微波和超声波协同酸降解玉米秸秆的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及玉米秸杆的深加工技术领域，尤其涉及一种微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法。
【背景技术】
[0002]玉米秸杆是工、农业生产可回收利用的重要资源，而且含有丰富的营养，其主要含有纤维素、半纤维素和木质素，还富含有机质、氮、磷、钾等元素；其中纤维素和半纤维素通过化学法或生物法可获得葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖等还原糖，可用于制取酒精、木糖醇、乳酸、糠醛等其他生物制品，由于纤维素、半纤维素和木质素构成了玉米秸杆的骨架，并且纤维素外层被半纤维层和木质素层覆盖，使玉米秸杆难以降解，导致回收利用率极低。目前，玉米秸杆降解的方法主要有机械粉碎、酸处理、碱处理、蒸汽爆破、生物方法处理等，最常采用的方法是酸处理法，但是，酸处理对设备的耐温耐压性要求较高，一般温度需要在150°C以上、同时压力要在0.1?0.5MPa的条件下才能进行降解，而且还原糖得率低一般为30%左右，这就提高了降解成本，因此单纯使用酸降解玉米秸杆的方法难以普遍推广。
【发明内容】
[0003]本发明对于上述现有技术的不足，提供了一种微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法。
[0004]本发明的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下:
a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成30?60目的玉米秸杆粉；
b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为I?5%的硫酸溶液浸渍、其料液比为 1:30 ?80g/mL ；
c、降解:将b步骤料液在60?900C温度下、启动微波和超声波、功率分别为20W?100W和600W?1000W的条件下、浸渍10?50min，取其液体即降解完成。
[0005]作为本发明的进一步改进，所述的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下:
a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成40?50目的玉米秸杆粉；
b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为2?4%的硫酸溶液浸渍、其料液比为 1:40 ?70g/mL ；
c、降解:将b步骤料液在70?80°C温度下、启动微波和超声波、功率分别为30W?80W和700W?900W的条件下、浸渍20?40min，取其液体即降解完成。
[0006]本发明所使用的微波是指频率为300MHz~300GHz的电磁波，微波通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性；对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收，对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热，而对金属类东西，则会反射微波；微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性；微波透入介质时，由于微波能与介质发生一定的相互作用，以微波频率2450兆赫兹，使介质的分子每秒产生24亿五千万次的震动，介质的分子间互相产生摩擦，引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间。
[0007]本发明所使用的超声波为任意声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20千赫；当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞，这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强，微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，同时可以能够加速溶质的溶解、加速化学反应，这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。
[0008]本发明的微波和超声波协同酸降解玉米的方法，其操作步骤简单快捷、制备过程节能高效、且制备成本低，其同时利用微波高穿透力和高加热效率、以及超声波的空化作用、协同辅助酸降解玉米秸杆，其反应温度低、无需压力条件即可达到降解的效果，而且反应条件温和，在降解的过程中不会破坏降解液中的有效成分，其还原糖得率高达51.63%，将现有的酸降解技术的还原糖得率提高60%以上，为后续利用降解液进行葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖等还原糖的制备，提供了优质的原料，也极大地降低了生产成本。
【具体实施方式】
[0009]实施例1
本发明的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下:
a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成30目的玉米秸杆粉；
b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为1%的硫酸溶液浸渍、其料液比为1:30g/mL ；
c、降解:将b步骤料液在60?900C温度下、启动微波和超声波、功率分别为20W和600W的条件下、浸渍lOmin，取其液体即降解完成。
[0010]实施例2
本发明的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下:
a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成60目的玉米秸杆粉；
b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为5%的硫酸溶液浸渍、其料液比为1:80g/mL ；
c、降解:将b步骤料液在900C温度下、启动微波和超声波、功率分别为10W和100W的条件下、浸渍50min，取其液体即降解完成。
[0011]实施例3
本发明的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下:
a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成40目的玉米秸杆粉；
b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为2%的硫酸溶液浸渍、其料液比为1:40g/mL ；
c、降解:将b步骤料液在70°C温度下、启动微波和超声波、功率分别为730W和OOW的条件下、浸渍20min，取其液体即降解完成。
[0012]实施例4 本发明的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下:
a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成50目的玉米秸杆粉；
b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为4%的硫酸溶液浸渍、其料液比为1:70g/mL ；
c、降解:将b步骤料液在70?800C温度下、启动微波和超声波、功率分别为80W和900W的条件下、浸渍40min，取其液体即降解完成。
[0013]实施例5
本发明的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下:
a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成5目的玉米秸杆粉；
b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为3%的硫酸溶液浸渍、其料液比为1:60g/mL ；
c、降解:将b步骤料液在75°C温度下、启动微波和超声波、功率分别为50W和800W的条件下、浸渍30min，取其液体即降解完成。
[0014]实验所用仪器有CW2000型微波-超声萃取仪，上海新拓分析仪器科技有限公司；FIWE6纤维素测定仪，意大利VELP公司；紫外可见分光光度计Alphal506，上海谱元仪器有限公司。
[0015]还原糖含量测定采用DNS (3，5-二硝基水杨酸)比色法测定；实验测得还原糖标准曲线方程:Y=0.7764Χ-0.0289，R2=0.9991。
【主权项】
1.微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下: a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成30?60目的玉米秸杆粉； b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为I?5%的硫酸溶液浸渍、其料液比为 1:30 ?80g/mL ； c、降解:将b步骤料液在60?900C温度下、启动微波和超声波、功率分别为20W?100W和600W?1000W的条件下、浸渍10?50min，取其液体即降解完成。2.如权利要求1所述的微波和超声波协同酸降解玉米秸杆的方法，其操作步骤如下: a、预处理:将玉米秸杆除杂、净化、烘干，粉碎制成40?50目的玉米秸杆粉； b、投料:将a步骤制得的玉米秸杆粉用质量浓度为2?4%的硫酸溶液浸渍、其料液比为 1:40 ?70g/mL ； c、降解:将b步骤料液在70?80°C温度下、启动微波和超声波、功率分别为30W?80W和700W?900W的条件下、浸渍20?40min，取其液体即降解完成。
【专利摘要】本发明的微波和超声波协同酸降解玉米秸秆的方法，涉及玉米秸秆的深加工技术领域，其操作步骤包括预处理、投料和降解三个步骤，本发明的微波和超声波协同酸降解玉米，其操作步骤简单快捷、制备过程节能高效、且制备成本低，其同时利用微波高穿透力和高加热效率、以及超声波的空化作用、协同辅助酸降解玉米秸秆，其反应温度低、无需压力条件即可达到降解的效果，而且反应条件温和，在降解的过程中不会破坏降解液中的有效成分，其还原糖得率高达41.63%，现有的酸降解还原糖得率提高约十个百分点，为后续利用降解液进行葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖等还原糖的制备，提供了优质的原料，也极大地降低了生产成本。
【IPC分类】C08B37/00, C08B37/14, C07H1/00, C07H3/02, C07H3/04, C07H3/06
【公开号】CN105218706
【申请号】CN201510604235
【发明人】曹龙奎, 李洪飞, 李文杰, 王维浩, 贾鹏禹, 李良玉, 李朝阳
【申请人】黑龙江八一农垦大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月22日