本发明属于现代农业产业技术领域，具体涉及活性炭在制备生物炭、混合型燃烧颗粒中的应用。
背景技术
水稻是中国第一大粮食作物，年种植面积约3185.7万hm2，年总产量约2亿吨，分别占粮食种植总面积的三分之一和粮食总产量的二分之一。而湖南省水稻种植面积和产量居全国首位，年种植面积稳定在405.0万hm2，年总产量达2578.6万吨；其后是江西、广西、江苏、安徽、广东、湖北、四川、黑龙江等省，这些省份的水稻种植面积年均超过200.0万hm2，年总产量超过1000.0万吨。据统计，水稻的谷草比为0.98-1.03，水稻秸秆的生物量与水稻谷粒产量大致相当，是一项重要的生物资源。仅湖南省水稻秸秆年总量超过2500万吨，而其他主产省区的水稻秸秆总量同样巨大。我国各类农作物秸秆年总产量就达6亿吨以上，以水稻、玉米和小麦为主，共占76.1％；其中，稻草2.3亿吨，位居首位。水稻秸秆晒干后的含水量为13.0％，表观密度低于0.1g/cm3，经机械加压困扎后，密度为0.2-0.3g/cm3；水稻秸秆的灰熔点特征温度中，变形温度为925℃，软化温度为970℃，半球温度1120℃，流动温度1222.5℃；燃烧灰分含量13.0％，挥发分含量67.2％，固定碳6.3％。正因水稻秸秆质轻，柔性和韧性好，一般的粉碎机难以有效粉碎。水稻秸秆具有较高的c/n比，其主要成分，一类是易于降解的蛋白质、矿物质、脂类等。另一类是难降解的纤维素、半纤维素和木质素，占秸秆干物质含量的70％-80％，其中约35％为纤维素、25％为半纤维素和15％为木质素。而纤维素分子的连接键在25℃下的半衰期为500-800万年，在自然状态下极难分解。由于水稻秸秆质轻，挥发分含量较高，易被引燃，易于燃尽，田间燃烧过程中，受热气流将灰分粒子带入大气，形成严重污染。
因此，合理利用水稻秸秆资源将产生巨大的社会与经济效益，然而，无序利用、废弃或焚烧是我国水稻秸秆利用的普遍现状，这造成了资源的极大浪费和严重的环境污染问题。近几年来，雾霾天气已经严重影响了人们的日常生活。而根据卫星监测，烧秸秆成为雾霾的元凶，防止雾霾已成基层政府每年重点监管项目。但广大农民因为觉得没有享受到秸秆禁烧后的实惠，燃烧秸秆现象仍屡禁不止，这说明我国在农业规范化管理方面还有很长的路要走。因此，秸秆的肥料化、饲料化、能源化、基料化、原料化这“五化”利用已成为学术研究与生产应用的热点问题。
目前，水稻秸秆的利用方法主要有：直接燃烧，秸秆直接还田，秸秆饲料，秸秆能源，秸秆纸浆，秸秆肥料等方法。但这些处理方法，因处理秸秆的成本过大(时间成本和劳动力成本为主)而附加价值低，结果很不尽人意。
低聚木糖是一种功能性糖类，是由2-7个木糖分子以β(1-4)糖苷键结合而成的功能性聚合糖。是双歧杆菌最优益生元，能促进动物肠道内有益菌特别是双歧杆菌的定殖，抑制有害微生物的繁殖，提高机体免疫力。低聚木糖的功效性是其它聚合糖类(低聚果糖、低聚半乳糖、乳酮糖、大豆低聚糖、异麦芽低聚糖、棉子糖、低聚乳果糖)的20倍。
在目前专利、文献资料和生产方法中，主要以山东龙力公司为代表，以玉米芯为原料经酶法水解制备，结合膜分离、活性炭脱色完成。但是，已有的制备方法中，初始原料为木聚糖，经过乙醇沉淀、超滤、纳滤柱层析等方法提纯得到，限制了该技术的应用范围。特别在水稻秸秆制备低聚木糖方面由于成本高，工艺难度大，仍然没有产业化。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种新方法制备的活性炭在制备生物炭、混合型燃烧颗粒中的用途。
所述活性炭按如下步骤制备：
(1)水稻秸秆的铡切：将干燥的水稻秸秆切断为3-6cm的小段水稻秸秆；
