专利名称：农作物秸秆组分组织分级分离方法
技术领域：
本发明属于农作物秸秆废弃物资源的利用，特别涉及针对秸秆不均一特性，而提供的一种蒸汽爆破和机械梳理相耦合的农作物秸秆组织分级分离方法。
背景技术：
农作物秸秆与木材同属于通过光合作用积累的可再生性木质纤维素资源，但是木材被大量利用，而秸秆却大量被焚烧或废弃。原因存在以下几点(1)秸杆生物结构的不均一性，即茎杆、叶、穗、鞘等各占一定比例，而且各部分的化学成分及纤维形态差异很大，某些部位的纤维特征还要优于某些阔叶木纤维(表1和表2)，说明秸秆的这些部位具有高值利用的潜力。收获秸秆一般不进行不同器官的分离，因此整株秸秆中含有多种器官和组织。而木材在采伐后，一般要进行拨皮处理，实际使用的是整个树干的木质部。(2)化学成分的差异，秸秆中含有大量半纤维素，灰分含量高大于1％，有些稻草则可高达10％以上。(3)纤维形态的特征差异，秸秆中细小纤维组分及杂细胞组分含量高，多达40％～50％左右，纤维细胞含量低为40％～70％。而木材杂细胞含量低，纤维细胞含量高阔叶材含量为60％～80％，针叶材含量达90％～95％。表3列出了整株麦草与木材化学结构的差异表1玉米秸秆不同部位的纤维长宽比较表
表2若干种杨木纤维的形态特征
表3麦草与木材的化学结构的比较
从表3可以看出麦草与木材相比，无论在化学组成，还是在木质素、半纤维素的结构上都存在着大差异。
表1和表2说明农作物秸秆不同部位(器官)的结构和成分也存在很大差异。玉米秸秆皮的主要成分是纤维素和木质素，它强度高、韧性好，是造纸、人造板等行业的好材料，其纤维性能甚至优于杨树纤维。秸穰和秸叶含有丰富的粗蛋白、粗脂肪、半纤维素和糖等，是牲畜的优良饲料。但在未分离前将其用作饲料，适口性差，采食率低，咀嚼困难，采食的时候，消耗较多的体能，饲喂过程中还浪费部分精料。将其用于造纸时，由于糖和蛋白含量，至使浆液黏度大，生产效率低，成本增加。用于人造板时，由于秸穰的存在，板的吸水性大，质量难过关。于是，如何将玉米秸的皮、穰和叶进行大规模分离，改善使用性能、拓宽应用领域、提高利用价值，便成为其综合利用的关键环节。因此，开发针对秸秆特殊结构的组分分离技术体系及其装置，能大大提高秸秆的利用效率，部分代替木材。
组分分离的目的是以最大得率分离纤维质原料中各个组分，以尽可能地保持分子的完整性，以最大可能的优化利用和最终实现最大价值。现有各类预处理技术是在木材预处理的基础上发展起来的，虽然取得了很大进展，但仍然难以实现秸秆各组分的全利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种农作物秸秆组分组织分级分离方法，即针对农作物秸秆包括多种组分、多种细胞、多个器官和多个组织的特点而开发的能将秸秆的不同部位，不同组分进行组织水平上的清洁分离，分离得到高质量的纤维，可用于制浆造纸，部分代替木材纤维，分离得到的其他组分可用于发酵，从而克服了传统组分分离方法的污染、单一组分利用的缺点。
本发明的技术方案如下本发明提供的农作物秸秆组分组织分级分离方法，其步骤如下1)将切短后的农作物秸秆直接置入蒸汽爆破装置中进行蒸汽爆破处理；2)然后用梳理分级装置对上述蒸汽爆破处理后的农作物秸秆料进行抓分梳理和筛分分级处理，分别得到农作物秸秆的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞；所述的农作物秸秆为麦草、稻草、玉米秸秆、高粱秸秆或大豆秸。
本发明提供的农作物秸秆组分组织分级分离方法，还可如下步骤1)将切短后的农作物秸秆用大部位分离装置进行茎、叶、根、皮及穰各部位的粗分离；2)采用蒸汽爆破装置对粗分离后的农作物秸秆的不同部位分别进行蒸汽爆破处理；3)采用梳理分级装置对上述蒸汽爆破处理后的农作物秸秆的不同部位分别进行抓分梳理和筛分分级处理，分别得到农作物秸秆的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞；所述的农作物秸秆为麦草、稻草、玉米秸秆、高粱秸秆或大豆秸。
当农作物秸秆为麦草和稻草时，只需对其进行茎和叶的粗分离，然后进行蒸汽爆破处理；和其不同部位分别进行抓分梳理和筛分分级处理。
