CN109881517B - 一种高压环境下稻草秸秆的快速液化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及稻草秸秆处理技术领域，具体涉及一种高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，具体按照以下步骤实施：步骤(1)，粉碎，过筛；步骤(2)，分别称取稻草秸秆粉末、液化剂及催化剂；步骤(3)，将反应物混合均匀后加入到反应釜内进行液化反应；步骤(4)，排气，取出液化产物，冷却。本发明提供的高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，环保、快速、高效，拓宽了稻草秸秆的再利用途径。

Description

一种高压环境下稻草秸秆的快速液化方法

技术领域

本发明涉及稻草秸秆处理技术领域，具体涉及一种高压环境下稻草秸秆的快速液化方法。

背景技术

生物质材料是一种典型的可再资源，具有可降解和容易回收利等优势，被视为一种可深度开发的化工原料，是新时代背景下最具发展前景的材料之一。我国是一个传统农业大国，以农作物秸秆为代表的生物质材料数量巨大，但因具有天然高分子材料难熔、可加工性差等特点，限制了其应用范围。此外，不恰当的秸秆处理方法(如焚烧、掩埋等)不但会导致大量资源的浪费，还会带来一系列环境污染问题。在倡导绿色生活、可持续发展理念的时代背景和能源危机日益迫近的客观条件下，必须寻求秸秆的有效处理方法，拓宽其应用领域。

近年来，人们在木材的液化处理方面做出了大量有意义的探索，采取化学催化、高温热裂解等手段将固体木材液化为可加工性强的液体材料。但是关于农作物秸秆的液化处理研究相对较少，鲜见关于稻草秸秆的液化处理工艺研究。同时，液化过程中所用部分化学试剂可能会带来环境污染，并且存在液化率低、液化效率慢等不足。为拓宽稻草秸秆的应用范围，有必要寻求稻草秸秆的环保、高效液化处理工艺。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种针对稻草秸秆的环保、快速、高效的液化处理方法，拓宽稻草秸秆的再利用途径。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案是：

一种高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，具体按照以下步骤实施：

步骤(1)，将干燥的稻草秸秆粉碎成粉末，过60目筛，备用；

步骤(2)，按质量比为15∶45-60∶2.7-6分别称取稻草秸秆粉末、液化剂及催化剂；

所述液化剂由聚乙二醇400、丙三醇、对羟基苯乙醇、对羟基苯甲酸按质量比为4∶3-4∶1-2∶1-2组成；

步骤(3)，将步骤(2)中称取的稻草秸秆粉末、液化剂及催化剂混合均匀后加入到反应釜内，通入氮气，使反应釜内的初始压强为4-5MPa，再控制反应温度为160℃-200℃，反应90min-180min；

步骤(4)，待反应完成后，排气，取出液化产物，冷却至室温即可。

优选地，所述稻草秸秆粉末过筛后在105℃±0.5℃下干燥至恒重。

优选地，所述催化剂为对甲苯磺酸。

优选地，步骤(1)中所述稻草秸秆粉末的粒径≤0.3mm。

对比现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，所述液化方法在高压、无氧条件下进行，有效的阻止了副反应的发生和稻草秸秆的高温氧化、碳化，提高了稻草秸秆的液化率和液化速度，并降低了液化产物中无效附加产物的含量。

2、本发明提供的高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，采用聚乙二醇400、丙三醇、对羟基苯乙醇和对羟基苯甲酸的混合物作为液化剂，其中对羟基苯甲酸和对羟基苯乙醇作为液化剂的一部分，可向液化过程提供醇羟基和酚羟基，在聚乙二醇和丙三醇的基础上，增加羟基数量加快了反应速率；同时四种液化剂组分在一定条件下混合使用对稻草秸秆的液化速率具有协同作用，并且对液化率的提高有促进作用，既减少了液化剂的用量，也提高了稻草秸秆的液化率，较于常规苯酚液化，极大减轻了液化过程带来的二次环境污染，有利于环境保护。

