专利名称：稻壳及其它天然农副产品废弃物如秸秆、玉米芯等的非氯漂白工艺的制作方法
技术领域：
本发明属天然农副产品废弃物的加工应用领域，也属于可生物降解环保材料领域。具体涉及稻壳即谷壳及其它天然农副产品废弃物如秸杆、玉米芯等的非氯漂白工艺。
背景技术：
稻壳即谷壳、秸杆、玉米芯等农副产品废弃物中虽然含有较多的纤维素、半纤维素，但因为所含纤维素的量和品质的原因，不能用于打制纸浆造纸。通常被当作燃料烧掉或者作为牲畜、动物的粗饲料或者切碎返回田地改良耕地的结构。这些农副产品废弃物可以完全被生物降解，是可生物降解环保材料的一大资源，长期没有得到充分利用。我国是一个农业大国，每年生产数千亿公斤的粮食，副产的稻壳即谷壳、秸杆、玉米芯等农副产品废弃物估计也在数千亿公斤以上，如能充分利用是一笔很可观的可生物降解环保材料资源。仅以稻壳为例，我国每年生产的稻谷在千亿公斤以上，估计每年副产的稻壳应在数百亿公斤以上。稻壳太硬，很少作饲料，长期以来被大量当作燃料烧掉。前些年，虽然也有用稻壳生产白碳黑的报道，但多数没有实现规模化工业生产。
近年来，在防止白色污染，开发一次性可降解餐具的热潮中，人们竟相采用稻壳、秸杆、玉米芯等农副产品废弃物作为一次性可降解餐具的主要原料。稻壳、秸杆、玉米芯等是天然农副产品的废弃物，可以完全降解，用来制作一次性可降解餐具，不仅价廉物美，有利于餐具的完全降解，而且能赋予餐具较好的物理性能。稻壳是稻米的外壳，稻米煮熟成为米饭以后，再用稻壳制作的可降解餐具盛装，有回归自然的感觉。
但是美中不足的是以稻壳、秸杆、玉米芯等农副产品废弃物，颜色灰褐不美观，有时还有深褐色斑点，如果用作餐具会影响食欲，难于为广大消费者所接受。其次，在稻谷、玉米的生长、加工和储存过程中，稻壳、秸杆、玉米芯易被土壤、人畜粪便、农药、细菌和霉菌(尤其是黄曲霉菌)污染，用其制作餐具后，有可能造成卫生条件不达标。如果将稻壳先行漂白，再制作餐具，不仅可解决降解餐具的颜色问题，使其色浅美观；而且通常使用的漂白剂如氯气、漂白粉、次氯酸钠、过氧乙酸等通常都是杀菌剂，利用漂白过程还可以清除细菌和霉菌对稻壳、秸杆、玉米芯的污染，使其卫生条件合乎标准，可谓一举两得，弥补了可降解餐具的不足。但是，通常的漂白过程中要使用氯气、次氯酸盐等含氯漂白剂，会造成环境污染。目前，稻壳、秸杆、玉米芯等的漂白工艺国内尚未见有文献和专利申请的报道。国外虽然有这些农副产品废弃物漂白的文献和专利申请的报道，但都采用的是生物法或酶法进行漂白，也没有化学法非氯漂白的方法和工艺的文献和专利申请的报道。国外报道的稻壳、秸杆、玉米芯等纤维型农副产品废弃物的生物法或酶法漂白有较高的技术和设备要求，不适合我国的国情。
发明内容
本发明的目的是采用非氯漂白的方法对稻壳、秸杆、玉米芯等纤维型农副产品废弃物进行漂白。经漂白过后的稻壳、秸杆、玉米芯等农副产品废弃物可以用作生物可降解环保材料以制作一次性可降解餐具、托盘、花钵、塑料用品的填料、环保型绿色包装材料等。
本发明的特点是采用非氯漂白的方法在水溶液介质中对稻壳、秸杆、玉米芯等进行漂白。其关键点是采用非氯漂白剂，即在漂白过程中不使用氯气、次氯酸盐等含氯漂白剂，以减少污染，保护环境。
本发明的工艺是采用过氧化氢或过氧化钠作为漂白剂，在一定的酸碱度即pH值范围和温度范围内，在螯合剂、缓冲剂和稳定剂存在下，对稻壳、秸杆、玉米芯等进行漂白。然后将漂白后的稻壳洗涤、静置、过滤、烘干，便得到成品。过氧化钠在水中也生成过氧化氢。过氧化氢作为一种无氯漂白剂，漂白时污染小，原料易得，而且漂白效果好，漂白后能得到稳定的白度和较高的得率，是一种理想的无污染漂白剂。过氧化氢是一种无色无嗅的液体，可与水以任意比例混合。过氧化钠易溶于水，它们都适合于在水溶液介质中对稻壳、秸杆、玉米芯等进行漂白。过氧化氢和过氧化钠在水溶液介质的漂白过程中会产生氧自由基，氧自由基与纤维素中的色素作用，便可使之脱色。