本发明的农作物秸秆组分组织分级分离方法具有如下优点本发明的农作物秸秆组分组织分级分离方法可以根据秸秆不同部位的结构存在很大差异这一不均一性特点，采用蒸汽爆破和机械梳理耦合技术，对秸秆进行组织水平上的分离，可以得到富含优质纤维的纤维束组织、杂细胞和细小纤维组织；纤维束组织部分可用于制浆造纸、再生纤维素的生产等，从而可代替部分木材，节省木材资源。分离得到的杂细胞和细小纤维，易于被微生物利用，可用于生产各种发酵产品。该发明克服了传统组分分离方法的污染、单一组分利用的缺点，实现了秸秆的清洁高值全利用。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步描述本发明本发明提供的农作物秸秆组分组织分级分离方法，其步骤如下1)将切短后的农作物秸秆直接置入蒸汽爆破装置中进行蒸汽爆破处理；2)然后用梳理分级装置对上述蒸汽爆破处理后的农作物秸秆料进行抓分梳理和筛分分级处理，分别得到农作物秸秆的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞；所述的农作物秸秆为麦草、稻草、玉米秸秆、高粱秸秆或大豆秸。
本发明提供的农作物秸秆组分组织分级分离方法，还可如下步骤1)将切短后的农作物秸秆用大部位分离装置进行茎、叶、根、皮及穰各部位的粗分离；2)采用蒸汽爆破装置对粗分离后的农作物秸秆的不同部位分别进行蒸汽爆破处理；3)采用梳理分级装置对上述蒸汽爆破处理后的农作物秸秆的不同部位分别进行抓分梳理和筛分分级处理，分别得到农作物秸秆的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞；所述的农作物秸秆为麦草、稻草、玉米秸秆、高粱秸秆或大豆秸。
当农作物秸秆为麦草和稻草时，只需对其进行茎和叶的粗分离，然后进行蒸汽爆破处理；和其不同部位分别进行抓分梳理和筛分分级处理。
所得到的纤维束组织可用于造纸、制备原生纤维、纺织和再生纤维等。
所得到的杂细胞和细小纤维可用于发酵，生产纤维素酶、黄原胶、漆酶、生物柴油、饲料蛋白、生物肥料等发酵产品。
实施例1将风干玉米秸秆用茎叶分离机进行粗分离，分别得到去叶的茎和叶；然后再用皮穰分离机进行皮和穰的分离，分别得到皮和穰。
将得到的皮、叶、穰分别置入蒸汽爆破装置中，分别在不同条件下进行蒸汽爆破；之后将含水量调整为20-60％，再分别送入A186型梳理分级装置进行抓分梳理和筛分分级处理，便分别得到玉米秸秆的优质纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)。所得到的优质纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆。所得到的杂细胞(包括细小纤维组织)可以直接用于发酵产纤维素酶。
实施例2将风干玉米秸秆用茎叶分离机进行分离，分别得到去叶的茎和叶；然后再用皮穰分离机进行皮和穰的分离，分别得到皮和穰；将皮、叶、穰分别在不同条件下进行蒸汽爆破，之后将含水量调整为20-60％并添加1-5‰的柔软剂，再送入A186型梳理分级装置，便分别得到纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)。
将所得到的纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆；制得的纸浆可再经碱活化后，加过量尿素投入N，N二甲基乙酰胺中于150℃反应5小时，得到纤维素氨基甲酸酯；将氨基甲酸酯投入0℃左右的9％NaOH中搅拌溶解24～36小时，过滤不溶部分，得到5％纤维素氨基甲酸酯溶液。将纺丝原液通过纺丝装置喷入含3％H2SO4的凝固浴中，得到干强达2.9cN/dtex的纤维长丝。所得到的杂细胞可直接用于发酵产生生物肥料。
实施例3将风干高粱秸秆用茎叶分离机进行分离，分别得到去叶的茎和条状的叶；然后再用皮穰分离机进行皮和穰的分离，分别得到皮和穰；将皮、叶、穰分别在不同条件下进行蒸汽爆破，之后将含水量调整为20-60％，再送入A186型梳理分级装置，便分别得到纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)。
所得到的纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆。所得到的杂细胞可以直接用于发酵产微生物油脂。
实施例4将风干麦草进入茎叶分离机进行分离，分别得到去叶的茎和叶；然后分别将叶和茎在不同条件下进行蒸汽爆破，之后将含水量调整为20-60％，再送入A186型梳理分级装置，便分别得到纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)；所得到的纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆。杂细胞经酶解后用于发酵产黄原胶。制得的纸浆可再经碱活化后，加过量尿素投入N，N二甲基乙酰胺中于150℃反应5小时，得到纤维素氨基甲酸酯；将氨基甲酸酯投入0℃左右的9％NaOH中搅拌溶解24～36小时，过滤不溶部分，得到5％纤维素氨基甲酸酯溶液。将纺丝原液通过纺丝装置喷入3％H2SO42的凝固浴中，所得到干强达3.0cN/dtex的纤维长丝。