3、本发明提供的高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，所得稻草秸秆液化产物在常温下为黏稠状液体，随温度的升高，液化产物流动性增加，属于热塑性材料，具有良好的可加工性，用途广泛。

附图说明

图1为实施例1-3制得的液化产物黏度随温度的变化规律曲线图；其中，组1表示实施例1；组2表示实施例2；组3表示实施例3。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本发明的实施方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

一种高压环境下稻草秸秆快速液化方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤(1)，将干燥的稻草秸秆粉碎成粉末，并将粉末过60目筛，再置于105℃的干燥箱中烘干至恒重，得到绝干的稻草秸秆粉末冷却至室温备用；

步骤(2)，称取步骤(1)中的稻草秸秆粉末15g，称取液化剂45g，称取催化剂对甲苯磺酸2.7g；

其中，液化剂由18g聚乙二醇400、18g丙三醇、4.5g对羟基苯乙醇及4.5g对羟基苯甲酸组成；

步骤(3)，将步骤(2)中称取的稻草秸秆粉末、液化剂及对甲苯磺酸混合均匀后放入反应釜内；将反应釜的通气阀和排气阀同时打开，持续通入氮气1min以排除反应釜内的空气；然后将排气阀关闭，并继续充入氮气，直至反应釜内的压强达到4MPa后关闭通气阀；启动反应釜，控制反应温度为200℃，反应90min；

步骤(4)，待反应完成后，排出反应釜内的气体，取出液化产物，冷却至室温即可得到液化产物。

实施例2

一种高压环境下稻草秸秆快速液化方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤(1)，将干燥的稻草秸秆粉碎成粉末，并将粉末过60目筛，再置于105℃的干燥箱中烘干至恒重，得到绝干的稻草秸秆粉末冷却至室温备用；

步骤(2)，称取步骤(1)中的稻草秸秆粉末15g，称取液化剂52.5g，称取催化剂对甲苯磺酸3.15g；

其中，液化剂由21g聚乙二醇400、15.75g丙三醇、5.25g对羟基苯乙醇及10.5g对羟基苯甲酸组成；

步骤(3)，将步骤(2)中称取的稻草秸秆粉末、液化剂及对甲苯磺酸混合均匀后放入反应釜内；将反应釜的通气阀和排气阀同时打开，持续通入氮气1min以排除反应釜内的空气；然后将排气阀关闭，并继续充入氮气，直至反应釜内的压强达到4MPa后关闭通气阀；启动反应釜，控制反应温度为160℃，反应时间为150min；

步骤(4)，待反应完成后，排出反应釜内的气体，取出液化产物，冷却至室温即可得到液化产物。

实施例3

一种高压环境下稻草秸秆快速液化方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤(1)，将干燥的稻草秸秆粉碎成粉末，并将粉末过60目筛，再置于105℃的干燥箱中烘干至恒重，得到绝干的稻草秸秆粉末冷却至室温备用；

步骤(2)，称取步骤(1)中的稻草秸秆粉末15g，称取液化剂60g，称取催化剂对甲苯磺酸4.8g；

其中，液化剂由24g聚乙二醇400、18g丙三醇、12g对羟基苯乙醇及6g对羟基苯甲酸组成；

步骤(3)，将步骤(2)中称取的稻草秸秆粉末、液化剂及对甲苯磺酸混合均匀后放入反应釜内；将反应釜的通气阀和排气阀同时打开，持续通入氮气1min以排除反应釜内的空气；然后将排气阀关闭，并继续充入氮气，直至反应釜内的压强达到5MPa后关闭通气阀；启动反应釜，控制反应温度为180℃，反应时间为135min；

