CN114210714B - 一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将废弃秸秆回收，然后置于壳聚糖改性液中浸泡10‑20h，然后送入恒温箱内存放1‑2天，恒温箱内温度为60‑70℃，然后取出。本发明废弃秸秆回收中采用壳聚糖改性液处理，壳聚糖改性液制备中采用膨润土改进石墨烯，石墨烯为片状结构，而膨润土属于层状结构，经过改性后，应用在壳聚糖溶液中，壳聚糖的高相容性，与秸秆进行相容融合，从而膨润土改进石墨烯进行处理秸秆，最后经过爆破处理，从而对秸秆表面破化，同时利用电离液进一步的破化秸秆表面，提高了秸秆的木质素等结构渗透出。
Description
技术领域
本发明涉及废弃秸秆利用技术领域，具体涉及一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法。
背景技术
农作物秸秆为农业生产的附属产物，在我国一直未能得到充分有效的利用。传统的种植习惯通常将大量农作物秸秆直接还田、废弃，甚至被焚烧，不仅污染了环境，影响和谐社会的构建，而且也会使秸秆的经济价值丧失；农作物秸秆直接还田，但是在自然田间状态下很难被微生物降解，造成转化时间长，影响下一季作物耕作，还可能造成病虫害加重。因此，需要对农作物秸秆进行发酵处理。
现有的废弃秸秆发酵效率差，通常采用秸秆膨化发酵，发酵技术简单，微生物转化效率差，基于此，本发明提供一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，包括以下步骤：
步骤一：将废弃秸秆回收，然后置于壳聚糖改性液中浸泡10-20h，然后送入恒温箱内存放1-2天，恒温箱内温度为60-70℃，然后取出；
步骤二：送入到蒸汽爆破机内进行爆破，爆破压力为1-3MPa，反应结束，水洗、干燥；
步骤三：秸秆送入到电离液内进行电离处理，电离的电流为1-5A，电离时间为10-20min，然后水洗、干燥；
步骤四：将步骤三处理的秸秆送入到发酵罐内，向发酵罐内加入发酵剂，然后再加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于40-50℃下厌氧发酵1-3天，即可。
优选地，所述壳聚糖改性液的制备方法为：
S1：膨润土改性石墨烯液的制备：
（1）将石墨烯送入到浓硫酸中氧化，然后进行沸水洗涤1-3次，随后与膨润土按照重量比2:1送入到研磨机内进行研磨，过100-300目；
（2）然后送入到乙醇溶剂中，配制成膨润土-石墨烯复合液，向膨润土-石墨烯复合液中加入重量10-30%的纳米二氧化硅，继续以100-500r/min的转速反应10-20min，反应结束，得到膨润土改性石墨烯液；
S2：将壳聚糖、盐酸、乙醇按照重量比2:1:3混合配比，得到壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液中加入10-20%的膨润土改性石墨烯液，以100-200r/min的转速搅拌20-30min，得到壳聚糖改性液。
优选地，所述S2中搅拌温度为65-75℃。
优选地，所述S2中搅拌温度为70℃。
优选地，所述电离液的制备方法为：将氯化镧、氯化钠按照重量比3:1混合，然后加入氯化镧总量1-3倍的盐酸，随后再加入氯化镧总量10-20%的十二烷基硫酸钠，搅拌至充分，得到电离液。
优选地，所述搅拌至充分的搅拌转速为600-1000r/min，搅拌时间为40-50min。
优选地，所述发酵剂的制备方法为：
将活化的活性炭加入到酶制剂中，然后高压反应10-20min，反应转速为100-500r/min，反应压力为1-5MPa，反应结束，得到发酵剂；
其中酶制剂的制备方法为：
将纤维素酶、硅灰石粉按照重量比3:1混合，然后加入硅灰石粉总量10-30%的碳酸钙，然后进行超声分散20-30min，超声功率为100-500W，超声结束，得到发酵剂。
优选地，所述活化的活性炭的活化方法为：
将活性炭置于150-200℃下反应10-20min，然后喷涂氯化镁，随后将温度降至100-120℃，继续保温10-20min；
