CN112538773A - 一种以汽爆秸秆酶解木质素为原料制备无醛重组板的方法 - Google Patents

Abstract

针对木质素基重组板制备过程中存在木质素低值利用、添加含醛胶污染环境和危害人体健康等问题，本发明提出利用汽爆秸秆酶解木质素制备无醛胶重组板的方法，包括以下步骤：秸秆原料经过汽爆预处理后加入纤维素酶进行高浓度固形物同步糖化发酵，得到的汽爆秸秆酶解木质素干燥烘干至一定含水量进行粉碎，选取颗粒度大小同一范围的酶解木质素与防火剂等助剂混合均匀后，按照热压成型的工艺过程制备酶解木质素重组板，从而实现汽爆秸秆酶解木质素制备无醛重组板。该方法实现了汽爆秸秆酶解木质素的高值化利用，为降低秸秆乙醇产业化成本提供了新的增值联产途径。

Description

一种以汽爆秸秆酶解木质素为原料制备无醛重组板的方法

技术领域

本发明属于木质纤维素酶解发酵乙醇废弃物——酶解木质素的高值化利用领域，特别涉及到一种以汽爆秸秆酶解木质素为原料制备重组板技术。

背景技术

农业废弃物秸秆生产生物乙醇产业化过程中通常以纤维素和半纤维素为发酵原料，为充分获取高纯度、高转化率的乙醇产品，在原料预处理时往往采用酸碱化学试剂来最大程度的脱除木质素以提高发酵原料中纤维素和半纤维素的比例。然而酸碱处理后，所提取的木质素组分中杂质含量高、纯度和活性较低，理化性能不稳定等因素，导致由此制得的木质素基产品无法与石油基化学品相媲美。另外，由于碱提酸沉木质素过程中碱会造成木质素分散度增加，酸试剂则会影响其表面酚羟基的活性，最终活性和热值较低且富含无机盐、灰分等杂质，利用价值并不高。因此，获得活性相对均一稳定的木质素，是改变木质素低值利用、低效利用，实现木质素高值化利用的重要前提。秸秆人造板已经受到研究界和商业界的广泛关注，国内已经有多家企业进行生产应用。然而，人造板加工过程中添加的树脂醛类胶黏剂存在释放甲醛等危害人体健康物质的问题，即便是目前使用最为环保的异氰酸酯类胶黏剂在人造板生产中易引起热压板粘板不易脱模等问题。专利CN105968855A、CN109228588A涉及到一种农作物秸秆木塑复合地板的制备方法，相同的缺陷都是添加了胶黏剂来增强秸秆木塑板的强度和韧性，这类方法会增加木塑板的生产成本以及环保安全的风险。专利CN109228583A提出一种具有耐磨、减震效果的高性能木塑复合板，但是其中添加了玻璃纤维，对人体健康有极大的伤害，且添加的塑料会增加生产成本。因此制备性能优良、清洁绿色的人造板是目前急需的。

本发明是利用秸秆乙醇生产过程中产生的酶解木质素(木质素及少量未降解的纤维素)按照木塑板生产工艺制备的环保材料酶解木质素重组板，只添加酶解木质素原料、无任何粘合剂及塑料添加的绿色产品，其甲醛释放达到“E₀”级别，并且此种材料具有强度高、弹性好、耐疲劳、耐水及化学腐蚀、不易燃等综合性能。采用富含木质素组分的秸秆乙醇发酵渣干燥直接高值化制备酶解木质素重组板，与常规的发酵渣低值燃烧相比，实现了秸秆乙醇产业化中的发酵渣酶解木质素的增值联产功能。

发明内容

本发明的主要目的是以秸秆经过汽爆预处理降解部分半纤维素后进行乙醇的同步糖化发酵，所获得的分散度小、活性高的酶解发酵残渣酶解木质素为原料，按照木塑板材的生产工艺直接热压酶解木质素，制备酶解木质素重组板。

本发明的主要步骤如下：

(1)秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过0.7-1.8MPa、5-15min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆。