步骤(4)，待反应完成后，排出反应釜内的气体，取出液化产物，冷却至室温即可得到液化产物。

实施例1-3均制备出了性能良好的液化产物，下面对实施例1-3制备出的液化产物进行性能测定。

1、仪器和材料

丙酮(分析纯)，西安三浦精细化工厂；

布氏漏斗，青岛安吉达实验科技有限公司；

FA2004型电子天平，上海越平科学仪器有限公司；

慢速定量滤纸，抚顺市民政滤纸厂；

101-2AB型电鼓风干燥箱，天津市赛得利斯试验分析仪器制造厂；

Brookfield黏度计，上海昌吉地仪器有限公司。

2、方法

2.1液化率测定

步骤1，取液化产物(精确至0.0001g)m₀g，加入丙酮溶液将液化产物充分溶解；

步骤2，使用布氏漏斗和慢速定量滤纸对步骤1中所述液体进行抽滤，得到残渣后用步骤1中所述溶液反复冲洗，直至滤液变为无色；

步骤3，将残渣置于干燥箱内烘干至恒重后称其质量为m_r g，并按下式计算液化率：

Y＝1-m_r/m₀*m_A/m*100％

式中，Y表示液化率，％；m_r表示液化产物经溶解、抽滤、干燥后的质量，g；m₀表示液化产物的质量，g；m_A表示液化反应前稻草秸秆粉末、液化剂及催化剂的总质量，g；m表示反应前稻草秸秆粉末的质量，g。

2.2黏度测定

取一定质量的液化产物，使用Brookfield黏度计，选择21#转子，50rpm的转速，按照ASTM D 4402的试验方法分别测定液化产物在45℃、60℃、75℃、95℃、115℃和135℃下的黏度值。

3、结果

3.1液化率测试

结果如表1所示。

表1实施例1-3稻草秸秆的液化率

组别	液化率/％
		实施例1	85.8
实施例2	88.2
		实施例3	83

由表1中的液化率测试数据可知，在所述的物料配比和液化工艺条件下稻草秸秆的液化率均高于80％，本发明所述的液化方法对稻草秸秆具有良好的液化效果。

3.2黏度测定

结果如图1所示。

由图1可知，三个实施例液化产物的黏度相差不大，均随温度的升高而降低，说明采取本发明所制备的液化产物的流动性随温度的升高而增大，黏聚性随温度的升高而减弱，有利于液化产物的二次加工与应用。此外，不难发现在135℃条件下，液化产物的黏度在0.35Pa·s左右，该粘度与沥青材料在该条件下的黏度值相当，这为液化产物用于道路材料提供了可能性。

综上所述，本发明所提的高压环境下稻草秸秆快速液化方法，以废弃稻草秸秆为原材料，液化方法简单，液化效率高，液化产物可加工性强。本发明所述液化方法拓宽了废弃稻草秸秆应用范围、提高了稻草秸秆利用率；同时，减少了液化过程带来的二次环境污染，具有极大的推广价值。

需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1～3相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤(1)，将干燥的稻草秸秆粉碎成粉末，过60目筛，备用；

步骤(2)，按质量比为15∶45-60∶2.7-6的比例分别称取稻草秸秆粉末、液化剂及催化剂；

其中，所述液化剂由聚乙二醇400、丙三醇、对羟基苯乙醇、对羟基苯甲酸按质量比为4∶3-4∶1-2∶1-2的比例组成；

步骤(3)，将步骤(2)中称取的稻草秸秆粉末、液化剂及催化剂混合均匀后加入到反应釜内，通入氮气，使反应釜内初始压强为4-5MPa，再控制反应温度为160℃-200℃，反应90min-180min；反应完成后，取出液化产物，冷却至室温即可。

2.根据权利要求1所述的高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，其特征在于，所述稻草秸秆粉末过筛后在105℃±0.5℃下干燥至恒重。

3.根据权利要求1所述的高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸。

4.根据权利要求1所述的高压环境下稻草秸秆的快速液化方法，其特征在于，步骤(1)中所述稻草秸秆粉末的粒径≤0.3mm。

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