然后降温至60-70℃，于聚乙二醇的溶液中超声分散，分散功率为100-300W，超声时间为20-30min，最后水洗、干燥，得到活化的活性炭。
优选地，所述硅灰石粉采用研磨机经过研磨处理，得到10-50目的硅灰石粉。
优选地，所述研磨处理的转速为1000-1500r/min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明废弃秸秆回收中采用壳聚糖改性液处理，壳聚糖改性液制备中采用膨润土改进石墨烯，石墨烯为片状结构，而膨润土属于层状结构，经过改性后，应用在壳聚糖溶液中，壳聚糖的高相容性，与秸秆进行相容融合，从而膨润土改进石墨烯进行处理秸秆，最后经过爆破处理，从而对秸秆表面破化，同时利用电离液进一步的破化秸秆表面，提高了秸秆的木质素等结构渗透出，最后再经过发酵剂厌氧发酵处理，发酵剂中的活性炭经过处理后，容纳纤维素酶和硅灰石，在发酵中，硅灰石的针状结构具有导向功能，从而将纤维素酶不断定向的送入到发酵介质环境内，进行不断的无氧发酵，从而提高了发酵效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，包括以下步骤：
步骤一：将废弃秸秆回收，然后置于壳聚糖改性液中浸泡10-20h，然后送入恒温箱内存放1-2天，恒温箱内温度为60-70℃，然后取出；
步骤二：送入到蒸汽爆破机内进行爆破，爆破压力为1-3MPa，反应结束，水洗、干燥；
步骤三：秸秆送入到电离液内进行电离处理，电离的电流为1-5A，电离时间为10-20min，然后水洗、干燥；
步骤四：将步骤三处理的秸秆送入到发酵罐内，向发酵罐内加入发酵剂，然后再加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于40-50℃下厌氧发酵1-3天，即可。
优选地，所述壳聚糖改性液的制备方法为：
S1：膨润土改性石墨烯液的制备：
（1）将石墨烯送入到浓硫酸中氧化，然后进行沸水洗涤1-3次，随后与膨润土按照重量比2:1送入到研磨机内进行研磨，过100-300目；
（2）然后送入到乙醇溶剂中，配制成膨润土-石墨烯复合液，向膨润土-石墨烯复合液中加入重量10-30%的纳米二氧化硅，继续以100-500r/min的转速反应10-20min，反应结束，得到膨润土改性石墨烯液；
S2：将壳聚糖、盐酸、乙醇按照重量比2:1:3混合配比，得到壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液中加入10-20%的膨润土改性石墨烯液，以100-200r/min的转速搅拌20-30min，得到壳聚糖改性液。
本实施例的S2中搅拌温度为65-75℃。
优选地，所述S2中搅拌温度为70℃。
本实施例的电离液的制备方法为：将氯化镧、氯化钠按照重量比3:1混合，然后加入氯化镧总量1-3倍的盐酸，随后再加入氯化镧总量10-20%的十二烷基硫酸钠，搅拌至充分，得到电离液。
本实施例的搅拌至充分的搅拌转速为600-1000r/min，搅拌时间为40-50min。
本实施例的发酵剂的制备方法为：
将活化的活性炭加入到酶制剂中，然后高压反应10-20min，反应转速为100-500r/min，反应压力为1-5MPa，反应结束，得到发酵剂；
其中酶制剂的制备方法为：
将纤维素酶、硅灰石粉按照重量比3:1混合，然后加入硅灰石粉总量10-30%的碳酸钙，然后进行超声分散20-30min，超声功率为100-500W，超声结束，得到发酵剂。
本实施例的活化的活性炭的活化方法为：
将活性炭置于150-200℃下反应10-20min，然后喷涂氯化镁，随后将温度降至100-120℃，继续保温10-20min；
然后降温至60-70℃，于聚乙二醇的溶液中超声分散，分散功率为100-300W，超声时间为20-30min，最后水洗、干燥，得到活化的活性炭。
本实施例的硅灰石粉采用研磨机经过研磨处理，得到10-50目的硅灰石粉。
实施例1.
