CN110483183A - 一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法 - Google Patents

一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110483183A
CN110483183A CN201910900403.4A CN201910900403A CN110483183A CN 110483183 A CN110483183 A CN 110483183A CN 201910900403 A CN201910900403 A CN 201910900403A CN 110483183 A CN110483183 A CN 110483183A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cow dung
cotton stalk
potassium ferrate
persulfate
jointly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910900403.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110483183B (zh
Inventor
邢德峰
王晶
崔寒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201910900403.4A priority Critical patent/CN110483183B/zh
Publication of CN110483183A publication Critical patent/CN110483183A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110483183B publication Critical patent/CN110483183B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D1/00—Fertilisers containing potassium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Fertilizers (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，属于肥料技术领域。本发明为了解决现有未经预处理的棉花秸秆中的木质纤维素及牛粪所含的顽固性有机纤维的抗逆性结构难以通过厌氧发酵的方式降解，且现有传统酸碱预处理方式产生很多抑制后续厌氧发酵副产物的问题。本发明的方法利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物，该方法的木质素去除率高达50.5％，同时纤维素及半纤维素的留存率仍高于80％。此外，该方法在预处理木质素的同时还放出了一定量的有机物及营养物质，能够在后续发酵过程中被进一步回收利用。

Description

一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混 合物的方法
技术领域
本发明涉及一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，属于肥料技术领域。
背景技术
中国是世界上最大的棉花生产国，棉花产量巨大，从而产生了大量的秸秆废弃物，因此棉花秸秆的处理成为一个难题。虽然棉花秸秆与牛粪的厌氧共消化可以平衡C/N比值，从而提高甲烷产量，但是未经预处理的棉花秸秆中的木质纤维素及牛粪所含的顽固性有机纤维的抗逆性结构难以通过厌氧发酵的方式降解。
为了提高棉花秸秆及牛粪的生物转化效率，需要选择适合的方法对二者进行预处理。传统的酸碱预处理方式会造成反应设施的损害，产生很多抑制后续厌氧发酵副产物。因此，提供一种更加经济有效安全的处理牛粪及秸秆的混合物中的木质纤维预处理方式是十分必要的。
发明内容
本发明为解决现有未经预处理的棉花秸秆中的木质纤维素及牛粪所含的顽固性有机纤维的抗逆性结构难以通过厌氧发酵的方式降解，且现有传统酸碱预处理方法产生很多抑制后续厌氧发酵副产物的问题，提供了一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法。
本发明的技术方案：
一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，该方法的具体操作步骤如下：
步骤一，将新鲜牛粪和粉碎的棉花秸秆加水混合，并利用0.1M的HCl或0.1M的NaOH调pH至6.0±0.1，得到混合液A，测得混合液A的挥发性固体含量VS值；
步骤二，向混合液A中加入2mmol/g-VS的高铁酸钾后，加入1mmol/g-VS的过硫酸盐(PMS)，震荡均匀后，室温下转速150rpm反应120min，完成新鲜牛粪和粉碎的棉花秸秆预处理。
所述的新鲜牛粪的总固体含量为16.8±0.4％，挥发性固体含量为85.8±0.3％，C/N比为16.6±0.4。
所述的粉碎的棉花秸秆的总固体含量为93.6±0.2％，挥发性固体含量为96.1±1.5％，C/N比为40.5±0.4。
所述的步骤一中新鲜牛粪为26.9g，粉碎的棉花秸秆为5.9g。
所述的步骤一中新鲜牛粪和粉碎的棉花秸秆加水至总体积为300ml。
所述的步骤二中高铁酸钾的加入量为3.6g。所述的步骤二中加入30.5ml的300mM的过硫酸盐(PMS)溶液。
所述的高铁酸钾的加入量为0.5mmol/g-VS，1mmol/g-VS或2mmol/g-VS。
所述的过硫酸盐(PMS)的加入量为1mmol/g-VS。
本发明具有以下有益效果：本发明一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，本发明的木质素去除率高达50.5％，同时纤维素及半纤维素的留存率仍高于80％。此外，该方法在预处理木质素的同时释放出了一定量的有机物及营养物质，能够在后续发酵过程中被进一步回收利用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的木质素去除率对比图；
图2为本发明具体实施方式的纤维素及半纤维素的留存率对比图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。
下述具体实施例中涉及的过硫酸盐(PMS)为(PMS购买于Sigma-Aldrich，主要成分为OXONE，KHSO5·1/2KHSO4·1/2K2SO4)，使用前制备为300mM的水溶液的储备液；新鲜牛粪取自哈尔滨养牛场，取出硬颗粒后储存在4℃恒温室，随用随取；棉花秸秆由农场采集，室温干燥，压碎机碾碎。
具体实施方式1：不添加高铁酸钾预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，该方法的具体操作步骤如下：
一、混合底物的制备：取新鲜牛粪26.9g，粉碎的棉花秸秆5.9g放置在烧杯中，加水至总体积为300ml，并调节pH至6.0，得到混合液A，采用马弗炉600℃烧2小时，测得混合液A的挥发性固体含量VS，VS＝9。
其中，新鲜牛粪的总固体含量为16.8±0.4％(鲜重)，挥发性固体含量为85.8±0.3％(总固体)，C/N比为16.6±0.4；粉碎的棉花秸秆的总固体含量为93.6±0.2％(鲜重)，挥发性固体含量为96.1±1.5％(总固体)，C/N比为40.5±0.4。
二、混合底物的预处理：称取1mmol/g-VS的过硫酸盐(PMS)，将其投入到混合液A中，充分震荡后，室温25℃条件下，转速为300rpm维持2小时，混合液A的木质素去除率达到30.8％。
其中过硫酸盐(PMS)投入量为30.5ml过硫酸盐(PMS)储备液。
具体实施方式2：不添加过硫酸盐(PMS)预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，具体实施方式2与具体实施方式1的不同是将1mmol/g-VS的过硫酸盐(PMS)替换为1mmol/g-VS的高铁酸钾固体，并根据混合液A所含挥发性固体含量VS＝9确定高铁酸钾固体投放量为1.8g。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。经过2h的预处理后，木质素去除率达到21.4％。
具体实施方式3：添加过硫酸盐(PMS)与高铁酸钾(摩尔比为2:1)共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，该方法的具体操作步骤如下：
一、混合底物的制备：取新鲜牛粪26.9g，粉碎的棉花秸秆5.9g放置在烧杯中，加水至总体积为300ml，并调节pH至6.0，得到混合液A。
二、混合底物的预处理：称取0.5mmol/g-VS的高铁酸钾固体，将其投入到混合液A中，迅速投加1mmol/g-VS的过硫酸盐(PMS)，充分震荡后，室温25℃条件下，转速为300rpm维持2小时，混合液A的木质素去除率达到40.4％。
其中，过硫酸盐(PMS)投入量为300mM过硫酸盐(PMS)储备液30.5ml，高铁酸钾固体投放量为0.9g。
具体实施方式4：添加过硫酸盐(PMS)与高铁酸钾(摩尔比为1:1)共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，具体实施方式4与具体实施方式3的不同为高铁酸钾固体加入量为1mmol/g-VS，固体高铁酸钾投加量为1.8g。其他步骤及参数与具体实施方式3相同，经过2h的预处理后，木质素去除率达到39.6％。
具体实施方式5：添加过硫酸盐(PMS)与高铁酸钾(摩尔比为1:2)共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，具体实施方式5与具体实施方式3的不同为高铁酸钾固体加入量为2mmol/g-VS，固体高铁酸钾投加量为3.6g。其他步骤及参数与具体实施方式3相同，经过2h的预处理后，木质素去除率达到50.5％。
不同具体实施预处理牛粪和棉花秸秆混合物效果对比如下表：
由上表和图1可知，当1mmol/g-VS的过硫酸盐(PMS)与1mmol/g-VS高铁酸钾共同作用于混合物时，木质素的去除率较二者单独作用时分别提高了1.3和1.9倍。因此过硫酸盐(PMS)与高铁酸钾共同作用时对牛粪及棉花秸秆的混合物的分解效果优于二者独作用。且当过硫酸盐(PMS)与高铁酸钾的摩尔比例为1:2时，木质素去除率达到最高为50.5％，并由图2可知，纤维素及半纤维素的留存率仍高于80％。

