[发明专利]一种等离子体处理秸秆的方法

说明书

技术领域

本发明涉木质纤维素预处理领域，具体涉及一种等离子体处理秸秆的方法。

背景技术

随着世界经济的迅猛发展，能源和环境问题日益突出。这就使得人们的目光越来越多的转移到可再生能源和生物质化学品的开发利用，美国著名杂志《今日美国》曾指出“农田作物有可能逐渐取代石油成为获得从燃料到塑料的物质来源，‘黑金’也许会被‘绿金’所取代。”目前，生物燃料大多都是用粮食作为原料进行制备，导致粮食的紧缺，价格上涨，研究人员把目光纷纷投入木质纤维素类生物质作为生产生物燃料的原料。而此类原料因为木质素的存在，结构复杂，使其抗酶水解，并且保护植物免受昆虫和微生物的攻击，故转化率较低，因此采用合理的预处理方法去除木质素，破坏其顽固而复杂的结构，是实现木质纤维素转化成生物燃料及其它化工产品的突破口。

虽然可利用白腐真菌等微生物发酵产酶降解的方法脱除木质素，但这一方法处理周期太长，不适用于秸秆乙醇等生物质化学品的工业化生产。目前，为了脱除木质素并获得可糖化的木质纤维素，用的较多的是酸解法和气爆法。日本公开专利JP2007151433(公开日期：2007.6.27)提出一种改进的高温酸解方法，不用有机溶剂而直接生石灰中和处理，再进行纤维素酶水解糖化；但高达140～220℃温度下的稀酸水解对设备及生产操作要求仍非常高。徐光明(中国专利CN200710003394公开日期2008.08.13)采用几种酸与碱液联用的方法，其中，无机酸法前期采用浓硫酸后期采用盐酸处理，有机酸法采用甲酸、乙酸、三氯乙酸等处理；但用浓硫酸处理极易产生秸秆碳化问题，而所用酸或有机酸均因用于秸秆的浸泡需要酸回收处理工序；但酸回收过程损耗较大，并且需要处理的废水量大。已报道的气爆法中有氨气爆破法和水蒸汽爆破法中国科学院过程工程研究陈洪章等(中国专利CN100999739A公开日期2007.7.18)发明了“蒸汽爆破与碱性双氧水氧化耦合处理秸秆的方法”，此方法废水量小，过程简单，但水蒸汽爆破法需要消耗大量的能量，且设备投资大。

姚日生等(中国专利CN101538597A公开日期2009.9.23)发明了“三氧化硫刻蚀爆破稻草秸秆的预处理方法”，此方法预处理过程简单、原辅料消耗低、生产的纤维素易糖化，几乎无废水，具有很大的发展前景。

近年来，等离子体技术发展迅速，其高温等离子体在煤、天然气裂解制乙炔以及造纸浓黑液处理方面研究表明：等离子体不仅作为热载体，且可参与热分解反应，产物以固相和气相形式存在，因此，已将等离子体用于热解制取合成气。如中国科学院广州能源所赵增立等(中国专利CN1420155A公开日期2003.5.28)用氢气、CH₄或水蒸汽在直流电弧等离子体发生器中电离成高温等离子体，热解气化生物质制取合成气，此法提高气化效率和气体品位，彻底消除焦油，但是形成的高温等离子体温度较高，能耗大，且气化后的气体成分不固定，分离纯化困难；中国专利申请(90101614.4)则采用氮气、氮氢混合气体作为工作气体，将黑液直接喷入等离子体焰区内进行热分解反应，获得固体粉末和可燃气体。

而低温等离子体具有易操作、加工速度快、处理效果好、环境污染小、节能等优点，因此在高分子材料表面改性处理中得到广泛的应用。它可以使有机和无机材料便面功能化、制备有机和无机纳米颗粒和等离子体灭菌灯。如黄广福(中国专利CN1500839A公开日期2004.6.2)发明了与等离子体改性后的碳纤维结合形成的新型塑料，通过等离子体处理碳纤维使其表面功能化，解决了碳纤维与塑料结合难的问题。陈平等人(Surface & Coatings Technology，2008，202(20)：4986-4991.)利用射流氧等离子体处理杂环芳香族聚酰胺发现，纤维表面氧含量从未处理时的11％～13％增加到15％～20％，极性官能团含量也增加了近35％～43％，这表明了氧等离子体处理在纤维表面引入大量的活性官能团，能够形成共价键从而很好地改善了纤维表面的浸润性，提高了其与树脂的粘结强度。Kanazawa S等(Plasma Chemistry Plasma Processing，2005，25(4)：4272437.)设计了大气压辉光(APG)等离子体反应装置，成功地制备了聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜，从根本上解决了高分子表面改性的时效性问题。