甘蔗渣的綜合利用-PPT精品文檔

1、循環(huán)經(jīng)濟(jì)工程技術(shù)研究系列之循環(huán)經(jīng)濟(jì)工程技術(shù)研究系列之甘蔗渣的綜合利用甘蔗渣的綜合利用甘蔗渣的綜合利用甘蔗渣的綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)是人類應(yīng)對資源瓶頸制約和環(huán)境污染挑戰(zhàn)而提出的發(fā)展新理念和新 的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，其融合了生態(tài)學(xué) 、清潔生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)共生及環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科理論，以資源的高效利用和循環(huán)利用為 目標(biāo)，以 “減量化、再利用、資源化”為原則 ，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)閉路循環(huán)和能量梯次使用。目前 ，循環(huán)經(jīng)濟(jì)在甘蔗制糖產(chǎn)業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用，如 “甘蔗一制糖一濾泥一有機(jī)肥一甘蔗”、“甘蔗一制糖一糖蜜一酒精一廢液一肥料一甘蔗”、“甘蔗一制糖一酒精一造紙一堿回收一水泥碳酸鈣一復(fù)合肥 一甘蔗”等物質(zhì)閉路循環(huán)及能量多級利用系統(tǒng)。廢物

2、資源化甘蔗渣的組成甘蔗渣的組成干蔗渣主要成分分析：濕蔗渣主要成分分析：項(xiàng)目數(shù)值（%）備注全纖維素59以重量計(jì)木質(zhì)素20以重量計(jì)多縮戊糖20以重量計(jì)灰分1以重量計(jì)1%NaOH抽出物35.95以重量計(jì)苯和醇抽出物4.23以重量計(jì)固定碳固定碳灰分灰分揮發(fā)物揮發(fā)物水分水分7%1.5%42.5%49%甘蔗渣成分特點(diǎn)甘蔗渣成分特點(diǎn)在適宜的營養(yǎng)(特別是氮素)、溫度、濕度、通氣量和pH值條件下，通過微生物的繁衍，使秸稈分解，把碳、氮、磷、鉀和硫等分解礦化或形成為簡單的有機(jī)物和腐殖質(zhì)的過程。秸稈中纖維素、半纖維素占極大的比例，纖維素是葡萄糖的聚合物，由于結(jié)構(gòu)特殊，因此有抵抗各種氧化劑的能力，只能被濃酸水解。微生

3、物和對纖維素的作用，完全取決于微生物的功能和分解條件。纖維素的分解分兩個(gè)階段。第一階段是在微生物分泌的纖維素酶的作用下水解，生成纖維糊精、纖維二糖，在纖維二糖酶的作用下生成葡萄糖。第二階段是水解產(chǎn)物的發(fā)酵過程。第二階段好氣微生物和厭氣微生物的發(fā)酵產(chǎn)物有所不同。好氣纖維分解菌能將纖維素完全分解，只產(chǎn)生CO2、一些粘液物質(zhì)、色素和大量微生物細(xì)胞物質(zhì)，3040分解的纖維素可以轉(zhuǎn)變成纖維素分解菌的細(xì)胞物質(zhì)；嫌氣性纖維分解菌則發(fā)酵成各種有機(jī)酸(醋酸、丙酸、丁酸、蟻酸、乳酸和琥珀酸等)、醇類、二氧化碳和氫氣。 木質(zhì)素是復(fù)雜的植物物質(zhì)，是具有某些側(cè)鏈的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，很難分解。一些細(xì)菌和高等真菌能把木質(zhì)素的側(cè)鏈及

4、芳香環(huán)氧化，進(jìn)而裂解木質(zhì)素。在堆肥中有相當(dāng)數(shù)量的木質(zhì)素形成腐殖質(zhì)，它是植物營養(yǎng)的儲(chǔ)存庫，也是土壤肥力的基礎(chǔ)。 半纖維素包括多種化合物，有多縮醣醛和多縮糖醛酸。在微生物的作用下，多糖水解成簡單的單糖類(C6H12O6、C5H10O5)，多縮糖醛酸水解成糖醛酸或醣醛酸糖酸和糖的混合物。主要被真菌和細(xì)菌所分解。作物的秸稈的主要成份是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。甘蔗渣中的纖維素甘蔗渣中的纖維素纖維素（cellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖，是植物細(xì)胞壁的主要成分。半纖維素(hemicellulose)：是由幾種不同類型的單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳

5、糖等。它結(jié)合在纖維素微纖維的表面 ， 并 且 相 互 連 接 ， 這 些 纖 維 構(gòu) 成 了 堅(jiān) 硬 的 細(xì) 胞 相 互 連 接 的 網(wǎng) 絡(luò) 。 木質(zhì)素（lignin）是 有氧代苯丙醇或其衍生物結(jié)構(gòu)單元的芳香性高聚物。形成纖維支架，具有強(qiáng)化木質(zhì)纖維的作用。甘蔗渣中的纖維素甘蔗渣中的纖維素纖維素（cellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機(jī)溶劑。是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。纖維素大分子的基環(huán)是D-葡萄糖以-1，4糖苷鍵組成的大分子多糖，分子量約500002500000，相當(dāng)于30015000個(gè)葡萄糖基脫水

