CN113331020A - 一种治理水稻秸秆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种治理水稻秸秆的方法，包括以下步骤：预处理、汽爆碱处理、水蒸分离纤维素、秸秆湿粉的利用、水煮液酯化水解，合理选择浸泡液原料和调节配比，增强软化效果，将秸秆粗粉进行汽爆碱处理，增加水稻秸秆中的含氮量，高效利用水稻秸秆中的纤维素转化为糖类等营养物质；为水稻桔梗利用提供全新的途径，达到以废治废的目的，从而实现资料的综合利用和可持续发展。

Description

一种治理水稻秸秆的方法

技术领域

本发明涉及秸秆处理技术领域，特别涉及一种治理水稻秸秆的方法。

背景技术

水稻秸秆粗纤维含量高，一般在31～45％之间，其中有不少木质素。蛋白质含量少，一般为3～6％。粗灰分含量很高，但其中大量是硅酸盐，对动物有营养意义的矿物元素很少。矿物质和维生素含量都很低，特别是钙、磷含量很低，从而忽视对水稻秸秆的利用，通过丢弃、焚烧等方式进行消除，其方法不但给环境造成污染，而且是对水稻秸秆的浪费。而目前将秸秆作为饲料、育菌肥料等，但对秸秆的利用率还是偏低，我国水稻机插种植面积的不断扩大，商品化、规模化、标准化，而水稻秸秆年产量约7～8亿t，长期以来作为资源缺没有得到有效利用。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种治理水稻秸秆的方法，解决上述问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种治理水稻秸秆的方法：包括以下步骤：

S1、预处理：准备水稻秸秆，除去秸秆中的杂质和腐败变质成分，切割成25～30cm的小段，使用浸泡液浸泡后晾干，粉碎，得到秸秆粗粉；

S2、汽爆碱处理：将秸秆粗粉放到汽爆机中，在压力1.3～1.5MPa下，保压1～5min爆开，得到汽爆秸秆，再在氮气保护下，用饱和季铵碱溶液浸泡3～8min，在高温下进行活化，得到碱催化改性水稻秸秆粉；

S3、水蒸分离纤维素：将S2得到的碱催化改性水稻秸秆粉使用滤纸和纱布包裹，放置水浴锅中进行水蒸，控制温度为60～80℃，水蒸3～10h，然后2000～4000rpm离心10～15min进行固液分离，得到水煮液和秸秆湿粉；

S4、秸秆湿粉的利用：将秸秆湿粉滴加质量浓度为4-8％的聚乙二醇溶液，在90～105℃温度下，以2000～3000r/min振荡搅拌2～4h后，用去离子水洗涤1～3次，置于-4～0℃下静置20～30h，再在真空下干燥，研磨均匀，即得水稻秸秆胶状物；

S5、水煮液酯化水解：将S3得到的水煮液加入酯化剂进行酯化，酯化时间2～4h；加入硫酸溶液，在微波500～800W，80～100℃条件下水解8～12h，得到水稻秸秆水解液。

进一步的，所述浸泡液由体积比为2～6:1～3:3～5的椰油酰胺基丙基甜菜碱4-5、柠檬酸钾、草酸钾组成。

进一步的，所述S1中浸泡液的添加量为水稻秸秆段质量的80～95％。

进一步的，所述S2中汽爆秸秆和饱和季铵碱溶液的质量体积比g/mL为1:8～15。

进一步的，所述S2的高温温度为120～150℃。

进一步的，所述S5的酯化剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁二酸单甲酯中至少一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将水稻秸秆综合利用，经预处理、汽爆碱处理、水蒸分离纤维素、水煮液酯化水解，有效利用水稻秸秆，先将水稻秸秆使用浸泡液浸泡，软化其粗纤维组织，合理选择浸泡液原料和调节配比，增强软化效果，利于后续操作步骤的进行；将秸秆粗粉进行汽爆碱处理，提高秸秆纤维素超滤膜的亲水性，改善水稻秸秆纤维素的孔道结构及孔隙率，提高膜水通量，从中加入氮气保护，更能增加水稻秸秆中的含氮量，外加的氮源全部转移到汽爆秸秆中，使得高含氮量的水稻秸秆胶状物做培育基质可提供秧苗营养；经水蒸分离纤维素，固液分离后将水煮液进行酯化水解，高效利用水稻秸秆中的纤维素转化为糖类等营养物质；为水稻桔梗利用提供全新的途径，达到以废治废的目的，从而实现资料的综合利用和可持续发展。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。

本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种治理水稻秸秆的方法：包括以下步骤：

S1、预处理：准备水稻秸秆，除去秸秆中的杂质和腐败变质成分，切割成25～30cm的小段，添加浸泡液浸泡后晾干，添加量为水稻秸秆段质量的80％粉碎，得到秸秆粗粉，所述浸泡液由体积比为2:1:3的椰油酰胺基丙基甜菜碱4-5、柠檬酸钾、草酸钾组成；