所得到的杂细胞(包括细小纤维组织)可直接用于发酵生产饲料蛋白。
实施例5将稻草直接进行蒸汽爆破，之后将含水量调整为20-60％，再送入A186型梳理分级装置，便分别得到纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)。
所得到的纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆。所得到的杂细胞(包括细小纤维组织)可直接用于发酵生产生物肥料。
实施例6将大豆秸秆切短至3-20cm长的短块，然后进行蒸汽爆破，之后将含水量调整为20-60％，并添加1-5‰的柔软剂，再送入A186型梳理分级装置，便分别得到纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)。
所得到的纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆。
所得到的杂细胞(包括细小纤维组织)可直接用于发酵生产饲料蛋白。
实施例7将鲜玉米秸秆切短至3-20cm长的短块，然后进行蒸汽爆破；之后将含水量调整为20-60％，并添加1-5‰的柔软剂，再送入A186型梳理分级装置，便分别得到纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)。
所得到的纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆；所得到的杂细胞(包括细小纤维组织)可直接用于发酵生产饲料蛋白。
实施例8将麦草直接进行蒸汽爆破；之后将含水量调整为20-60％，并添加1-5‰的柔软剂，再送入A186型梳理分级装置，便分别得到纤维束组织和杂细胞(包括细小纤维组织)。
所得到的纤维束组织经进一步脱木质素，漂白后，磨浆，可得到高质量的纸浆。
所得到的杂细胞(包括细小纤维组织)可直接用于发酵生产生物肥料。
权利要求
1.一种农作物秸秆组分组织分级分离方法，其步骤如下1)将切短后的农作物秸秆直接置入蒸汽爆破装置中进行蒸汽爆破处理；2)然后用梳理分级装置对上述蒸汽爆破处理后的农作物秸秆料进行抓分梳理和筛分分级处理，分别得到农作物秸秆的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞；所述的农作物秸秆为麦草、稻草、玉米秸秆、高粱秸秆或大豆秸。
2.一种农作物秸秆组分组织分级分离方法，其步骤如下1)将切短后的农作物秸秆用大部位分离装置进行茎、叶、根、皮及穰各部位的粗分离；2)采用蒸汽爆破装置对粗分离后的农作物秸秆的不同部位分别进行蒸汽爆破处理；3)采用梳理分级装置对上述蒸汽爆破处理后的农作物秸秆的不同部位分别进行抓分梳理和筛分分级处理，分别得到农作物秸秆的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞；所述的农作物秸秆为麦草、稻草、玉米秸秆、高粱秸秆或大豆秸。
3.按权利要求2所述的农作物秸秆组分组织分级分离方法，其特征在于，所述农作物秸秆为麦草和稻草时，只需对其进行茎和叶的粗分离，然后进行蒸汽爆破处理；和其不同部位分别进行抓分梳理和筛分分级处理。
全文摘要
本发明涉及的农作物秸秆组分组织分级分离方法，步骤如下将秸秆进行茎、叶、根、皮及穰各部位的粗分离或者不进行粗分离；再对其进行或分别进行蒸汽爆破处理；然后再分别对蒸汽爆破处理后的不同部位秸秆进行抓分梳理和筛分分级处理，得到农作物秸秆的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞。本发明针对秸秆各部位结构和组成的差异，采用蒸汽爆破-机械梳理分级对其进行组织水平上的耦合分离，得到富含优质纤维的纤维束组织和包括细小纤维组织的杂细胞；纤维束组织可用于制浆造纸、再生纤维素的生产，可代替部分木材，节省木材资源；杂细胞易于被微生物利用，可用于生产各种发酵产品。
文档编号D21B1/30GK101058948SQ200610075690
公开日2007年10月24日 申请日期2006年4月18日 优先权日2006年4月18日
发明者陈洪章, 刘丽英, 靳胜英, 翟蔚 申请人:中国科学院过程工程研究所