(2)小段水稻秸秆的浸润：将3-6cm的小段水稻秸秆，在常温下用自来水完全浸润60-90min，使秸秆含水量达75-90％；
(3)湿润秸秆的蒸汽爆破：将含水量为75％-90％小段湿润秸秆用蒸汽爆破机连续爆破，爆破饱和蒸汽压力为1.15-1.55mpa，爆破饱和蒸汽压力对应的温度为186-200℃；压力维持时间为2-4min，瞬间释放压力，得到秸秆固液混合物；
(4)爆破后的秸秆高速湿法粉碎：将秸秆固液混合物粉碎至80-200目，期间，加自来水调节固液混合物中的固液质量比为1：(8-15)。
(5)小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解：将由步骤(4)所得的经高速湿法粉碎后的秸秆颗粒，按干重每kg秸秆颗粒添加木聚糖酶100-200iu，且要求固形物水稻秸秆粉与水的固液质量比为1:(10-15)，控制酶法水解温度为50-55℃，ph4.8-5.5，水解时间24-30h，期间不断搅拌，搅拌速度为50-60r/m，得到低聚木糖水解液混合物，所述低聚木糖水解液混合物中还原糖质量百分比含量为1.5-2.5％，将低聚木糖水解液混合物95-100℃灭酶10min，得水解产物；
(6)水解产物中非低聚木糖的去除：按秸秆纤维颗粒干重的0.05-0.1％向水解产物中加入活性酵母菌，控温30-34℃，ph4.8-5.5，保持搅拌速度50-60r/m，维持6-10h，得去除非低聚木糖的水解产物；
(7)去除非低聚木糖的水解产物的固液分离：将去除非低聚木糖的水解产物泵入板框过滤机，维持框内压力0.8-1.0mpa，获得固体纤维滤饼和板框过滤滤液，实现固液分离，所述板框过滤滤液为低聚木糖水解液；
(8)超滤除杂：采用截留分子量为10,000da的卷绕式有机超滤膜对板框过滤滤液进行超滤，获得富含低聚木糖的超滤液，和富含大分子蛋白及多糖的超滤大分子截流液；
(9)低聚木糖的浓缩：将超滤液泵入真空薄膜蒸发器中，控制蒸发温度70-90℃，真空度20-100pa，使水分以水汽形式挥发或冷凝洁净水排除，无有机废液排出，实现低聚木糖的浓缩，得低聚木糖糖浆，所述低聚木糖糖浆中低聚木糖的质量百分比含量为65-75％、含水量为25-35％；
(10)脱色：将低聚木糖糖浆稀释至低聚木糖的质量百分比含量为30-40％，向稀释后的低聚木糖糖浆中加入糖酒型活性炭搅拌，所述添加的糖酒型活性炭的质量为稀释后的低聚木糖糖浆质量的0.6-1.0％，搅拌时控温50-60℃，ph4.5-5.0，搅拌速度40-50r/m，搅拌时间2-4h，搅拌后用板框过滤实现固液分离，纯水洗涤板框中活性炭滤渣，分别获得活性炭脱色液和活性炭滤渣。
优选地，步骤(1)所述干燥的水稻秸秆的含水量为8-13％；步骤(2)中，秸秆含水量达75％-90％时，秸秆中的固液质量比为1：(3-9)；步骤(4)中是用高速切割湿法粉碎机将秸秆固液混合物粉碎至80-200目，切割速度为6000-8000r/m；所述木聚糖酶为木聚糖内切酶或利用康氏木霉as3.2774，经代谢调控固体发酵方法制备的酶制剂，所述的固体发酵方法为：在培养基中接种康氏木霉as3.2774后，在28-32℃温度条件下，静置发酵4.5-5.5d，再用自来水浸提1h，最后经超滤浓缩，即得酶制剂，所述培养基中包括如下重量份的组分：水稻秸秆粉10-15、玉米芯粉10-15、麸皮10-15、硫酸铵1-2、水55-65，培养基为自然ph；步骤(5)中，控制ph4.8-5.5时，采用弱酸或弱碱调节；步骤(6)所述酵母菌为酿酒酵母、面包酵母、安琪酵母、果酒酵母的至少一种。
当所述活性炭作为生物炭使用时，每亩土壤使用量为100—200g，用于水稻种植或烟田种植，增加土壤生物炭，。所述的活性炭是一种惰性碳，具有吸附和解析功能；土壤养分充足过多时吸附多余养分，土壤养分不足时释放养分，具有缓释功能，能实现土壤保炭稳产。
当所述活性炭制备混合型燃烧颗粒时，是将活性炭滤渣与步骤(3)获得的木质纤维滤饼按质量比1：(3—5)混合后，经高压低温压缩加工压制成0.5—4cm3大小的混合型燃烧颗粒，燃烧颗粒密度为1.1—1.5g/cm3。输送、储存极为方便，同时，其燃料性能大为改善，发热量高。该锅炉颗粒燃料既可以由于本发明的工艺中锅炉产汽，也可以用于市售，避免废渣直接排放，是替代石化能源的高科技环保产品。
下面对本发明作进一步说明：
与现有技术相比，本发明在水稻秸秆无害化、资源化综合利用方面，具有显著优势和技术进步：
一是有效提高水稻秸秆附加值，由于低聚木糖的肠道益生功能显著，市场价格是蔗糖的10-15倍，有利于本推进工艺运行，本发明工艺运行远远优于现有低值的秸秆堆肥、秸秆饲料化途径。因此，加工企业将有利可图。
二是工艺先进，本发明采用铡切、蒸汽爆破、高速湿法粉碎、酶法水解结合进行。与现有低聚木糖加工工艺的干法粉碎、酸碱预处理、木聚糖的提取、酶法水解工艺相比，工艺更为简化，整个过程无需先提取木聚糖，再酶法水解；工艺过程没有使用强酸强碱，对环境很友好；高速湿法粉碎克服干法粉碎难度和电力高负荷投入，节省能源。
三是采用清洁工艺生产，生产过程除爆破产生噪音污染外(也可以采用降噪)，废渣、废气、废液排放极少。其中秸秆固形物颗粒，经板框过滤后可以直接以有机质还田，或经高压低温压缩加工成型的颗粒状燃料。
总之，本发明是回收水稻秸秆加工过程中的废弃物、无害化利用的环境友好型技术。
具体实施方式
实施例1
所述木质纤维素按如下步骤制备：
(1)水稻秸秆的铡切：将干燥的水稻秸秆50kg用配有高速旋转锰钢刀片的铡草机切断为3-6cm的小段水稻秸秆；
(2)小段水稻秸秆的浸润：将3-6cm的小段水稻秸秆，在常温下用自来水完全浸润90min，使秸秆含水量达90％；
(3)湿润秸秆的蒸汽爆破：将含水量为90％小段湿润秸秆用蒸汽爆破机连续爆破，爆破饱和蒸汽压力为1.55mpa，爆破饱和蒸汽压力对应的温度为200℃；压力维持时间为2.5min，瞬间释放压力，得到秸秆固液混合物；
(4)爆破后的秸秆高速湿法粉碎：将秸秆固液混合物用高速切割湿法粉碎机粉碎至150目，切割速度为8000r/m，期间，加自来水调节固液混合物中的固液质量比为1：12；
(5)小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解：将步骤(4)所得的经高速湿法粉碎后的秸秆颗粒，按干重每kg秸秆颗粒长沙水地沙生物科技有限公司提供的黑曲霉突变菌株木聚糖内切酶200iu，且要求固形物水稻秸秆粉与水的固液质量比为1:12，控制酶法水解温度为50℃，ph4.8-5.0，水解时间30h，期间不断搅拌，搅拌速度为50r/m，得到低聚木糖水解液混合物，所述低聚木糖水解液混合物中还原糖质量百分比含量为2.5％，将低聚木糖水解液混合物95-100℃灭酶10min，得水解产物；
(6)水解产物中非低聚木糖的去除：取其中低聚木糖占还原糖的含量达71％的水解产物150kg，加入安琪酵母菌20g，控温30℃，ph4.8，保持搅拌速度50r/m，维持6h，得去除非低聚木糖的水解产物，水解液中低聚木糖占还原糖的含量达93％；
(7)去除非低聚木糖的水解产物的固液分离：将去除非低聚木糖的水解产物泵入板框过滤机，维持框内压力1.0mpa，获得固体纤维滤饼和板框过滤滤液，实现固液分离，所述板框过滤滤液为低聚木糖水解液；
