CN116253925A - 一种棉花类废弃物的梯度辐照改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，包括下述步骤：(1)将棉花类废弃物粉碎、过40～60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉花类废弃物水分含量至30％～40％；(3)采用梯度辐照改性处理棉花类废弃物；(4)将辐照处理后的棉花类废弃物干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的棉花类废弃物，可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，属于核科学技术的应用、辐照加工技术领域。
背景技术
我国棉花种植面积5000余万亩，棉花产量600万t左右，占世界棉花总产量的30％，棉花类废弃物，特别是棉杆和棉籽的再利用价值较低；棉秆作为棉花的副产物，富含纤维素、半纤维素、木质素和粗蛋白等，且粗蛋白含量与玉米秸秆相当，4吨棉秆的营养价值相当于1吨粮食，可为畜牧业代粮饲料的发展提供物质保障。由于棉花秸秆中含有毒性棉酚，直接用作饲料利用率低、效果差，阻碍了棉秆规模化综合利用。棉秆储量大、成本低、易保存、可再生、可降解，因此，拓宽其应用范围、实现其高值化利用有助于提高棉花种植的经济效益和市场竞争力。目前，棉秆利用存在规模小、利用率低、生产效率低、技术落后、能耗高和产值低等问题，严重制约了其高值化发展。棉秆的研究涉及到多个领域，具有极大的开发利用空间，因此，迫切需要开发和利用新体系、新方法、新技术来制备高附加值的材料和能源产品，拓宽棉秆多元化综合利用的新途径。
此外，棉籽饼粕含蛋白质33％～45％，作为一种优质的植物蛋白源，棉籽饼粕具有良好的应用潜能，然而，饼粕中存在单宁、植酸、棉酚、非淀粉多糖等多种有害或抗营养因子，极大限制了其作为蛋白资源在饲料中的有效应用。使得大量的棉籽饼粕只能按少量比例添加到动物饲料中或直接用作低值有机肥料，造成了优质蛋白资源的浪费。几十年来，国内外进行了大量的基础研究和应用研究，提出了许多棉籽饼粕脱毒工艺或方法，包括物理的、化学的、生物的等。在选择棉籽饼粕脱毒方法时需要综合考虑以下4个方面：①操作方便；②设备投资小；③脱毒效果明显；④成本低。但到目前为止，同时具备这些优势的脱毒方法尚未出现，各种方法都有或多或少的缺陷。为了高效的利用棉籽饼粕，需要多方面考虑其多种抗营养因子，综合脱除，从而最大化的提高其利用率。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的目的在于提供一种棉花类废弃物的梯度辐照改性方法。利用60钴辐照源高能γ-射线的辐射化学效应产生大量的·OH、e aq -和·H等极强的活性自由基，使棉秆中半纤维素、木质素和抗营养因子的辐射化学分解或发生氧化还原改性反应，纤维素发生辐射解聚改性反应，可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等的原料，为棉秆的高值化利用提供了新的技术途径和方法。利用60钴辐照源高能γ-射线或高能电子加速器高能电子束射线的辐射化学效应产生大量的·OH、e aq -和·H等极强的活性自由基，使棉籽饼粕中单宁、植酸、棉酚、非淀粉多糖等抗营养因子发生辐射化学分解或发生氧化还原反应而降解脱除，为棉籽饼粕中的多种抗营养因子综合、高效、低成本脱毒及利用提供了新的技术途径和方法。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
A、将棉花类废弃物粉碎、过40～60目筛；
B、用0.05％的H2O2溶液调整棉花类废弃物水分含量至30％～40％；
C、采用梯度辐照改性处理棉花类废弃物；
D、将辐照处理后的棉花类废弃物干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的棉花类废弃物。
优选的是：所述棉花类废弃物为棉杆，在步骤A中，粉碎前将棉杆脱皮。
优选的是：步骤C的过程为：依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素70％以上。
优选的是：所述棉花类废弃物为棉籽饼粕。
优选的是：步骤C的过程为：依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％以上。
优选的是：步骤C的过程为：采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy剂量率的辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％以上。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本技术发明利用60钴辐照源高能γ-射线的辐射化学效应产生大量的·OH、eaq -和·H等极强的活性自由基，使棉秆中纤维素、半纤维素、木质素和抗营养因子发生辐射改性反应。添加0.05％的H2O2在于辐照初始期引发和产生较多的活性自由基，依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的梯度辐照改性处理，有利于棉秆中不同化学结构的半纤维素、木质素和抗营养因子的辐射化学分解或发生氧化还原反应，纤维素发生辐射解聚改性反应等。通过辐照改性降低棉秆木质素和半纤维素70％以上，可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
(2)本技术发明利用60钴辐照源高能γ-射线或高能电子加速器高能电子束射线的辐射化学效应产生大量的·OH、e aq -和·H等极强的活性自由基，使单宁、植酸、棉酚、非淀粉多糖等抗营养因子发生辐射化学分解或发生氧化还原反应生产小分子CO2、H2O、寡糖等无害可利用资源从而降解脱除。添加0.05％的H2O2在于辐照初始期引发和产生较多的活性自由基，依次梯度辐照降解处理，有利于棉籽饼粕中不同化学结构的单宁、植酸、棉酚、非淀粉多糖等多种抗营养因子发生辐射化学分解或发生氧化还原反应，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％以上，为棉籽饼粕中的多种抗营养因子综合、高效、低成本脱毒及利用提供了新的技术途径和方法。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
在60钴等辐照源高能γ-射线的作用下，棉秆中存在纤维素、半纤维素、木质素等会发生辐射改性反应。当γ-射线作用于含水量在30％以上的棉秆时，其中的水发生辐解反应如下：
其中·OH是极具氧化活性的自由基，e aq -和·H是极具还原活性的自由基，辐射化学效应主要就是水的辐解产物和抗营养因子及生物大分子的反应。从而导致纤维素、半纤维素、木质素和抗营养因子的辐射化学分解或发生氧化还原改性反应(·OH和·H与周围的抗营养因子及生物大分子R相互作用的典型反应式：RH+·OH→R·+H2O；RH+H·→R·+H2)。添加0.05％的H2O2在于辐照初始期引发和产生较多的活性自由基，依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的梯度辐照改性处理，有利于棉秆中不同化学结构的半纤维素、木质素和抗营养因子的辐射化学分解或发生氧化还原反应，纤维素发生辐射解聚改性反应等。
在60钴等辐照源高能γ-射线或高能电子加速器高能电子束射线的作用下，棉籽饼粕中存在单宁、植酸、棉酚、非淀粉多糖等多种有害或抗营养因子会发生辐射降解反应。当γ-射线作用于含水量在30％以上的棉籽饼粕时，其中的水发生辐解反应如下：
其中·OH是极具氧化活性的自由基，e aq -和·H是极具还原活性的自由基，辐射化学效应主要就是水的辐解产物和抗营养因子的反应。从而导致抗营养因子的辐射化学分解或发生氧化还原反应(·OH和·H与周围的抗营养因子R相互作用的典型反应式：RH+·OH→R·+H2O；RH+H·→R·+H2)。添加0.05％的H2O2在于辐照初始期引发和产生较多的活性自由基，依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy的梯度辐照降解处理，有利于棉籽饼粕中不同化学结构的单宁、植酸、棉酚、非淀粉多糖等多种抗营养因子发生辐射化学分解或发生氧化还原反应，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％以上。
