CN108044758B - 一种废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法，包括：S1、利用离子型萃取剂对废弃农作物韧皮原料进行萃取，固液分离后得到果胶溶液和韧皮纤维渣；S2、将所述果胶溶液浓缩后加入乙醇，搅拌后静置沉淀，洗涤烘干，得到成品果胶；S3、对所述韧皮纤维渣进行酸化处理，与玻璃纤维混匀，加入粘合剂和固化剂，压制成纤维板。本发明所提供的废弃农作物韧皮原料资源化利用方法，通过萃取果胶后再利用韧皮纤维渣制备纤维板，能最大化、资源化利用废弃农作物韧皮原料，所得果胶属于绿色产品，不受农药污染，不含转基因成分，热稳定性好，且采用韧皮纤维渣替代部分玻璃纤维所制得纤维板力学性能好，综合利用的经济效益良好，实际意义重大。

Description

一种废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法

技术领域

本发明涉及废弃农作物的资源化利用技术领域，具体涉及一种废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法。

背景技术

据统计，2016年世界上含纤维的废弃农作物韧皮原料多达150亿吨。由于具有较高的经济价值，亚麻籽麻、工业大麻籽麻和香蕉被在世界各地大面积种植，在收获其亚麻种子、工业大麻种子和香蕉果实后，茎杆纤维由于品质较低，暂时没有开发出经济价值较高的产业用途，这些茎秆的天然降解又比其他农作物困难，通常直接被焚烧处理，易引起环境污染，同时造成资源浪费。因此，寻找一些资源化利用农作物废弃韧皮原料的新方法势在必行。

公开号为CN 103770189 A的中国发明专利申请公开了一种以麦秆为原料制备纤维板的方法，具体包括：将麦秆切割粉碎至2cm左右，采用乙酸对麦秆进行预处理，烘干至含水量为10％左右，二次粉碎，过筛，施胶，铺装和压制成型；其提供了有利脲醛树脂粘结剂与纤维形成良好胶合界面的环境，有利于提高麦秆纤维板的胶合强度和综合性能，实现了农作物麦秆资源化利用，降低了麦秆人造板的成本，为麦秆人造板的大规模市场化提供了新途径。

公开号为CN 107083080 A的中国发明专利申请公开了一种秸秆纤维板材的制备方法，具体包括：将秸秆、丙烯酸类树脂乳液、有机酸、滑石粉、氧化镁、添加剂和软化剂组合在一起，搅拌混匀，倒入温控式控制池，在50-60℃下放置3-6h，加水搅匀，发酵后灭菌，模具成型并养护，得到纤维板材；所得纤维板材质量轻、抗水，又有较好阻燃性能，可作建筑材料，用于吊顶、内外墙的保温。

公开号为CN 104893330 A的中国发明专利申请公开了一种天然环保植物纤维板材及其制备方法，所述纤维板材包括木质纤维素、杨木纤维、按木纤维、剑麻纤维、龙须草纤维、花生纤维、菠萝叶纤维、阿拉伯胶、魔芋胶、木薯淀粉、氯化钙、甘油、去离了水；其制备方法包括取阿拉伯胶、魔芋胶、木薯淀粉、氯化钙、甘油、去离了水加热搅拌，加入木质纤维素、杨木纤维、按木纤维、剑麻纤维、龙须草纤维、花生纤维、菠萝叶纤维，搅拌均匀，在模具中高温热压成型，冷却后切割成板材；所述纤维板材具有无污染、环保、绿色、机械强度高的特点。

至今尚未见到将亚麻籽麻、工业大麻籽麻和香蕉的废弃茎秆的果胶提取并制备纤维板的资源化利用方法的报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法，包括以下步骤：

S1、利用离子型萃取剂对废弃农作物韧皮原料进行萃取，固液分离后得到果胶溶液和韧皮纤维渣；

S2、将所述果胶溶液浓缩后加入乙醇，搅拌后静置沉淀，洗涤烘干，得到成品果胶；

S3、对所述韧皮纤维渣进行酸化处理，与玻璃纤维混匀，加入粘合剂和固化剂，压制成纤维板。

通过利用离子型萃取剂提取废弃农作物韧皮原料中的果胶后，再利用韧皮纤维渣替代部分玻璃纤维制备纤维板，最终综合利用其果胶和天然纤维素纤维，提高废弃农作物韧皮原料的附加值。

在上述技术方案中，步骤S1中，所述萃取包括：将废弃农作物韧皮原料与离子型萃取剂按1g：5-6ml的比例混匀，浸泡20-40min，煮沸2-3h，每30min搅拌1次。离子型萃取剂与现有强酸型萃取剂相比，萃取过程温和且对环境污染较小，符合绿色环保的发展需要。