本实施例的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，包括以下步骤：
步骤一：将废弃秸秆回收，然后置于壳聚糖改性液中浸泡10h，然后送入恒温箱内存放1天，恒温箱内温度为60℃，然后取出；
步骤二：送入到蒸汽爆破机内进行爆破，爆破压力为1MPa，反应结束，水洗、干燥；
步骤三：秸秆送入到电离液内进行电离处理，电离的电流为1A，电离时间为10min，然后水洗、干燥；
步骤四：将步骤三处理的秸秆送入到发酵罐内，向发酵罐内加入发酵剂，然后再加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于40℃下厌氧发酵1天，即可。
优选地，所述壳聚糖改性液的制备方法为：
S1：膨润土改性石墨烯液的制备：
（1）将石墨烯送入到浓硫酸中氧化，然后进行沸水洗涤1次，随后与膨润土按照重量比2:1送入到研磨机内进行研磨，过100目；
（2）然后送入到乙醇溶剂中，配制成膨润土-石墨烯复合液，向膨润土-石墨烯复合液中加入重量10%的纳米二氧化硅，继续以100r/min的转速反应10min，反应结束，得到膨润土改性石墨烯液；
S2：将壳聚糖、盐酸、乙醇按照重量比2:1:3混合配比，得到壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液中加入10%的膨润土改性石墨烯液，以100r/min的转速搅拌20min，得到壳聚糖改性液。
本实施例的S2中搅拌温度为65℃。
本实施例的电离液的制备方法为：将氯化镧、氯化钠按照重量比3:1混合，然后加入氯化镧总量1倍的盐酸，随后再加入氯化镧总量10%的十二烷基硫酸钠，搅拌至充分，得到电离液。
本实施例的搅拌至充分的搅拌转速为600r/min，搅拌时间为40min。
本实施例的发酵剂的制备方法为：
将活化的活性炭加入到酶制剂中，然后高压反应10min，反应转速为100r/min，反应压力为1MPa，反应结束，得到发酵剂；
其中酶制剂的制备方法为：
将纤维素酶、硅灰石粉按照重量比3:1混合，然后加入硅灰石粉总量10%的碳酸钙，然后进行超声分散20min，超声功率为100W，超声结束，得到发酵剂。
本实施例的活化的活性炭的活化方法为：
将活性炭置于150℃下反应10min，然后喷涂氯化镁，随后将温度降至100℃，继续保温10min；
然后降温至60℃，于聚乙二醇的溶液中超声分散，分散功率为100W，超声时间为20min，最后水洗、干燥，得到活化的活性炭。
本实施例的硅灰石粉采用研磨机经过研磨处理，得到10目的硅灰石粉。
实施例2.
本实施例的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，包括以下步骤：
步骤一：将废弃秸秆回收，然后置于壳聚糖改性液中浸泡20h，然后送入恒温箱内存放2天，恒温箱内温度为70℃，然后取出；
步骤二：送入到蒸汽爆破机内进行爆破，爆破压力为3MPa，反应结束，水洗、干燥；
步骤三：秸秆送入到电离液内进行电离处理，电离的电流为5A，电离时间为20min，然后水洗、干燥；
步骤四：将步骤三处理的秸秆送入到发酵罐内，向发酵罐内加入发酵剂，然后再加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于50℃下厌氧发酵3天，即可。
优选地，所述壳聚糖改性液的制备方法为：
S1：膨润土改性石墨烯液的制备：
（1）将石墨烯送入到浓硫酸中氧化，然后进行沸水洗涤3次，随后与膨润土按照重量比2:1送入到研磨机内进行研磨，过300目；
（2）然后送入到乙醇溶剂中，配制成膨润土-石墨烯复合液，向膨润土-石墨烯复合液中加入重量10-30%的纳米二氧化硅，继续以500r/min的转速反应20min，反应结束，得到膨润土改性石墨烯液；
S2：将壳聚糖、盐酸、乙醇按照重量比2:1:3混合配比，得到壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液中加入20%的膨润土改性石墨烯液，以200r/min的转速搅拌30min，得到壳聚糖改性液。
本实施例的S2中搅拌温度为75℃。
