[发明专利]农业废弃物水热降解生产还原糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机废物资源化及水热反应技术领域，具体涉及一种高效、环保生产还原糖的方法。

背景技术

我国的农业废弃物资源非常丰富，仅农作物秸秆、皮壳一项，每年产量就达7亿多吨，其中玉米秸秆(35％)、小麦秸秆(21％)和稻草(19％)是我国的三大秸秆。农业废弃物的处理过去一般采用还田、发酵制沼气以及作为燃料直接燃烧等形式，利用效率十分低下，同时带来大量的环境污染问题。如何实现农业废弃物的资源化处理，获得高附加值的产物，具有十分重要的意义。

还原糖是指具有五元或者六元环的单分子糖，传统的发酵法生产还原糖的工艺是集粮食的破坏、水解和发酵于一体，过程比较复杂，速度较慢，涉及的工艺较多，经济投入较大，高效发酵酶难于选择，粮食用量巨大，采用大量的酸碱给后续处理带来了很大的不便。与此同时大量的农业废弃物资源没有得到很好的利用，产生了资源浪费和严重的环境问题。

水热处理技术是指以超临界和近临界的水为溶剂的化学反应过程，在此过程中能将高分子有机物变成小分子化合物及其单体，甚至是CO₂和H₂O。水热条件下水与普通水相比，具有其特殊的性质，在水热条件下水的密度、离子积、粘度及介电常数发生急剧变化，表现出类似于稠密气体的特性，因分子间的氢键作用减弱导致其对有机物和气体的溶解度增强，同时无机物的溶解度也大幅下降，这些溶剂性能和物理性质使其成为处理有机废物的理想介质，水热条件下因水的特殊性质而发生的质子催化、亲核反应、氢氧根离子催化以及自由基反应，使得反应过程中水既是反应介质同时又是反应物，在特定的条件下能够起到酸碱催化剂的作用。以水为环境友好溶剂，可以改变相行为、扩散速率和溶剂化效应，可以变传统溶剂条件下的多相反应为均相反应，增大扩散系数，降低传质和传热阻力，从而有利于扩散控制反应，控制相分离过程，缩短反应时间，还能用于控制产物的分布。水热条件下发生的氧化、脱水、脱氢、烷基化、水合、水解和裂解等反应，为其在有机废物资源化应用的领域的发展提供了重要的理论基础依据。

水热技术已经广泛的应用于有机废物的处理和处置，并取得的了很好的效果。现今水热处理有机废物资源化研究主要是高聚物降解的单体、油和小分子化合物以及氢气的生成，其中包含多糖类物质降解小分子化合物生成，塑料裂解油化及生成单体，生物质气化制H₂等。

现有技术中有用水热技术分解农业废弃物的例子，反应条件也是在水的临界点附近，也有在液相产物中检测到还原糖，但是还原糖的生成率很低并且极不稳定易进一步分解生成小分子如醋酸、乙酸等。所以目前有用水热技术产酸产乙醇等的技术，但是目前并没有专门的用水热方法生产还原糖的背景技术。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高效率、速度快、能耗低、无污染的农业废弃物生产还原糖的方法。

农业废弃物的水热降解能够实现破坏、水解和资源化回收的统一，水热降解过程具有速度快，设备体积小，处理范围广，效率高，无二次污染和节约能量等优点。鉴于水热技术的特点和农业废弃物的特性，本发明利用农业废弃物水热资源化装置，实现了农业废弃物水热降解生产还原糖，操作流程见附图1。

本发明采用较为成熟的水热反应体系，直接以农业废弃物为反应物来实现。农业废弃物水热反应体系与发酵法等还原糖生产的其它方法相比较，它具有产物产量高、反应迅速、操作方便、无毒害等特点。本发明通过调节反应的温度、时间、反应添加剂的用量来实现对生成物还原糖产量的控制。

本发明提出的农业废弃物水热降解生产还原糖的方法，其具体步骤如下：

一种利用农业废弃物水热降解生产还原糖的方法，具体步骤如下：

(1)将农业废弃物与水混合，置于反应器中；

(2)将反应物在水的临界点反应条件下，反应一段时间；

(3)将得到的产物过滤，液相中得到含有还原糖的产物。

如上所述方法，其中步骤(1)以粒径60-200目农业废弃物为反应物，以去离子水为溶剂，置于耐高压、耐腐蚀的反应器中，反应物和溶剂的质量比值在0.01～0.05之间，溶剂的加入量为反应器体积的50-80％。

如上所述方法，其中步骤(2)将步骤(1)中装有混合料的反应器置于控温盐浴炉中，在250℃-400℃范围内，压力在4.0-25.0Mpa范围之内，并保持在此条件下恒温加热1-10分钟，取出反应器，在20-40秒时间内冷却至室温。