优选地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述萃取还包括：对废弃农作物韧皮原料进行清洗和除杂处理，烘干剪碎。通过除杂剪碎，能缩小原料的体积，促使离子型萃取剂和废弃农作物韧皮原料的充分接触，提高果胶的萃取率。

进一步优选地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述固液分离采用离心脱水的方法，离心转速为3000-5000r/min，离心时间为20-30min。

在上述技术方案中，步骤S2包括：采用真空干燥或低温蒸发法将果胶溶液浓缩得到浓度为0.1-0.3g/L的果胶浓缩液，将果胶浓缩液置于浓度为95％-98.5％的乙醇溶液中静置沉淀，并依次采用浓度由低到高的60％-90％的乙醇溶液洗涤沉淀，低温烘干。

优选地，在上述技术方案中，步骤S2还包括：向95％-98.5％的乙醇溶液中添加1wt％-3wt％的助剂，所述助剂为醋酸钠和/或醋酸钾。通过添加少量的电解质助剂有助于果胶沉淀，提高果胶得率。

进一步优选地，在上述技术方案中，步骤S2还包括：将烘干后的大片果胶粉碎得到果胶得率为4％-8％的粉状大分子量的成品果胶。

在上述技术方案中，步骤S3中，所述酸化处理包括：采用6wt％-8wt％的乙酸溶液在75-85℃下处理30-40min，烘干至含水量为8％-12％，破碎并过100目筛。酸化处理能有效降低韧皮纤维渣表面的pH值，以提供有利于粘接剂与纤维胶合界面。

优选地，在上述技术方案中，步骤S3中，所述韧皮纤维渣、玻璃纤维、粘合剂和固化剂的质量比为(3-5)：1：(0.4-0.6)：0.04。

进一步优选地，在上述技术方案中，步骤S3中，所述纤维板利用模板铺装后采用压力机压制成型。

本发明的优点：

(1)本发明所提供废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法，通过萃取果胶后再利用韧皮纤维渣制备纤维板，能最大化、资源化利用废弃农作物韧皮原料，条件温和，实际意义重大；

(2)本发明所提供废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法，所得果胶属于绿色产品，不受农药污染，不含转基因成分，热稳定性好，胶凝性强，是食品和医药工业的优良乳化剂，且采用韧皮纤维渣替代部分玻璃纤维所制得纤维板力学性能好，降低了纤维板的生产成本，综合利用的经济效益良好，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

实施例1一种废弃工业大麻籽麻韧皮原料的资源化利用方法

将采集自湖南沅江实验基地的工业大麻籽麻韧皮原料用鼓风法除尘除砂后，50℃下干燥至含水率<5％；取工业大麻籽麻韧皮原料20kg，切碎成长度为2cm段，按浴比1∶5的比例置于0.5％草酸铵溶液(W/V)中浸泡30min，煮沸2h，每30min搅拌1次，随后在转速为4000r/min条件下离心20min，分别收集果胶溶液和工业大麻籽麻韧皮纤维渣；采用旋转蒸发仪对果胶溶液进行低温浓缩，得到浓度为0.2g/L的果胶浓缩液，再向果胶浓缩液中加入无水乙醇，控制乙醇的浓度在97％-98％，静置2.5h，直至苎麻果胶充分沉淀，随后用3倍体积的浓度为65％的乙醇溶液洗涤沉淀2次，在低于50℃条件下烘干，得到含水量小于2％工业大麻果胶成品，粉碎得到果胶得率为7.5％的粉状大分子量的工业大麻成品果胶粉末；采用7wt％的乙酸溶液在80℃下对工业大麻籽麻韧皮纤维渣酸化处理35min，烘干至含水量为10％，破碎并过100目筛，去除大颗粒或将大颗粒再次粉碎，混合均匀，将上述工业大麻籽麻韧皮纤维渣与玻璃纤维渣按质量比为5∶1的比例混合，随后按纤维总质量添加1wt％的氯化铵固化剂和10wt％-15wt％的脲醛树脂粘合剂，按模板进行铺装，用压型机在175℃、12Mpa条件下压制成纤维板。