S2、汽爆碱处理：将秸秆粗粉放到汽爆机中，在压力1.3MPa下，保压1min爆开，得到汽爆秸秆，再在氮气保护下，用饱和季铵碱溶液浸泡3min，汽爆秸秆和饱和季铵碱溶液的质量体积比g/mL为1:8，再在120℃下进行活化，得到碱催化改性水稻秸秆粉；

S3、水蒸分离纤维素：将S2得到的碱催化改性水稻秸秆粉使用滤纸和纱布包裹，放置水浴锅中进行水蒸，控制温度为60℃，水蒸3h，然后2000rpm离心10min进行固液分离，得到水煮液和秸秆湿粉；

S4、秸秆湿粉的利用：将秸秆湿粉滴加质量浓度为4％的聚乙二醇溶液，在90℃温度下，以2000r/min振荡搅拌2h后，用去离子水洗涤1次，置于-4℃下静置20h，再在真空下干燥，研磨均匀，即得水稻秸秆胶状物；

S5、水煮液酯化水解：将S3得到的水煮液加入甲醇进行酯化，酯化时间2h；加入硫酸溶液，在微波500W，80℃条件下水解8h，得到水稻秸秆水解液。

实施例2

一种治理水稻秸秆的方法：包括以下步骤：

S1、预处理：准备水稻秸秆，除去秸秆中的杂质和腐败变质成分，切割成25～30cm的小段，添加浸泡液浸泡后晾干，添加量为水稻秸秆段质量的95％粉碎，得到秸秆粗粉，所述浸泡液由体积比为6:3:5的椰油酰胺基丙基甜菜碱4-5、柠檬酸钾、草酸钾组成；

S2、汽爆碱处理：将秸秆粗粉放到汽爆机中，在压力1.5MPa下，保压5min爆开，得到汽爆秸秆，再在氮气保护下，用饱和季铵碱溶液浸泡8min，汽爆秸秆和饱和季铵碱溶液的质量体积比g/mL为1:15，再在150℃下进行活化，得到碱催化改性水稻秸秆粉；

S3、水蒸分离纤维素：将S2得到的碱催化改性水稻秸秆粉使用滤纸和纱布包裹，放置水浴锅中进行水蒸，控制温度为80℃，水蒸10h，然后4000rpm离心15min进行固液分离，得到水煮液和秸秆湿粉；

S4、秸秆湿粉的利用：将秸秆湿粉滴加质量浓度为8％的聚乙二醇溶液，在105℃温度下，以3000r/min振荡搅拌2～4h后，用去离子水洗涤1～3次，置于0℃下静置30h，再在真空下干燥，研磨均匀，即得水稻秸秆胶状物；

S5、水煮液酯化水解：将S3得到的水煮液加入乙醇进行酯化，酯化时间4h；加入硫酸溶液，在微波800W，100℃条件下水解12h，得到水稻秸秆水解液。

实施例3

一种治理水稻秸秆的方法：包括以下步骤：

S1、预处理：准备水稻秸秆，除去秸秆中的杂质和腐败变质成分，切割成25～30cm的小段，添加浸泡液浸泡后晾干，添加量为水稻秸秆段质量的90％粉碎，得到秸秆粗粉，所述浸泡液由体积比为4:2:4的椰油酰胺基丙基甜菜碱4-5、柠檬酸钾、草酸钾组成；

S2、汽爆碱处理：将秸秆粗粉放到汽爆机中，在压力1.4MPa下，保压3min爆开，得到汽爆秸秆，再在氮气保护下，用饱和季铵碱溶液浸泡5min，汽爆秸秆和饱和季铵碱溶液的质量体积比g/mL为1:12，再在130℃下进行活化，得到碱催化改性水稻秸秆粉；

S3、水蒸分离纤维素：将S2得到的碱催化改性水稻秸秆粉使用滤纸和纱布包裹，放置水浴锅中进行水蒸，控制温度为70℃，水蒸7h，然后3000rpm离心13min进行固液分离，得到水煮液和秸秆湿粉；

S4、秸秆湿粉的利用：将秸秆湿粉滴加质量浓度为6％的聚乙二醇溶液，在100℃温度下，以2500r/min振荡搅拌3h后，用去离子水洗涤2次，置于-2℃下静置25h，再在真空下干燥，研磨均匀，即得水稻秸秆胶状物；

S5、水煮液酯化水解：将S3得到的水煮液加入丁二酸单甲酯进行酯化，酯化时间2～4h；加入硫酸溶液，在微波700W，90℃条件下水解10h，得到水稻秸秆水解液。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于，所述S1中浸泡液由体积比为1:1:1的椰油酰胺基丙基甜菜碱4-5、柠檬酸钾、草酸钾组成。