本实施例的电离液的制备方法为：将氯化镧、氯化钠按照重量比3:1混合，然后加入氯化镧总量3倍的盐酸，随后再加入氯化镧总量20%的十二烷基硫酸钠，搅拌至充分，得到电离液。
本实施例的搅拌至充分的搅拌转速为1000r/min，搅拌时间为50min。
本实施例的发酵剂的制备方法为：
将活化的活性炭加入到酶制剂中，然后高压反应20min，反应转速为500r/min，反应压力为5MPa，反应结束，得到发酵剂；
其中酶制剂的制备方法为：
将纤维素酶、硅灰石粉按照重量比3:1混合，然后加入硅灰石粉总量30%的碳酸钙，然后进行超声分散30min，超声功率为500W，超声结束，得到发酵剂。
本实施例的活化的活性炭的活化方法为：
将活性炭置于200℃下反应20min，然后喷涂氯化镁，随后将温度降至120℃，继续保温20min；
然后降温至70℃，于聚乙二醇的溶液中超声分散，分散功率为300W，超声时间为30min，最后水洗、干燥，得到活化的活性炭。
本实施例的硅灰石粉采用研磨机经过研磨处理，得到50目的硅灰石粉。
实施例3.
本实施例的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，包括以下步骤：
步骤一：将废弃秸秆回收，然后置于壳聚糖改性液中浸泡15h，然后送入恒温箱内存放1.5天，恒温箱内温度为65℃，然后取出；
步骤二：送入到蒸汽爆破机内进行爆破，爆破压力为2MPa，反应结束，水洗、干燥；
步骤三：秸秆送入到电离液内进行电离处理，电离的电流为3A，电离时间为15min，然后水洗、干燥；
步骤四：将步骤三处理的秸秆送入到发酵罐内，向发酵罐内加入发酵剂，然后再加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于45℃下厌氧发酵2天，即可。
优选地，所述壳聚糖改性液的制备方法为：
S1：膨润土改性石墨烯液的制备：
（1）将石墨烯送入到浓硫酸中氧化，然后进行沸水洗涤2次，随后与膨润土按照重量比2:1送入到研磨机内进行研磨，过200目；
（2）然后送入到乙醇溶剂中，配制成膨润土-石墨烯复合液，向膨润土-石墨烯复合液中加入重量20%的纳米二氧化硅，继续以300r/min的转速反应15min，反应结束，得到膨润土改性石墨烯液；
S2：将壳聚糖、盐酸、乙醇按照重量比2:1:3混合配比，得到壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液中加入15%的膨润土改性石墨烯液，以150r/min的转速搅拌25min，得到壳聚糖改性液。
本实施例的S2中搅拌温度为70℃。
本实施例的电离液的制备方法为：将氯化镧、氯化钠按照重量比3:1混合，然后加入氯化镧总量2倍的盐酸，随后再加入氯化镧总量15%的十二烷基硫酸钠，搅拌至充分，得到电离液。
本实施例的搅拌至充分的搅拌转速为800r/min，搅拌时间为45min。
本实施例的发酵剂的制备方法为：
将活化的活性炭加入到酶制剂中，然后高压反应15min，反应转速为300r/min，反应压力为3MPa，反应结束，得到发酵剂；
其中酶制剂的制备方法为：
将纤维素酶、硅灰石粉按照重量比3:1混合，然后加入硅灰石粉总量20%的碳酸钙，然后进行超声分散25min，超声功率为300W，超声结束，得到发酵剂。
本实施例的活化的活性炭的活化方法为：
将活性炭置于175℃下反应15min，然后喷涂氯化镁，随后将温度降至110℃，继续保温15min；
然后降温至65℃，于聚乙二醇的溶液中超声分散，分散功率为200W，超声时间为25min，最后水洗、干燥，得到活化的活性炭。
本实施例的硅灰石粉采用研磨机经过研磨处理，得到30目的硅灰石粉。
对比例1
与实施例3的材料相同，唯有不同的是未采用壳聚糖改性液处理。
对比例2
与实施例3的材料相同，唯有不同的是酶制剂中未加入硅灰石。
对实施例1-3及对比例1-2的产品进行性能测试，测试结果如下：
实施例1-3及对比例1-2的性能可看出，本发明产品能够对秸秆木质素进行有效降解，能够提高木质素的应用效果。
本发明对壳聚糖改性液进一步测试，来探究其秸秆木质素降解率性能影响：
实验例1：
膨润土改性石墨烯液中未加入膨润土。
实验例2：
膨润土改性石墨烯液中未加入纳米二氧化硅。