实施例1：
(1)将棉秆脱皮粉碎、过40目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉秆水分含量至30％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素72％；(4)将辐照处理后的棉秆干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的棉秆粉。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例2：
(1)将棉秆脱皮粉碎、过60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉秆水分含量至40％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素85％以上；(4)将辐照处理后的棉秆干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的棉秆粉。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例3：
(1)将棉秆脱皮粉碎、过50目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉秆水分含量至35％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素80％；(4)将辐照处理后的棉秆干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的棉秆粉。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例4：
(1)将棉籽饼粕粉碎、过40目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉籽饼粕水分含量至30％；(3)依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％；(4)将辐照处理后的棉籽饼粕干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射降解脱除抗营养物质的棉籽饼粕。可用于饲料、食品、医药、化工等高值化利用的原料。
实施例5：
(1)将棉籽饼粕粉碎、过60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉籽饼粕水分含量至40％；(3)依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除96％；(4)将辐照处理后的棉籽饼粕干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射降解脱除抗营养物质的棉籽饼粕。可用于饲料、食品、医药、化工等高值化利用的原料。
实施例6：
(1)将棉籽饼粕粉碎、过50目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉籽饼粕水分含量至35％；(3)依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除93％；(4)将辐照处理后的棉籽饼粕干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射降解脱除抗营养物质的棉籽饼粕。可用于饲料、食品、医药、化工等高值化利用的原料。
实施例7：
(1)将棉籽饼粕粉碎、过40目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉籽饼粕水分含量至30％；(3)采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy剂量率的辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％；(4)将辐照处理后的棉籽饼粕干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射降解脱除抗营养物质的棉籽饼粕。可用于饲料、食品、医药、化工等高值化利用的原料。
实施例8：
(1)将棉籽饼粕粉碎、过60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉籽饼粕水分含量至40％；(3)采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy剂量率的辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除96％；(4)将辐照处理后的棉籽饼粕干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射降解脱除抗营养物质的棉籽饼粕。可用于饲料、食品、医药、化工等高值化利用的原料。
实施例9：
(1)将棉籽饼粕粉碎、过50目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整棉籽饼粕水分含量至35％；(3)采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy剂量率的辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除93％；(4)将辐照处理后的棉籽饼粕干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射降解脱除抗营养物质的棉籽饼粕。可用于饲料、食品、医药、化工等高值化利用的原料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
A、将棉花类废弃物粉碎、过40～60目筛；
B、用0.05％的H2O2溶液调整棉花类废弃物水分含量至30％～40％；
C、采用梯度辐照改性处理棉花类废弃物；
D、将辐照处理后的棉花类废弃物干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的棉花类废弃物。
2.如权利要求1所述的棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，其特征在于：所述棉花类废弃物为棉杆，在步骤A中，粉碎前将棉杆脱皮。
3.如权利要求2所述的棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，其特征在于：步骤C的过程为：依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素70％以上。
4.如权利要求1所述的棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，其特征在于：所述棉花类废弃物为棉籽饼粕。
5.如权利要求4所述的棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，其特征在于：步骤C的过程为：依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％以上。
6.如权利要求4所述的棉花类废弃物的梯度辐照改性方法，其特征在于：步骤C的过程为：采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行5KGy、10KGy、15KGy剂量率的辐照降解处理，使棉籽饼粕中抗营养物质降解脱除90％以上。
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