Claims (9)

1.一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：
该方法的操作过程如下：
步骤一，将新鲜牛粪和粉碎的棉花秸秆加水混合，并利用0.1M的HCl或0.1M的NaOH调pH至6.0±0.1，得到混合液A，测得混合液A的挥发性固体含量VS值；
步骤二，向混合液A中加入高铁酸钾固体和过硫酸盐(PMS)溶液，震荡均匀后，室温下转速150rpm反应120min，完成新鲜牛粪和粉碎的棉花秸秆预处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的新鲜牛粪的总固体含量为16.8±0.4％，挥发性固体含量为85.8±0.3％，C/N比为16.6±0.4。
3.根据权利要求1所述的一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的粉碎的棉花秸秆的总固体含量为93.6±0.2％，挥发性固体含量为96.1±1.5％，C/N比为40.5±0.4。
4.根据权利要求1所述的一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的步骤一中新鲜牛粪为26.9g，粉碎的棉花秸秆为5.9g。
5.根据权利要求4所述的一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的步骤一中新鲜牛粪和粉碎的棉花秸秆加水至总体积为300ml。
6.根据权利要求5所述的一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的步骤二中高铁酸钾的加入量为3.6g。
7.根据权利要求6所述的一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的步骤二中加入30.5ml的300mM的过硫酸盐(PMS)溶液。
8.根据权利要求1所述的过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的高铁酸钾的加入量为0.5mmol/g-VS，1mmol/g-VS或2mmol/g-VS。
9.根据权利要求1所述的过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法，其特征在于：所述的过硫酸盐(PMS)的加入量为1mmol/g-VS。
CN201910900403.4A 2019-09-23 2019-09-23 一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法 Active CN110483183B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910900403.4A CN110483183B (zh) 2019-09-23 2019-09-23 一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910900403.4A CN110483183B (zh) 2019-09-23 2019-09-23 一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110483183A true CN110483183A (zh) 2019-11-22
CN110483183B CN110483183B (zh) 2021-10-01

