A，采用可再生的谷物类、薯类、制糖的下脚料、农作物的秸秆为主要原料，经糖化、细菌发酵、分离提取乳酸、乳酸脱水缩聚，得到聚乳酸原料，再经挤压、造粒、吹塑、成型制得一次性医疗器具，该器具可在一定时间内降解，替代不可再生的石油基塑料医疗制品。中国专利申请CN105856380A，利用秸秆、果壳纤维制可降解餐具及容器具直接使用粉碎的秸秆，未作成分分离处理，秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素成分均未得到利用，而且生产的器具添加了骨胶、卡拉胶等添加剂，该方法只是秸秆的粗放式利用，并未真正将秸秆的各种成分充分利用起来。中国专利申请CN1541720A，采用谷物类、薯类、秸秆类粉末制作可降解医疗注射器具，未对秸秆成分分离，而且使用了谷物、薯类等粮食，原料成本较高，后期催化聚合处理也是成本较高，秸秆成分未被充分利用，浪费秸秆资源。
上述现有技术，虽然都是采用秸秆制备可降解器具，但是，或者成本较高、或者未将秸秆有效组分充分利用，存在一定不足。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，研究秸秆全组分分离，并利用剩余废渣制备可降解器具的方法。
本发明首先从秸秆(包括玉米秸秆及玉米芯、小麦秸秆、高粱秸秆等)组分中分离出纤维素、半纤维素、木质素等成分，然后将剩余成分制作成可降解器具餐具、花盆、育苗器具、家庭用具及其他可降解器具。本发明充分利用了秸秆中的所有成分，节约了资源。
本发明采用的技术方案是：秸秆全组分分离及制备可降解器具的方法，步骤如下：
(1)将秸秆原料洗涤进入蒸煮锅，加入秸秆原料质量0.01％-1％的催化剂，并通入新鲜蒸汽，升温至50℃-150℃保温30min-150min蒸煮；
(2)蒸煮结束，降温，洗涤；固体渣进入水解釜，经过水解后可制备获得木糖、木质素、纤维素；洗涤液经浓缩用于制备可降解器具；
(3)步骤(2)浓缩后的洗涤液经压滤分离得到固含量为60-90％滤饼，加入滤饼质量0-0.02％的防霉剂、0-0.2％的抗氧化剂，控制转速60-120r/min搅拌15-25分钟；
(4)将搅拌结束后的混料注入模具，托模进入红外烘干机烘干10-20分钟，然后进行熨烫；
(5)用表面处理剂进行浸润或喷涂处理；
(6)烘干后进行抛光，表面检查处理，然后包装入库。
所述催化剂为硫酸、盐酸、乙酸、甲酸中的一种或几种的混合。
所述防霉剂为食品防霉剂山梨酸钾、双乙酸钠、丙酸钙、乳酸链球菌中的一种或几种；所述抗氧化剂为BHA、BHT或TBHQ。
所述表面处理剂为质量比为1：1的木蜡油和植物油漆。
所述步骤(2)固体渣进入水解釜，加入0.1％-3％催化剂水解获得木糖水解液；水解液渣液分离，水解液经净化、浓缩、结晶制备精制木糖，分离后的固体渣进入碱性蒸煮工段；固体渣中加入1.0-3.0％碱液，升温至50-130℃保持30-150min，结束进行渣液分离，固体渣经螺旋挤浆机洗涤后制备纤维素，液体经浓缩、干燥后制备木质素。
本发明具有如下有益效果：
1、充分利用秸秆中的所有成分，秸秆利用率更高。现有技术只是对秸秆进行了简单的破碎、加胶加工制成，只是粗放式地利用方式。而本发明将秸秆中的有效成分木糖、纤维素、木质素等先提取出来，然后利用剩余成分热压成型制备可降解器具。对秸秆进行充分利用，没有任何浪费。
2、本发明方法制备的可降解器具绿色天然，环保，无毒副添加剂，属于食品级产品。现有将秸秆制备可降解器具的方法需要加骨胶、卡拉胶、糯米胶等组分，不够环保。而本发明不需要加胶，因为本发明方法获得的剩余成分包括蛋白质、淀粉、脂肪、果胶、色素等有机物及多种无机盐等，本身就具有粘合性，因而不需添加、更环保。