为了得到较好的漂白效果，进行漂白的原料稻壳、秸杆、玉米芯最好先加工成粉状，20-100目较为恰当，原料稻壳如果加工太粗漂白效果不理想，加工太细漂白过程中原料稻壳的损失太大。
水的用量即稻壳、秸杆、玉米芯与水的比例或浓度对漂白效果有明显的影响。减少用水量、提高稻壳、秸杆、玉米芯与水的浓度比例有利于过氧化氢与稻壳等的漂白反应，减少游离于漂液中的过氧化氢的无效消耗；但用水量太少又易导致稻壳等混合不均匀的问题，影响漂白度。因此有一个最佳的的水量范围，本发明选择了稻壳、秸杆、玉米芯的3-5倍量。
此外在加入漂白剂之前，最好将稻壳、秸杆、玉米芯粉末在一定浓度的酸溶液中进行预处理，本发明选择用2mol/L硫酸溶液将浆液调节至pH2-3，不断搅拌下加热至60-85℃保温预处理0.5-2h，以除去稻壳、秸杆、玉米芯表面的蜡质等天然保护层，提高漂白质量。
过氧化氢或过氧化钠在水溶液介质中对稻壳、秸杆、玉米芯的漂白作用有一定的最佳酸碱度即pH值范围，而过氧化氢和过氧化钠不稳定，在碱性条件下更不稳定，分解速度加快。当溶液中含有微量杂质或一些重金属如Fe、Cu、Mn等也都能加速它的无效分解，放出氧气，氧气不起漂白作用。因此要控制漂白溶液的酸碱度即pH值，本发明将溶液的酸碱度控制在初始pH值为10-11范围，在漂白溶液中还要加入一定量的螯合剂、缓冲剂和稳定剂，以抑制过氧化氢或过氧化钠的无效分解，节约漂白剂用量提高漂白效率。
稻壳、秸杆、玉米芯漂白主要是漂除这些农副产品废弃物的灰褐色部分，漂白后所得谷壳、秸杆、玉米芯外观为明亮的浅黄色或者恢复至这些农副产品废弃物原有的本来颜色即认为是漂白效果良好，本专利的目的不是要将谷壳完全漂白至如同纸浆一样的白度，但如果漂白后谷壳仍显褐色、褐黄色或浅褐黄色即认为是漂白效果不好。
经漂白过后的稻壳、秸杆、玉米芯等农副产品废弃物是生物可降解环保材料，可以制作一次性可降解餐具、托盘、花钵，还可以用作环保型绿色包装材料以及塑料用品的填料等等。
本发明的优点是采用非氯漂白的方法对稻壳、秸杆、玉米芯等纤维型农副产品废弃物进行漂白，不仅可解决降解餐具的颜色问题，使其色浅美观；漂白剂如次氯酸钠、过氧化氢是杀菌剂，利用漂白过程可以清除细菌和霉菌对稻壳、秸杆、玉米芯的污染，使其卫生条件合乎标准，弥补了目前可降解餐具的不足。更重要的是次氯酸钠、过氧化氢不含氯，不会造成环境污染，更利于环境保护。经漂白过后的稻壳、秸杆、玉米芯等农副产品废弃物可以用作生物可降解环保材料以制作一次性可降解餐具、托盘、花钵、塑料用品的填料、环保型绿色包装材料等。
具体实施例方式
实施例1将一定重量的加工成50目的稻壳即谷壳加入其3-5倍量的水配成浆液，用2mol/L硫酸溶液调节至pH2-3，不断搅拌下加热至60-85℃保温反应0.5-2h，再加入总浆液0.2-0.5％的EDTA(乙二胺四乙酸二钠盐)螯合剂，仍于60-85℃条件下保温搅拌反应0.5-2h。
将溶液温度降至60-65℃左右，再依次加入总浆液1-2.5％的硅酸钠缓冲剂、0.1-1.0％的硫酸镁稳定剂、2-5％过氧化氢(30％溶液)，或1.4-3.5％的过氧化钠待其充分溶解、混合均匀后，用15％氢氧化钠溶液或2mol/L硫酸溶液调节浆液pH值为10-11，保温60-85℃，搅拌反应1-3h。
反应结束后，将漂白后的稻壳洗涤、静置、过滤、烘干，便得到漂白的稻壳，收率约90％。由于漂白后的稻壳含水量低于原料稻壳，实际收率多于90％。
实施例2将一定重量的加工成40目的玉米秸杆加入其3-5倍量的水配成浆液，用2mol/L硫酸溶液调节pH2-3，不断搅拌下加热至60-85℃保温反应0.5-2h，再加入总浆液0.2-0.5％的EDTA螯合剂，仍于60-85℃条件下保温搅拌反应0.5-2h。
