[发明专利]一种在高压下碱处理棉花秸秆的方法

说明书

技术领域

本发明属于秸秆材料加工领域，具体涉及一种高压下碱处理棉花秸秆的方法。

背景技术

化工能源的紧缺以及所造成的越来越严重的环境污染，迫使人们寻找一种可再生的绿色替代能源。生物质能是一种将太阳能转化为化学能并贮存于化学键中的可再生能源，包括人或动物的代谢物、生活废弃物、木材及其制品、农业废弃物譬如小麦秸秆、玉米秸秆、稻草秸秆、棉花秸秆等。这种生物质能可以通过化学或生物学方法以生物燃料如生物乙醇、生物柴油、沼气等形式加以利用。我国是一个农业大国，具有丰富的生物质资源，农作物秸秆年均产量可达7亿多吨，其中棉花秸秆仅新疆可达600～750万吨，但是目前棉花秸秆主要处于焚烧或者直接还田的状态，利用率和生物转化率很低。棉花秸秆纤维素含量高达32%～46%，半纤维素含量达20%～28%，所以利用棉花秸秆制备燃料乙醇具有非常大的潜力，是一种经济的燃料乙醇制备原料。

棉花秸秆较粗，纤维密实，其半纤维素结合在纤维素和木质素之间，木质素包围并加固纤维素和半纤维素，形成结实的保护层，不利于酶解、发酵。因此利用棉花秸秆制备燃料乙醇前首先需要对其进行预处理，使纤维素、半纤维素、木质素分开，才能充分提高棉花秸秆的利用效率。

目前，对秸秆原料进行预处理的方法主要有物理法、化学法、生物法等，已在小麦、玉米、稻草秸秆的预处理方面取得了较好的效果，但有关棉秆的预处理报道较少。物理法需要较高的能量和动力，其耗能约占糖化过程总耗能的50%以上。化学法有酸法、碱法等，稀酸处理的优点在于半纤维素水解得到的糖量大，催化剂成本低，易于中和，是纤维乙醇工业中较为成熟的处理方法，但是对于棉花秸秆，由于其木质化程度较高，该处理效果不佳。生物法处理棉花秸秆存在处理时间长等问题。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种在高压下碱处理棉花秸秆的方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种在高压下碱处理棉花秸秆的方法，其包括步骤：

将棉花秸秆风干、粉碎，加入氢氧化钠溶液，在30-130kPa压力下处理15-75min。

其中，所述粉碎为粉碎至颗粒尺寸小于40目。即，粉碎至颗粒尺寸小于0.64mm。操作时，是粉碎后过40目筛。

其中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1.0-4.0%，氢氧化钠溶液与棉花秸秆的液固比为10-30:1。

优选地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为2.5%，氢氧化钠溶液与棉花秸秆的液固比为20:1（mL:g）。

优选地，所述处理的压力为130kPa。所述处理的时间为30min。

其中，所述处理后还包括液固分离、将固体产物洗涤和干燥的步骤。

其中，所述洗涤是将固体产物用蒸馏水或去离子水洗涤至洗涤液中性。

其中，所述干燥为在50-80℃下烘干。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的方法，优化了碱处理参数，在此参数下预处理棉花秸秆，可显著提高棉花秸秆纤维素含量，改善秸秆结构，为后续的纤维素乙醇发酵奠定了基础。本发明的方法操作简便，结果准确、重现性好，为棉花秸秆的预处理提供了一种新方法。

附图说明

图1为氢氧化钠浓度对纤维素含量及失重率影响的比较图；

图2为处理时间和压力对纤维素含量的关联图；

图3为处理时间和压力对失重率的关联图；

图4是液固比对纤维素含量及失重率的影响的比较图；

图5是棉花秸秆预处理前后的微观结构，图5a、b的放大倍数500倍，图5c、d放大倍数2000倍；图5a、c为预处理前，图5b、d为预处理后。

具体实施方式

现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。

纤维素的测定方法为硝酸乙醇法：准确称取1.0000-1.0500g试样（G₁）于洁净的250mL磨口锥形瓶中，加入25mL20%硝酸乙醇溶液，装上回流冷凝管于沸水浴中加热1h，在预先恒重的玻璃砂芯滤器中小心倾倒出上清液，真空抽滤，将滤渣小心移回原锥形瓶中，重复上述操作数次，直至纤维变白为止。最后将锥形瓶中全部内容物移入玻璃砂芯滤器，抽真空过滤，用10mL硝酸乙醇溶液先洗涤残渣，再用热水洗涤至洗液用甲基橙试剂检验不显酸性，最后用10mL乙醇分2次洗涤残渣，残渣于105℃烘干至恒重（G₂）。