实施例2一种废弃亚麻籽麻韧皮原料的资源化利用方法

将采集自黑龙江农科院经作所基地的亚麻籽麻韧皮原料用鼓风法除尘除砂后，50℃下干燥至含水率<5％。取亚麻籽麻韧皮原料10kg，切碎成2cm段。将籽麻韧皮原料碎片与0.45％草酸铵溶液按浴比(W/V)1∶3浸泡，煮沸2h，每30min搅拌1次，随后用工业离心机在3500r/min条件下离心20min，分别收集果胶溶液与亚麻籽麻韧皮纤维渣；采用旋转蒸发仪将果胶溶液低温浓缩，使果胶含量0.25g/L左右，用无水乙醇添加至果胶浓缩液，使乙醇浓度达到98％，静置3h，直至籽麻果胶充分沉淀；再依次用等体积的梯度浓度乙醇(60％-90％)洗涤沉淀，低温烘干，使含水率<2％；将干燥后的果胶成品粉碎，最终获得大分子量的成品果胶粉末，其果胶得率为6.8％；在90℃条件下，用6.5％乙酸对亚麻籽麻韧皮纤维渣预处理40min，烘干至水分为12％，磨碎，过100目筛子，去除大颗粒，确保原料均匀，将上述纤维渣与玻璃纤维按3.5∶1的比例混匀，添加1％氯化铵固化剂和10％-15％脲醛树脂粘合剂，将混好的物料按照模板进行铺装，用压型机在190℃、11.5Mpa条件下压制成纤维板。

实施例3一种废弃香蕉茎秆韧皮原料的资源化利用方法

将采集自广东湛江种植基地的香蕉茎秆韧皮原料用鼓风法除尘除砂后，50℃下干燥至含水率<3.5％；取香蕉茎秆韧皮原料10kg，切碎成长度为2cm段，按浴比1∶4的比例置于0.48％草酸铵溶液(W/V)中浸泡40min，煮沸2.5h，每30min搅拌1次，随后采用工业离心机在转速为3000r/min下离心20min，分别收集果胶溶液和香蕉茎秆韧皮纤维渣；采用旋转蒸发仪对果胶溶液进行低温浓缩，得到浓度为0.2g/L的果胶浓缩液，再向果胶浓缩液中加入无水乙醇，使乙醇的浓度达到98％，静置2h，直至香蕉茎秆果胶充分沉淀，随后依次采用等体积的从低到高浓度的乙醇溶液(60％-90％)洗涤沉淀3次，在低于50℃条件下烘干，得到含水量小于2％香蕉果胶成品，粉碎得到果胶得率为4.6％的大分子量的香蕉果胶粉末成品；采用7wt％的乙酸溶液在80℃下对香蕉茎秆韧皮纤维渣酸化处理40min，烘干至含水量为8％，破碎并过100目筛，去除大颗粒或将大颗粒再次粉碎，混合均匀，将上述香蕉茎秆韧皮纤维渣与玻璃纤维渣按质量比为4∶1的比例混合，随后按纤维总质量添加1wt％的氯化铵固化剂和12.5wt％的脲醛树脂粘合剂，按模板进行铺装，用压型机在175℃、12.5Mpa条件下压制成纤维板。

测定本发明实施例1-3所制得的纤维板的力学性能，结果如下表1所示。

表1各实施例所制得的纤维板的力学性能对照表

最后，以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种废弃农作物韧皮原料的资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对废弃农作物韧皮原料进行清洗和除杂处理，烘干剪碎，利用离子型萃取剂对废弃农作物韧皮原料进行萃取，固液分离后得到果胶溶液和韧皮纤维渣，

所述萃取包括：将废弃农作物韧皮原料与离子型萃取剂按1g：5-6ml的比例混匀，浸泡20-40min，煮沸2-3h，每30min搅拌1次，所述离子型萃取剂为草酸铵溶液，

所述固液分离采用离心脱水的方法，离心转速为3000-5000 r/min，离心时间为20-30min；

S2、将所述果胶溶液浓缩后加入乙醇，搅拌后静置沉淀，洗涤烘干，得到成品果胶，具体包括：采用真空干燥或低温蒸发法将果胶溶液浓缩得到浓度为0.1-0.3 g/L的果胶浓缩液，将果胶浓缩液置于浓度为95%-98.5%的乙醇溶液中静置沉淀，所述95%-98.5%的乙醇溶液还包括1wt%-3wt%的助剂，所述助剂为醋酸钠和/或醋酸钾，并依次采用浓度由低到高的60%-90%的乙醇溶液洗涤沉淀，低温烘干，将烘干后的大片果胶粉碎得到果胶得率为4%-8%的粉状大分子量的成品果胶；

S3、对所述韧皮纤维渣进行酸化处理，与玻璃纤维混匀，加入粘合剂和固化剂，压制成纤维板，

所述酸化处理包括：采用6wt%-8wt%的乙酸溶液在75-85℃下处理30-40min，烘干至含水量为8%-12%，破碎并过100目筛，

所述韧皮纤维渣、玻璃纤维、粘合剂和固化剂的质量比为（3-5）：1：（0.4-0.6）：0.04。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述纤维板利用模板铺装后采用压力机压制成型。