(2)汽爆秸秆酶解木质素的制备：将步骤(1)得到的汽爆秸秆按照固液比1:3-1:9(w/v)、纤维素酶载荷15-50FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养72-120小时进行同步糖化发酵，残渣即为酶解木质素。

(3)将步骤(2)所获得的酶解木质素烘干至含水量20-30％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.1-0.2mm。

(4)将步骤(3)得到的酶解木质素与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力0.6-1.0MPa、热压温度为160-190℃、时间为10-30min。

本发明的优点：通过汽爆预处理能够有效破坏秸秆细胞壁结构、暴露木质素的活性基团，同时提高酶解发酵效率，有助于酶解发酵残渣中木质素分散度的降低以及保证木质素表面的活性基团，从而替代传统脲醛树脂胶黏剂，解决目前重组板甲醇释放的环境污染问题。同时采用富含木质素组分的秸秆乙醇发酵渣干燥直接高值化制备酶解木质素重组板，从经济成本上实现了秸秆乙醇产业化中的发酵渣酶解木质素的增值联产功能。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过0.7MPa、15min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆，并按照固液比1:9(w/v)、纤维素酶载荷15FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养72小时进行同步糖化发酵，获得的酶解木质素烘干至含水量30％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.18mm。将其与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力0.6MPa、热压温度185℃、时间30min，压板结束后即得到成型的无醛酶解木质素重组板。

实施例2

秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过0.8MPa、12min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆，并按照固液比1:7(w/v)、酶载荷20FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养84小时进行同步糖化发酵，获得的酶解木质素烘干至含水量30％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.1mm。将其与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力0.8MPa、热压温度165℃、时间25min，压板结束后即得到成型的无醛酶解木质素重组板。

实施例3

秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过1.0MPa、8min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆，并按照固液比1:5(w/v)、酶载荷25FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养84小时进行同步糖化发酵，获得的酶解木质素烘干至含水量28％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.18mm。将其与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力1.0MPa、热压温度185℃、时间10min，压板结束后即得到成型的无醛酶解木质素重组板。

实施例4

秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过1.1MPa、10min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆，并按照固液比1:4(w/v)、酶载荷30FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养96小时进行同步糖化发酵，获得的酶解木质素烘干至含水量25％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.15mm。将其与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力0.8MPa、热压温度175℃、时间15min，压板结束后即得到成型的无醛酶解木质素重组板。

实施例5

秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过1.5MPa、7min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆，并按照固液比1:3(w/v)、酶载荷40FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养108小时进行同步糖化发酵，获得的酶解木质素烘干至含水量25％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.125mm。将其与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力1.0MPa、热压温度190℃、时间10min，压板结束后即得到成型的无醛酶解木质素重组板。

实施例6

秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过1.8MPa、5min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆，并按照固液比1:3(w/v)、酶载荷50FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养120小时进行同步糖化发酵，获得的酶解木质素烘干至含水量20％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.1mm。将其与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力0.9MPa、热压温度185℃、时间12min，压板结束后即得到成型的无醛酶解木质素重组板。

Claims (2)

1.一种以汽爆秸秆酶解木质素为原料制备无醛重组板的方法，包括以下步骤：

(1)秸秆切成3cm左右的小段后投入到汽爆罐体中，经过0.7-1.8MPa、5-15min后，瞬时泄压后得到汽爆预处理秸秆。

(2)汽爆秸秆酶解木质素的制备：将步骤(1)得到的汽爆秸秆按照固液比1:3-1:9(w/v)、纤维素酶载荷15-50FPU/g、按照体系的5％(w/w)接入酵母菌体，50℃培养72-120小时进行同步糖化发酵，残渣即为酶解木质素。

(3)将步骤(2)所获得的酶解木质素烘干至含水量20-30％后，进行粉碎成颗粒度范围为0.1-0.2mm。

(4)将步骤(3)得到的酶解木质素与阻燃剂、抗氧化剂等混匀后平铺在压板机上，条件设定为压力0.6-1.0MPa、热压温度为160-190℃、时间为10-30min。

2.根据权利要求1所述的方法，所使用的秸秆包括玉米秸秆、高粱秸秆、杨柳树枝、稻草和小麦一种或几种的组合。