Family

ID=68559040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910900403.4A Active CN110483183B (zh) 2019-09-23 2019-09-23 一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110483183B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112457093A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 广西大学 一种促进堆肥有机质降解的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120064574A1 (en) * 2009-05-22 2012-03-15 Incorp Adm Agency, Nat'l Agr & Food Res Org Method for converting lignocellulosic biomass
CN105255953A (zh) * 2015-10-09 2016-01-20 淮阴工学院 物理-化学-生物预处理玉米秸秆的方法
CN106635047A (zh) * 2017-02-03 2017-05-10 贵州华新国际建设有限公司 水土改良剂及其组份的制备方法以及水土改良剂用于水质净化或土壤改良方法
CN107518162A (zh) * 2016-06-22 2017-12-29 张家港保税区鑫和成国际贸易有限公司 玉米秸秆饲料预处理方法
CN108191036A (zh) * 2017-12-20 2018-06-22 湖南大学 一种利用高铁酸钾活化过一硫酸盐降解水体中阿特拉津的方法
CN109336082A (zh) * 2018-10-09 2019-02-15 中南大学 秸秆处理方法，生物炭及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120064574A1 (en) * 2009-05-22 2012-03-15 Incorp Adm Agency, Nat'l Agr & Food Res Org Method for converting lignocellulosic biomass
CN105255953A (zh) * 2015-10-09 2016-01-20 淮阴工学院 物理-化学-生物预处理玉米秸秆的方法
CN107518162A (zh) * 2016-06-22 2017-12-29 张家港保税区鑫和成国际贸易有限公司 玉米秸秆饲料预处理方法
CN106635047A (zh) * 2017-02-03 2017-05-10 贵州华新国际建设有限公司 水土改良剂及其组份的制备方法以及水土改良剂用于水质净化或土壤改良方法
CN108191036A (zh) * 2017-12-20 2018-06-22 湖南大学 一种利用高铁酸钾活化过一硫酸盐降解水体中阿特拉津的方法
CN109336082A (zh) * 2018-10-09 2019-02-15 中南大学 秸秆处理方法，生物炭及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘荣厚 等: "《生物质生物转换技术》", 31 December 2015 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112457093A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 广西大学 一种促进堆肥有机质降解的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110483183B (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Simultaneous saccharification and fermentation of steam exploded wheat straw pretreated with alkaline peroxide
Shi et al. A combined acidification/PEO flocculation process to improve the lignin removal from the pre-hydrolysis liquor of kraft-based dissolving pulp production process
Lu et al. Enzymatic saccharification and ethanol fermentation of reed pretreated with liquid hot water
US9133278B2 (en) Methods for detoxifying a lignocellulosic hydrolysate
CN102666865A (zh) 纤维素材料的预处理
CN102585247B (zh) 一种利用木质纤维素酶水解残渣制备木质素磺酸盐的方法
Cotana et al. Preliminary optimization of alkaline pretreatment for ethanol production from vineyard pruning
Trinh et al. Optimization of ionic liquid pretreatment of mixed softwood by response surface methodology and reutilization of ionic liquid from hydrolysate
da Conceição Gomes et al. Fed-batch strategies for saccharification of pilot-scale mild-acid and alkali pretreated sugarcane bagasse: Effects of solid loading and surfactant addition
CN105385724A (zh) 一种联合处理提高木质纤维素转化效率的方法以及高效制备乙醇的方法
Yu et al. Enhancing fermentable sugar yield from cassava residue using a two-step dilute ultra-low acid pretreatment process
CN104805137B (zh) 一种生物转化木质纤维素生产葡萄糖酸的方法
Lissens et al. Wet oxidation pre‐treatment of woody yard waste: parameter optimization and enzymatic digestibility for ethanol production
JPWO2016056354A1 (ja) 木質系バイオマスを用いた燃料製造方法
CN108048509A (zh) 一种高效脱除木质纤维素非三素成分的预处理方法
CN104195199A (zh) 一种蔗渣纤维高值化的综合利用方法
Yuan et al. Evaluation of an integrated process to fully utilize bamboo biomass during the production of bioethanol
Wang et al. Lactic acid production from Sophora flavescens residues pretreated with sodium hydroxide: Reutilization of the pretreated liquor during fermentation
CN110483183A (zh) 一种利用过硫酸盐与高铁酸钾共同预处理牛粪和棉花秸秆混合物的方法
CN105000981A (zh) 一种炭化颗粒发酵有机肥及其制备方法
Lyu et al. Two-stage processing of liquid hot water pretreatment for recovering C5 and C6 sugars from cassava straw
Li et al. BIOCONVERSION OF BAMBOO TO BIOETHANOL USING THE TWO-STAGE ORGANOSOLV AND ALKALI PRETREATMENT.
CN107904271A (zh) 一种微波强化碱石灰预处理木质纤维素的方法
CN106811487A (zh) 一种能源草和高蛋白餐厨垃圾的综合利用方法
CN105036912A (zh) 一种甘蔗渣制备的秸秆颗粒肥料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant