[发明专利]一种利用Ca(OH)2降解水稻秸秆的方法

说明书

本发明属于秸秆降解技术领域，公开了一种利用Ca(OH)₂降解水稻秸秆的方法，以水稻秸秆为原材料，分析Ca(OH)₂浓度在不同水浴温度、水浴时间、固液比的处理条件下，并辅以中低火微波加热2min，各因素对水稻秸秆降解的影响，在单因素实验的基础上进行正交实验，得到了Ca(OH)₂对水稻秸秆降解的影响的最佳处理方式是：Ca(OH)₂浓度为0.02％，水浴温度为30℃，水浴时间为2h，固液比为1:30，微波炉300W加热2min。本发明的水稻秸秆还原糖产率为27.46％；并对水稻秸秆合理利用，不仅可以发电、生产沼气，转化为乙醇，同时还能促进造纸业、能源业、食品工业以及饲料业的发展。

技术领域

本发明属于秸秆降解领域，尤其涉及一种利用Ca(OH)₂降解水稻秸秆的方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

降解水稻秸秆的方法通常采用化学降解法(碱降解)。但随着社会的发展，化石能源的日益枯竭，环境的不断恶化，寻找可再生清洁能源是人们关注的焦点，而木质纤维素是自然界中丰富的可再生能源，在植物纤维中广泛存在。

水稻是我国主要的农作物之一，其含量非常丰富，是一种清洁可再生能源。水稻秸秆不仅可以发电、生产沼气，转化为乙醇，同时还能促进造纸业、能源业、工业、以及饲料业的发展。然而每年有许多收集的秸秆大部分被堆积、焚烧，即浪费资源又污染环境。水稻秸秆之所以无法被充分利用与其由木质素、纤维素和半纤维素构成的复合结构有关。

目前水稻秸秆降解的方法多种多样，主要有物理降解、化学降解、生物降解或者几种方法的结合。其中微波预处理是一种可以提高水稻秸秆降解率的有效方法，可以破坏秸秆表面硅化蜡质，破坏木质素、半纤维素的特殊结构，去除部分硅和木质素使纤维素暴露出，利于后续反应。同时在化学预处理中，碱水解可以脱出木质素，使其膨胀，导致纤维内部表面积增加，结晶度下降促进酶水解。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，每年有许多收集的秸秆大部分被堆积、焚烧，既浪费资源又污染环境。

(2)现有技术中，生物降解法就是利用微生物所产生的酶分解秸秆中的木质素，破坏木质素和半纤维素对纤维素的包裹作用，从而提高秸秆的利用率。但是由于这种微生物种类少，作用周期长，实际生产中受自然界中微生物的影响导致降解微生物活力低，影响秸秆的降解效果。

(3)现有技术中，化学降解法有酸、碱、氧化剂和有机溶剂降解法等。此法操作简单，但由于化学残留物对提取液的pH有很大的影响，需要后续处理，同时对环境也会造成一定的污染，因此需要进行回收处理。此外，化学降解法通常需要较长的反应时间或较高的反应温度。

解决上述技术问题的难度：

(1)从众多微生物中筛选出高效降解秸秆的微生物是一个大的工程。

(2)化学试剂的腐蚀性对设备要求高；回收处理困难；减少反应时间或降低反应温度会导致降解率降低。

解决上述技术问题的意义：寻求一种操作简单、效率高、试剂回收方便、清洁的降解方法，有利于水稻秸秆的综合开发利用。

本发明用Ca(OH)₂处理秸秆时，可以脱除木质素，使其膨胀，导致纤维内部表面积增加，结晶度下降促进秸秆降解。再辅以微波处理，可以快速提高反应体系的温度，破坏秸秆表面硅化蜡质，破坏木质素、半纤维素的特殊结构，去除部分硅和木质素使纤维素暴露出，缩短反应时间，利于后续反应。是一种可以提高水稻秸秆降解率的有效方法。同时，Ca(OH)₂的腐蚀性较NaOH、KOH小，对设备要求不高；而且利用其与CO₂反应产生CaCO₃沉淀，可以很方便的将其从反应液中除去，回收简单方便，不会污染环境，也不会影响后续对还原糖的利用。