(8)超滤除杂：采用截留分子量为10,000da的卷绕式有机超滤膜对板框过滤滤液进行超滤，获得富含低聚木糖的超滤液，和富含大分子蛋白及多糖的超滤大分子截流液；
(9)低聚木糖的浓缩：将超滤液泵入真空薄膜蒸发器中，控制蒸发温度70-90℃，真空度20-100pa，使水分以水汽形式挥发或冷凝洁净水排除，无有机废液排出，实现低聚木糖的浓缩，得低聚木糖糖浆，所述低聚木糖糖浆中低聚木糖的质量百分比含量为65-75％、含水量为25-35％；
(10)脱色：将低聚木糖糖浆稀释至低聚木糖的质量百分比含量为30-40％，向稀释后的低聚木糖糖浆中加入糖酒型活性炭搅拌，所述添加的糖酒型活性炭的质量为稀释后的低聚木糖糖浆质量的0.6-1.0％，搅拌时控温50-60℃，ph4.5-5.0，搅拌速度40-50r/m，搅拌时间2-4h，搅拌后用板框过滤实现固液分离，纯水洗涤板框中活性炭滤渣，分别获得活性炭脱色液和活性炭滤渣。
实施例2
所述木质纤维素按如下步骤制备：
(1)水稻秸秆的铡切：将干燥的水稻秸秆50kg用配有高速旋转锰钢刀片的铡草机切断为3-6cm的小段水稻秸秆；
(2)小段水稻秸秆的浸润：将3-6cm的小段水稻秸秆，在常温下用自来水完全浸润90min，使秸秆含水量达90％；
(3)湿润秸秆的蒸汽爆破：将含水量为90％小段湿润秸秆用蒸汽爆破机连续爆破，爆破饱和蒸汽压力为1.55mpa，爆破饱和蒸汽压力对应的温度为200℃；压力维持时间为2.5min，瞬间释放压力，得到秸秆固液混合物；
(4)爆破后的秸秆高速湿法粉碎：将秸秆固液混合物用高速切割湿法粉碎机粉碎至150目，切割速度为8000r/m，期间，加自来水调节固液混合物中的固液质量比为1：12；
(5)小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解：将步骤(4)所得的经高速湿法粉碎后的秸秆颗粒，按干重每kg秸秆颗粒添加山东中天生物科技有限公司提供的棒曲霉木聚糖酶200iu，且要求固形物水稻秸秆粉与水的固液质量比为1:15，控制酶法水解温度为52℃，ph4.8-5.2，水解时间30h，期间不断搅拌，搅拌速度为60r/m，得到低聚木糖水解液混合物，所述低聚木糖水解液混合物中还原糖质量百分比含量为2.3％，将低聚木糖水解液混合物95-100℃灭酶10min，得水解产物；
(6)水解产物中非低聚木糖的去除：取其中低聚木糖占还原糖的含量达71％的水解产物150kg，加入安琪酵母菌20g，控温30℃，ph4.8，保持搅拌速度50r/m，维持6h，得去除非低聚木糖的水解产物，水解液中低聚木糖占还原糖的含量达93％；
(7)去除非低聚木糖的水解产物的固液分离：将去除非低聚木糖的水解产物泵入板框过滤机，维持框内压力1.0mpa，获得固体纤维滤饼和板框过滤滤液，实现固液分离，所述板框过滤滤液为低聚木糖水解液；
(8)超滤除杂：采用截留分子量为10,000da的卷绕式有机超滤膜对板框过滤滤液进行超滤，获得富含低聚木糖的超滤液，和富含大分子蛋白及多糖的超滤大分子截流液；
(9)低聚木糖的浓缩：将超滤液泵入真空薄膜蒸发器中，控制蒸发温度70-90℃，真空度20-100pa，使水分以水汽形式挥发或冷凝洁净水排除，无有机废液排出，实现低聚木糖的浓缩，得低聚木糖糖浆，所述低聚木糖糖浆中低聚木糖的质量百分比含量为65-75％、含水量为25-35％；
(10)脱色：将低聚木糖糖浆稀释至低聚木糖的质量百分比含量为30-40％，向稀释后的低聚木糖糖浆中加入糖酒型活性炭搅拌，所述添加的糖酒型活性炭的质量为稀释后的低聚木糖糖浆质量的0.6-1.0％，搅拌时控温50-60℃，ph4.5-5.0，搅拌速度40-50r/m，搅拌时间2-4h，搅拌后用板框过滤实现固液分离，纯水洗涤板框中活性炭滤渣，分别获得活性炭脱色液和活性炭滤渣。