实施例5

本实施例与实施例3的区别在于，所述S2中汽爆秸秆和饱和季铵碱溶液的质量体积比g/mL为1:5。

对比例1

本对比例与实施例3的区别在于，未将秸秆粗粉进行汽爆碱处理，而是将秸秆粗粉直接进行水蒸分离纤维素，具体为：将秸秆粗粉使用滤纸和纱布包裹，放置水浴锅中进行水蒸，控制温度为70℃，水蒸7h，然后3000rpm离心13min进行固液分离，得到水煮液和秸秆湿粉。

一、试验验证

(一)水稻育秧

上述制得的水稻秸秆胶状物和水稻秸秆水解液可作为农作物无土育秧基质，试验于2020年8月20日开始进行，对实施例1～5和对比例1制得的水稻秸秆胶状物分为6组，将水稻秸秆胶状物与自然土以1:1质量比配制而成，设置对照组为自然土，其中自然土为海南澄迈县福山镇水稻基地内耕层(0～20cm)土壤，风干，备用；供试水稻瓶中为海南山兰稻；采用硬质塑料育秧盘(60cm×30cm×5cm)育秧，每组使用三块育秧盘，采用半旱育秧方式进行育秧管理，按常规育秧方法施肥，记录水稻育秧12天秧苗素质，均为平均值。

表1水稻育秧12天秧苗素质

由上述表格结果可知，本发明的水稻秸秆胶状物与自然土比较，秧苗素质相当，达到自然土育秧的质量标准，均高于自然土处理，秧苗素质高；与对比例1比较，将秸秆粗粉进行汽爆碱处理，更能增加水稻秸秆中的含氮量，外加的氮源全部转移到汽爆秸秆中，使得高含氮量的水稻秸秆胶状物做培育基质可提供秧苗营养，并且减少辅料的使用。

(二)果蔬施用

将上述实施例1～5和对比例1制得的水稻秸秆水解液作为营养液对海南油菜施用；于2021年2月在海南省海口市永兴镇进行田间油菜实验，分为7组，每组三块试验田，实施例1～5和对比例1分别作为6组实验组，对照组为烟台藻恋生物科技有限公司制得的营养液，将水解液稀释100倍，按照每亩150mL喷施于页面正反面，30天后油菜长势结果见表2；

表2水稻秸秆水解液对油菜的施用效果

由上表可知，本发明制得水稻秸秆水解液作为植物营养液对油菜进行喷施，能有效提供油菜一定营养，达到与市售的蔬菜营养液相当的效果，油菜全株鲜重、干重和株高都达到较好的水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种治理水稻秸秆的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、预处理：准备水稻秸秆，除去秸秆中的杂质和腐败变质成分，切割成25～30cm的小段，使用浸泡液浸泡后晾干，粉碎，得到秸秆粗粉；

S2、汽爆碱处理：将秸秆粗粉放到汽爆机中，在压力1.3～1.5MPa下，保压1～5min爆开，得到汽爆秸秆，再在氮气保护下，用饱和季铵碱溶液浸泡3～8min，在高温下进行活化，得到碱催化改性水稻秸秆粉；

S3、水蒸分离纤维素：将S2得到的碱催化改性水稻秸秆粉使用滤纸和纱布包裹，放置水浴锅中进行水蒸，控制温度为60～80℃，水蒸3～10h，然后2000～4000rpm离心10～15min进行固液分离，得到水煮液和秸秆湿粉；

S4、秸秆湿粉的利用：将秸秆湿粉滴加质量浓度为4-8％的聚乙二醇溶液，在90～105℃温度下，以2000～3000r/min振荡搅拌2～4h后，用去离子水洗涤1～3次，置于-4～0℃下静置20～30h，再在真空下干燥，研磨均匀，即得水稻秸秆胶状物；

S5、水煮液酯化水解：将S3得到的水煮液加入酯化剂进行酯化，酯化时间2～4h；加入硫酸溶液，在微波500～800W，80～100℃条件下水解8～12h，得到水稻秸秆水解液。

2.如权利要求1所述的一种利用养殖草鱼治理水稻秸秆的方法，其特征在于：所述浸泡液由体积比为2～6:1～3:3～5的椰油酰胺基丙基甜菜碱4-5、柠檬酸钾、草酸钾组成。

3.如权利要求1所述的一种利用养殖草鱼治理水稻秸秆的方法，其特征在于：所述S1中浸泡液的添加量为水稻秸秆段质量的80～95％。

4.如权利要求1所述的一种利用养殖草鱼治理水稻秸秆的方法，其特征在于：所述S2中汽爆秸秆和饱和季铵碱溶液的质量体积比g/mL为1:8～15。

5.如权利要求1所述的一种利用养殖草鱼治理水稻秸秆的方法，其特征在于：所述S2的高温温度为120～150℃。

6.如权利要求1所述的一种利用养殖草鱼治理水稻秸秆的方法，其特征在于：所述S5的酯化剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁二酸单甲酯中至少一种。