3、工艺简单，易操作，实用性强。现有方法需要添加多种组分，且步骤繁琐。而本发明，工艺步骤非常简单。
4、本发明可降解器具利用领域广、经济实用性强、可降解器具废弃后的降解速度快，5-7天即可完全降解。
具体实施方式
下面结合具体试验方法对本发明的技术方案及其所产生的技术效果做进一步的阐述，下述说明仅是为了解释本发明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。本发明所述方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)将1吨秸秆原料经带式输送机送至洗草设备，通过洗涤后的物料进入蒸煮锅，同时加入秸秆原料重量0.01％的乙酸并通入新鲜蒸汽，升温至50℃保温30min蒸煮。
(2)蒸煮结束，经放锅泵将全部物料喷放到喷放锅降温保存。喷放锅的物料经过螺旋挤浆机进行逆流洗涤，尽可能将固体渣中的次要成分分离，用于制备可降解器具。
(3)固体渣进入水解釜，加入0.1％(秸秆原料质量的0.1％)硫酸水解生物秸秆制备木糖，木糖水解液经净化、浓缩、结晶制备精制木糖。分离所得固体渣用于木质素与纤维素的分离。
(4)步骤(3)所得固体渣进入碱性蒸煮工段，同时加入1.0％氢氧化钠，升温至80℃进行提取70min，提取结束进行渣液分离，固体渣经螺旋挤浆机洗涤后制备纤维素，液体用于制备木质素
(5)步骤(4)所得液体经浓缩、干燥后制备木质素。
(6)步骤(2)所得次要成分经过膜集成技术浓缩得到10-12％(质量百分比)浓度的次要成分，并回收浓缩水进行循环利用。
(7)浓缩后的次要成分经压滤分离得到固含量为70％滤饼通过螺旋输送及送入搅拌混合机，加入0.006％(原料质量的0.006％)防霉剂双乙酸钠、0.05％(原料质量的0.05％)抗氧化剂BHT，控制转速60r/min搅拌15分钟；
(8)搅拌结束混料注入模具，根据需要引入各种形状的模具；
(9)将产品托模进入红外烘干机烘干20分钟，然后进行产品熨烫。
(10)将定型完毕的产品根据需要采用表面处理剂进行浸润或喷涂处理，保证喷涂饱满吸收均匀。
(11)将油漆产品烘干后然后进行抛光表面检查处理然后包装入库。
实施例2
(1)将1吨秸秆原料经带式输送机送至洗草设备，通过洗涤后的物料进入蒸煮锅，同时加入秸秆原料重量0.02％的甲酸。并通入新鲜蒸汽，升温至100℃保温120min蒸煮。
(2)蒸煮结束，经放锅泵将全部物料喷放到喷放锅降温保存。喷放锅的物料经过螺旋挤浆机进行逆流洗涤，尽可能将固体渣中的次要成分分离，用于制备可降解器具。
(3)固体渣进入水解釜，加入一定0.5％硫酸水解生物秸秆制备木糖，木糖水解液经净化、浓缩、结晶制备精制木糖。分离所得固体渣用于木质素与纤维素的分离。
(4)步骤(3)所得固体渣进入碱性蒸煮工段，同时加入1.5％氢氧化钠，升温至130℃进行提取100min，提取结束进行渣液分离，固体渣经螺旋挤浆机洗涤后制备纤维素，液体用于制备木质素
(5)步骤(4)所得液体经浓缩、干燥后制备木质素。
(6)步骤(2)所得次要成分经过膜集成技术浓缩得到12％(质量百分比)浓度的次要成分，并回收浓缩水进行循环利用。
(7)浓缩后的次要成分经压滤分离得到固含量为80％滤饼通过螺旋输送及送入搅拌混合机，加入0.01％防霉剂山梨酸钾、0.08％抗氧化剂BHA，控制转速100r/min搅拌15分钟；
(8)搅拌结束混料注入模具，根据需要引入各种形状的模具；
(9)将产品托模进入红外烘干机烘干20分钟，然后进行产品熨烫。
(10)将定型完毕的产品根据需要采用表面处理剂进行浸润或喷涂处理，保证喷涂饱满吸收均匀。
(11)将油漆产品烘干后然后进行抛光表面检查处理然后包装入库。
实施例3