实施例3
所述木质纤维素按如下步骤制备：
(1)水稻秸秆的铡切：将干燥的水稻秸秆50kg用配有高速旋转锰钢刀片的铡草机切断为3-6cm的小段水稻秸秆；
(2)小段水稻秸秆的浸润：将3-6cm的小段水稻秸秆，在常温下用自来水完全浸润90min，使秸秆含水量达90％；
(3)湿润秸秆的蒸汽爆破：将含水量为90％小段湿润秸秆用蒸汽爆破机连续爆破，爆破饱和蒸汽压力为1.55mpa，爆破饱和蒸汽压力对应的温度为200℃；压力维持时间为2.5min，瞬间释放压力，得到秸秆固液混合物；
(4)爆破后的秸秆高速湿法粉碎：将秸秆固液混合物用高速切割湿法粉碎机粉碎至150目，切割速度为8000r/m，期间，加自来水调节固液混合物中的固液质量比为1：12；
(5)小颗粒水稻秸秆纤维的酶法高效水解：将步骤(4)所得的经高速湿法粉碎后的秸秆颗粒，按干重每kg秸秆颗粒添加康氏木霉as3.2774木聚糖酶150iu，且要求固形物水稻秸秆粉与水的固液质量比为1:14，控制酶法水解温度为50℃，ph4.8，水解时间24h，期间不断搅拌，搅拌速度为55r/m，得到低聚木糖水解液混合物，所述低聚木糖水解液混合物中还原糖质量百分比含量为2.1％，将低聚木糖水解液混合物95-100℃灭酶10min，得水解产物；
(6)水解产物中非低聚木糖的去除：取其中低聚木糖占还原糖的含量达71％的水解产物150kg，加入安琪酵母菌20g，控温30℃，ph4.8，保持搅拌速度50r/m，维持6h，得去除非低聚木糖的水解产物，水解液中低聚木糖占还原糖的含量达93％；
(7)去除非低聚木糖的水解产物的固液分离：将去除非低聚木糖的水解产物泵入板框过滤机，维持框内压力1.0mpa，获得固体纤维滤饼和板框过滤滤液，实现固液分离，所述板框过滤滤液为低聚木糖水解液；
(8)超滤除杂：采用截留分子量为10,000da的卷绕式有机超滤膜对板框过滤滤液进行超滤，获得富含低聚木糖的超滤液，和富含大分子蛋白及多糖的超滤大分子截流液；
(9)低聚木糖的浓缩：将超滤液泵入真空薄膜蒸发器中，控制蒸发温度70-90℃，真空度20-100pa，使水分以水汽形式挥发或冷凝洁净水排除，无有机废液排出，实现低聚木糖的浓缩，得低聚木糖糖浆，所述低聚木糖糖浆中低聚木糖的质量百分比含量为65-75％、含水量为25-35％；
(10)脱色：将低聚木糖糖浆稀释至低聚木糖的质量百分比含量为30-40％，向稀释后的低聚木糖糖浆中加入糖酒型活性炭搅拌，所述添加的糖酒型活性炭的质量为稀释后的低聚木糖糖浆质量的0.6-1.0％，搅拌时控温50-60℃，ph4.5-5.0，搅拌速度40-50r/m，搅拌时间2-4h，搅拌后用板框过滤实现固液分离，纯水洗涤板框中活性炭滤渣，分别获得活性炭脱色液和活性炭滤渣。
实施例4
当所述活性炭作为生物炭使用时，每亩土壤使用量为100—200g，用于水稻种植或烟田种植，增加土壤生物炭，。所述的活性炭是一种惰性碳，具有吸附和解析功能；土壤养分充足过多时吸附多余养分，土壤养分不足时释放养分，具有缓释功能，能实现土壤保炭稳产。
实施例5
当所述活性炭制备混合型燃烧颗粒时，是将活性炭滤渣与步骤(3)获得的木质纤维滤饼按质量比1：(3—5)混合后，经高压低温压缩加工压制成0.5—4cm3大小的混合型燃烧颗粒，燃烧颗粒密度为1.1—1.5g/cm3。输送、储存极为方便，同时，其燃料性能大为改善，发热量高。该锅炉颗粒燃料既可以由于本发明的工艺中锅炉产汽，也可以用于市售，避免废渣直接排放，是替代石化能源的高科技环保产品。