从实验例1-2可看出，膨润土改性石墨烯液中的膨润土、纳米二氧化硅对秸秆木质素降解有一定影响。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将废弃秸秆回收，然后置于壳聚糖改性液中浸泡10-20h,然后送入恒温箱内存放1-2天，恒温箱内温度为60-70℃,然后取出;
步骤二:送入到蒸汽爆破机内进行爆破，爆破压力为1-3MPa,反应结束，水洗、干燥;
步骤三:秸秆送入到电离液内进行电离处理，电离的电流为1-5A，电离时间为10-20min,然后水洗、干燥;
步骤四:将步骤三处理的秸秆送入到发酵罐内，向发酵罐内加入发酵剂，然后再加入乙酸-乙酸钠缓冲溶液，于40- 50℃下厌氧发酵1-3天,即可；
所述壳聚糖改性液的制备方法为:
S1:膨润土改性石墨烯液的制备:
将石墨烯送入到浓硫酸中氧化，然后进行沸水洗涤1-3次，随后与膨润土按照重量比2:1送入到研磨机内进行研磨,过100-300目;
然后送入到乙醇溶剂中，配制成膨润土-石墨烯复合液,向膨润土-石墨烯复合液中加入重量10-30%的纳米二氧化硅，继续以100-500r/min的转速反应10-20min,反应结束,得到膨润土改性石墨烯液;
S2:将壳聚糖、盐酸、乙醇按照重量比2:1:3混合配比，得到壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液中加入10-20%的膨润土改性石墨烯液,以100-200r/min的转速搅拌20-30min,得到壳聚糖改性液。
2.根据权利要求1所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,所述S2中搅拌温度为65-75℃。
3.根据权利要求2所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,所述S2中搅拌温度为70℃。
4.根据权利要求1所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法,其特征在于，所述电离液的制备方法为:将氯化镧、氯化钠按照重量比3:1混合，然后加入氯化镧总量1-3倍的盐酸,随后再加入氯化镧总量10-20%的十二烷基硫酸钠，搅拌至充分,得到电离液。
5.根据权利要求4所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,所述搅拌至充分的搅拌转速为600-1000r/min,搅拌时间为40-50min。
6.根据权利要求1所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,所述发酵剂的制备方法为:
将活化的活性炭加入到酶制剂中，然后高压反应10-20min,反应转速为100-500r/min,
反应压力为1-5MPa,反应结束，得到发酵剂;
其中酶制剂的制备方法为:
将纤维素酶、硅灰石粉按照重量比3:1混合,然后加入硅灰石粉总量10-30%的碳酸钙，然后进行超声分散20-30min,超声功率为100-500W，超声结束，得到发酵剂。
7.根据权利要求6所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,所述活化的活性炭的活化方法为:
将活性炭置于150-200℃下反应10-20min,然后喷涂氯化镁，随后将温度降至100-120℃，继续保温10-20min;
然后降温至60-70℃，于聚乙二醇的溶液中超声分散，分散功率为100-300W，超声时间为20-30min,最后水洗、干燥，得到活化的活性炭。
8.根据权利要求6所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,所述硅灰石粉采用研磨机经过研磨处理，得到10-50目的硅灰石粉。
9.根据权利要求8所述的一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法，其特征在于,所述研磨处理的转速为1000-1500r/min。
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