将溶液温度降至60-65℃左右，再依次加入总浆液1-2.5％的硅酸钠缓冲剂、0.1-1.0％的硫酸镁稳定剂、2-5％过氧化氢(30％溶液)，或1.4-3.5％的过氧化钠待其充分溶解、混合均匀后，用15％氢氧化钠溶液或2mol/L硫酸溶液调节浆液pH值为10-11，保温60-85℃，搅拌反应1-3h。
反应结束后，将漂白后的玉米秸杆洗涤、静置、过滤、烘干，便得到漂白的玉米秸杆，收率约85-90％。由于漂白后的秸杆含水量低于原料秸杆，实际收率多于85-90％。
实施例3将一定重量的加工成40-50目的玉米芯加入其3-5倍量的水配成浆液，用2mol/L硫酸溶液调节pH2-3，不断搅拌下加热至60-85℃保温反应0.5-2h，再加入总浆液0.2-0.5％的EDTA螯合剂，仍于60-85℃条件下保温搅拌反应0.5-2h。
将溶液温度降至60-65℃左右，再依次加入总浆液1-2.5％的硅酸钠缓冲剂、0.1-1.0％的硫酸镁稳定剂、2-5％过氧化氢(30％溶液)，或1.4-3.5％的过氧化钠待其充分溶解、混合均匀后，用15％氢氧化钠溶液或2mol/L硫酸溶液调节浆液pH值为10-11，保温60-85℃，搅拌反应1-3h。
反应结束后，将漂白后的玉米芯粉末洗涤、静置、过滤、烘干，便得到漂白的玉米芯粉末，收率约85-90％。由于漂白后的玉米芯粉末含水量低于原料玉米芯，实际收率多于85-90％。
权利要求
1.稻壳及其它天然农副产品废弃物如秸杆、玉米芯等的非氯漂白工艺，其特征在于将稻壳、秸杆、玉米芯等，在水溶液介质中采用过氧化氢或过氧化钠作为漂白剂，在一定的酸碱度即pH值范围和温度范围内，在螯合剂、缓冲剂和稳定剂存在下，对稻壳、秸杆、玉米芯等进行漂白；将漂白后的稻壳洗涤、静置、过滤、烘干，便得到成品。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于在进行漂白前先将稻壳、秸杆、玉米芯等加工成20-100目粉状物，在加水制成浆液后，用2mol/L硫酸溶液调节至pH2-3，在60-85℃保温预处理0.5-2h，再加入总浆液0.2-0.5％的EDTA螯合剂，于60-85℃条件下保温搅拌0.5-2h进行螯合预处理。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于当以过氧化氢溶液作为漂白剂，溶液浓度为30％，加入量是总浆液的2-5％，当以过氧化钠漂白剂，加入量是总浆液的1.4-3.5％。
4.根据权利要求所3述的工艺，其特征在于水的加入量是稻壳、秸杆、玉米芯的3-5倍；漂白时，用15％氢氧化钠溶液或2mol/L硫酸溶液调节浆液的初始pH值为10-11，温度保持为60-85℃，漂白时间为1-3h。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于漂白时，缓冲剂采用硅酸钠，加入量是总浆液的1-2.5％，稳定剂采用硫酸镁，加入量是总浆液的0.1-1.0％。
全文摘要
本发明属天然农副产品废弃物的加工应用领域，也属于可生物降解环保材料领域，具体涉及稻壳即谷壳及其它天然农副产品废弃物如秸秆、玉米芯等的非氯漂白工艺。本发明在漂白过程中不使用氯气、次氯酸盐等含氯漂白剂，而是采用过氧化氢或过氧化钠作为漂白剂，在一定的酸碱度即pH值范围和温度范围内，在一定量的螯合剂、缓冲剂和稳定剂存在下，对稻壳、秸秆、玉米芯等进行漂白，可以减少污染，保护环境。漂白后产品色浅亮丽美观，还达到很好的杀菌效果。产品可用于制作一次性可降解餐具、托盘、花钵，还可以用作环保型绿色包装材料以及塑料用品的填料等。
文档编号B27K5/00GK1488476SQ0313565
公开日2004年4月14日 申请日期2003年8月21日 优先权日2003年8月21日
发明者傅相锴, 牛丽明, 杨新斌, 傅宏 申请人:西南师范大学