(1)将1吨秸秆原料经带式输送机送至洗草设备，通过洗涤后的物料进入蒸煮锅，同时加入1％的乙酸。并通入新鲜蒸汽，升温至110℃保温90min蒸煮。
(2)蒸煮结束，经放锅泵将全部物料喷放到喷放锅降温保存。喷放锅的物料经过螺旋挤浆机进行逆流洗涤，尽可能将固体渣中的次要成分分离，用于制备可降解器具。
(3)固体渣进入水解釜，加入一定0.1％硫酸水解生物秸秆制备木糖，木糖水解液经净化、浓缩、结晶制备精制木糖。分离所得固体渣用于木质素与纤维素的分离。
(4)步骤(3)所得固体渣进入碱性蒸煮工段，同时加入1.0％氢氧化钠，升温至90℃进行提取90min，提取结束进行渣液分离，固体渣经螺旋挤浆机洗涤后制备纤维素，液体用于制备木质素
(5)步骤(4)所得液体经浓缩、干燥后制备木质素。
(6)步骤(2)所得次要成分经过膜集成技术浓缩得到13％(质量百分比)浓度的次要成分，并回收浓缩水进行循环利用。
(7)浓缩后的次要成分经压滤分离得到固含量为70％滤饼通过螺旋输送及送入搅拌混合机，加入0.05％(原料质量的0.05％)防霉剂丙酸钙，0.1％(原料质量的0.1％)抗氧化剂BHA，控制转速90r/min搅拌25分钟；
(8)搅拌结束混料注入模具，根据需要引入各种形状的模具；
(9)将产品托模进入红外烘干机烘干20分钟，然后进行产品熨烫。
(10)将定型完毕的产品根据需要采用0.1％(原料质量的0.1％)表面处理剂质量比为1:1的木蜡油和植物油漆进行浸润或喷涂处理，保证喷涂饱满吸收均匀。
(11)将油漆产品烘干后然后进行抛光表面检查处理然后包装入库。
试验例1
将本发明制备的可降解器具与普通市售产品进行对比，各项性能测试对比结果如下表1所示。
表1本发明可降解器具与市售产品性能对比
项目 市售产品 本发明产品
耐温性/℃ -20℃-150℃ -30℃-200℃
承受压力/(kg/m<sup>2</sup>) 300 500
降解速度(丢弃后)/天 60 5-7
由上表可知，本发明产品较市售产品在耐温性能、承受压力、降解速度方面均具有明显优势。

Claims (3)

1.一种秸秆全组分分离及制备可降解器具的方法，其特征是，步骤如下：
(1)将秸秆原料洗涤进入蒸煮锅，加入秸秆原料质量0.01％-1％的催化剂，并通入新鲜蒸汽，升温至50℃-150℃保温30min-150min蒸煮；
(2)蒸煮结束，降温，洗涤；固体渣进入水解釜，加入0.1％-3％催化剂水解获得木糖水解液；水解液渣液分离，水解液经净化、浓缩、结晶制备精制木糖，分离后的固体渣进入碱性蒸煮工段；固体渣中加入1.0-3.0％碱液，升温至50-130℃保持30-150min，结束进行渣液分离，固体渣经螺旋挤浆机洗涤后制备纤维素，液体经浓缩、干燥后制备木质素；
(3)步骤(2)浓缩后的洗涤液经压滤分离得到固含量为60-90％滤饼，加入滤饼质量0-0.02％的防霉剂、0-0.2％的抗氧化剂，控制转速60-120r/min搅拌15-25分钟；
(4)将搅拌结束后的混料注入模具，托模进入红外烘干机烘干10-20分钟，然后进行熨烫；
(5)用表面处理剂进行浸润或喷涂处理；
(6)烘干后进行抛光，表面检查处理，然后包装入库；
所述催化剂为硫酸、盐酸、乙酸、甲酸中的一种或几种的混合。
2.如权利要求1所述的秸秆全组分分离及制备可降解器具的方法，其特征是，所述防霉剂为食品防霉剂山梨酸钾、双乙酸钠、丙酸钙、乳酸链球菌中的一种或几种；所述抗氧化剂为BHA、BHT或TBHQ。
3.如权利要求1所述的秸秆全组分分离及制备可降解器具的方法，其特征是，所述表面处理剂为质量比为1：1的木蜡油和植物油漆。
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