一种生产改性稻草秸秆粉的方法及改性稻草秸秆粉和其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于秸杆利用领域，尤其涉及一种生产改性稻草秸杆粉的方法及改性稻草 秸杆粉和其应用。
【背景技术】
[0002] 我国农作物秸杆资源十分丰富，秸杆总产量达7亿多吨。随着我国农村能源消费 方式的改变与农业生产方式的变革，农作物猜杆因价格低廉、量大且分散，成为农业面源污 染的重要来源之一。秸杆因分布地域广，存在收获的季节性和差异性，缺乏收集贮运技术和 相配套的装备，得不到合理收集和利用的秸杆被大量焚烧，随其产生的污染问题已成为社 会一大公害。农作物秸杆是一种重要的可再生生物质资源，秸杆原料中的天然纤维素和半 纤维素均为多糖，经水解发酵可转化为乙醇、有机酸和其它可替代石化能源产品的化合物， 秸杆原料粉可直接加入到塑料中或压制成各种装饰建材和可以降解的包装材，因此对其进 行合理的收集利用已成为当今研究的热点之一。
[0003] 为了使秸杆原料适用于木塑复合材料和纤维燃料乙醇的生产，传统的处理方式是 将秸杆经机械粉碎或研磨成小颗粒的秸杆粉，其优点是操作简单易行，容易实施，但机械粉 碎能耗大、对物料的脆性和水分含量要求高，粉碎粒度受到限制，从而导致生产燃料乙醇的 成本难以得到控制，因此需要先进行改性预处理改变其理化性状。研究人员在收集、处理、 成本、能耗和对环境影响的技术瓶颈方面对农作物秸杆进行了深入的研究，发现对秸杆原 料进行预处理可以很好地解决成本和能耗的问题，从而达到秸杆高效利用的目的。可见，秸 杆的预处理方法是突破目前秸杆高效利用的关键。
[0004] 目前，中国专利102234947A中公开了一种快速降解稻草秸杆的预处理方法，将稻 草秸杆压制成秸杆砖后对其进行辐照处理，射线辐照作为一种高效的预处理方法，具有处 理量大、对环境无污染、处理效果好等优点已应用于秸杆的改性处理，但是《?ο-γ辐照装 置因受到装源量的限制，剂量率较低，导致处理时间长；而电子束辐照，穿透性较差，处理样 品厚度受限，而影响整体处理效率。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种成本能耗低 且处理效率高的生产改性稻草秸杆粉的方法及改性稻草秸杆粉和其应用。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0007] -种生产改性稻草秸杆粉的方法，包括以下步骤：先将稻草秸杆制成稻草秸杆块 体，然后进行辐照处理，所述辐照处理分两次进行，先采用γ射线对稻草秸杆块体进行一 次辐照，然后对一次辐照后的稻草秸杆块体进行粉碎筛分得到40~200目的稻草秸杆粉， 选择低于100目的稻草秸杆粉采用电子束对其进行二次辐照，完成改性。
[0008] 上述的生产改性稻草秸杆粉的方法，优选的，所述稻草秸杆块体的规格为长 900 ~1000mmX 宽 500 ~600mmX 高 550 ~600mm，密度为 400 ~500kg/m3。
[0009] 优选的，用于制作所述稻草秸杆块体的稻草秸杆为未经过干燥处理的水分含量在 10%以上的稻草秸杆原料。
[0010] 优选的，所述一次辐照采用的γ射线为6°C〇- γ，辐射强度为7. 4 X IO15~ 2. 22 X IO16Bq0
[0011] 更优选的，所述一次辐照的辐照剂量率为8~15kGy/h，辐照剂量为200~ 500kGy〇
[0012] 上述的生产改性稻草秸杆粉的方法，优选的，所述二次辐照采用的电子束的能量 为 10 ~15Mev。
[0013] 更优选的，所述二次辐照的辐照剂量率为200~1000 kGy/h，辐照剂量为200~ 1000 kGy0
[0014] 基于同一个技术构思，本发明还提供了一种上述的方法制备得到的改性稻草秸杆 粉，所述改性稻草秸杆粉中纤维素含量低于16%、半纤维素含量低于6%、木质素含量低于 9 %、水溶性单糖总含量高于59 %。
[0015] -种上述的改性稻草秸杆粉的应用，包括以下步骤：采用所述改性稻草秸杆粉作 为原料，经水解提取水溶性单糖。
[0016] 上述的改性稻草秸杆粉的应用，优选的，所述水溶性单糖为葡萄糖、木糖、半乳糖、 甘露糖、果糖或纤维二糖。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0018] 1.本发明将6°C〇-Y辐照与电子束辐照相结合，不仅可以提高原料的处理量，还可 以缩短处理时间，提高处理效率。
[0019] 2.本发明中采用γ射线进行一次辐照改性处理的稻草秸杆原料，不需要通过干 燥处理降低其水分含量至10%以下，就能使其组织结构快速被破坏而提高稻草秸杆的脆性 使之易于粉碎，减少机械粉碎的能耗，同时大大提高了稻草秸杆粉的细度；而采用电子束对 粒度较细的改性稻草秸杆粉进行二次辐照处理后，可用于秸杆塑料复合材料的加工，扩大 了产品的应用范围，提高了改性稻草秸杆粉的利用率。
[0020] 3.本发明生产出的改性稻草秸杆粉为木质纤维素的酶水解创造了更好的条件，改 性稻草秸杆粉水解后的葡萄糖和木糖产量可达90. 4mg/g原料。
[0021] 4.本发明充分利用了现有废弃的稻草秸杆资源，且改性秸杆粉的生产工艺环保， 为稻草秸杆资源的增值再利用提供了新的途径，同时减轻了农业面源污染和因焚烧造成的 环境污染。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1是改性稻草秸杆粉前（CK)后（800kGy)的电镜扫描图（20kv，X 1000倍）。
【具体实施方式】
[0024] 为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全 面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0025] 除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相 同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的 保护范围。
[0026] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市 场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0027] 实施例1 :
[0028] -种本发明的改性稻草秸杆粉的生产方法，包括以下步骤：
[0029] 1.原料准备：将农田中未经过干燥处理且水分含量在10 %以上的干稻 草秸杆收集后，经液压稻草打包机压制成规格一致的稻草方块，稻草方块体积为 900mmX500mmX550mm(长 X 宽 X 高），密度为 400kg/m3。
[0030] 2. γ射线一次辐照处理：采用6°C〇- γ射线对稻草秸杆方块进行一次辐照，辐照 剂量为 400kGy，剂量率为 IOkGy/h，辐射强度为 2. 22 X IO16Bq (7. 4 X IO15~2. 22 X 10 16Bq 均 可）。
[0031] 3.粉碎筛分：将γ射线一次辐照后的稻草方块再经机械粉碎成40~200目的稻 草秸杆粉，然后进行筛分。
[0032] 4.电子束二次辐照处理：将粉碎后小于100目的稻草秸杆粉进行电子束辐照，辐 照剂量为400kGy，辐照剂量率为200kGy/h，电子束的能量为lOMev，经两次辐照改性后的稻 草秸杆粉累计辐照剂量为800kGy。
[0033] 由图1可知，稻草秸杆经辐照改性后，其表观形貌结构发生破坏，并出现较大的孔 洞，使辐照后的稻草秸杆易于粉碎，减少了机械粉碎的能耗，同时大大提高了稻草秸杆粉的 细度。
[0034] 实施例2 :
[0035] -种本发明的改性稻草秸杆粉的生产方法，包括以下步骤：
[0036] 1.原料准备：将农田中未经过干燥处理且水分含量在10 %以上的干稻 草秸杆收集后，经液压稻草打包机压制成规格一致的稻草方块，稻草方块体积为 1000臟\600111111\550111111(长\宽\高），密度为 5001^/1113。
[0037] 2. γ射线一次辐照处理：采用6°C〇- γ射线对稻草秸杆方块进行一次辐照，辐照 剂量为 400kGy，剂量率为 IOkGy/h，辐射强度为 2. 22 X IO16Bq (7. 4 X IO15~2. 22 X 10 16Bq 均 可）。
[0038] 3.粉碎筛分：将γ射线一次辐照后的稻草方块再经机械粉碎成40~200目的稻 草秸杆粉，然后进行筛分。
[0039] 4.电子束二次辐照处理：将粉碎后小于100目的稻草秸杆粉进行电子束辐照，辐 照剂量为800kGy，辐照剂量率为800kGy/h，电子束的能量为15Me