6、葡萄糖，其分子式為：（C6H10O5）n。甘蔗渣中的纖維素甘蔗渣中的纖維素纖維素在常溫下，它是比較穩(wěn)定的，這是因?yàn)槔w維素分子之間存在氫鍵。不溶于水和乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑，能溶于銅氨Cu(NH3）4（OH）2溶液和銅乙二胺NH2CH2CH2NH2Cu（OH）2溶液等。水可使纖維素發(fā)生有限溶脹，某些酸、堿和鹽的水溶液可滲入纖維結(jié)晶區(qū)，產(chǎn)生無限溶脹，使纖維素溶解。纖維素加熱到約150時(shí)不發(fā)生顯著變化 ，超過這溫度會(huì)由于脫水而逐漸焦化。纖維素與較濃的無機(jī)酸起水解作用，反應(yīng)時(shí)氧橋斷裂，同時(shí)水分子加入，纖維素由長鏈分子變成短鏈分子，直至氧橋全部斷裂，變成葡萄糖。纖維素與較濃的苛性堿溶液作用生成堿纖維素，與

7、強(qiáng)氧化劑作用生成氧化纖維素。甘蔗渣中的纖維素甘蔗渣中的纖維素纖維素是地球上最古老、最豐富的天然高分子，是取之不盡用之不竭的，人類最寶貴的天然可再生資源。纖維素化學(xué)與工業(yè)始于160多年前，是高分子化學(xué)誕生及發(fā)展時(shí)期的主要研究對象，纖維素及其衍生物的研究成果為高分子物理及化學(xué)學(xué)科的創(chuàng)立、發(fā)展和豐富作出了重大貢獻(xiàn)。纖維素的主要生理作用是吸附大量水分，增加糞便量，促進(jìn)腸蠕動(dòng)，加快糞便的排泄，使致癌物質(zhì)在腸道內(nèi)的停留時(shí)間縮短，對腸道的不良刺激減少，從而可以預(yù)防腸癌發(fā)生。甘蔗渣中的半纖維素甘蔗渣中的半纖維素半纖維素(hemicellulose)：指在植物細(xì)胞壁中與纖維素共生、可溶于堿溶液，遇酸后遠(yuǎn)較纖維素

8、易于水解的那部分植物多糖。一種植物往往含有幾種由兩或三種糖基構(gòu)成的半纖維素，其化學(xué)結(jié)構(gòu)各不相同。半纖維素木聚糖在木質(zhì)組織中占總量的50%，它結(jié)合在纖維素微纖維的表面，并且相互連接，這些纖維構(gòu)成了堅(jiān)硬的細(xì)胞相互連接的網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成半纖維素的糖基主要有D-木糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、D葡萄糖、D-半乳糖、4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-巖藻糖等。半纖維素主要分為三類，即聚木糖類、聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類。半纖維素與纖維素間無化學(xué)鍵合，相互間有氫鍵和范德瓦耳斯力存在。半纖維素與木素之間可能以苯甲基醚的形式連接起來，形成木素碳水化合物的復(fù)合體。甘蔗渣中的半纖維素甘蔗渣中的半

9、纖維素半纖維素是植物細(xì)胞壁構(gòu)成纖維素小纖維間的間質(zhì)凝膠的多糖群中除去果膠質(zhì)以外的物質(zhì)，是構(gòu)成初生壁的主要成分。包括葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖等，單糖聚合體間分別以共價(jià)鍵、氫鍵、醚鍵和酯鍵連接，他們與伸展蛋白、其他結(jié)構(gòu)蛋白、壁酶、纖維素和果膠等構(gòu)成具有一定硬度和彈性的細(xì)胞壁，因而呈現(xiàn)穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。原來是從總纖維素中以17.5%NaOH以至24%KOH提取出來的多糖成分的總稱，而沒有相應(yīng)的特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。堿提取液用醋酸中和沉淀的部分是半纖維素A，上清液用乙醇沉淀的部分是半纖維素B。甘蔗渣中的半纖維素甘蔗渣中的半纖維素半纖維素(hemicellulose)：指在植物細(xì)胞壁中與纖維素共生

10、、可溶于堿溶液，遇酸后遠(yuǎn)較纖維素易于水解的那部分植物多糖。一種植物往往含有幾種由兩或三種糖基構(gòu)成的半纖維素，其化學(xué)結(jié)構(gòu)各不相同。樹莖、樹枝、樹根和樹皮的半纖維素含量和組成也不同。因此，半纖維素是一類物質(zhì)的名稱。構(gòu)成半纖維素的糖基主要有D-木糖、D-甘露糖、D葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-氧甲基-D-葡萄糖醛酸及少量L-鼠李糖、L-巖藻糖等。半纖維素主要分為三類，即聚木糖類、聚葡萄甘露糖類和聚半乳糖葡萄甘露糖類。甘蔗渣中的半纖維素甘蔗渣中的半纖維素從植物纖維中提取半纖維素的方法，其步驟是：將植物纖維、堿、水混合后放入帶有攪拌裝置和加熱系統(tǒng)的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜溫度升至3585，同時(shí)在300

11、rpm2000rpm的轉(zhuǎn)速條件下，攪拌10s10min，以常規(guī)方法過濾或離心，得到的濾液或上清液即為半纖維素的提取液；向半纖維素的提取液中加入其23倍體積量的80%95%的乙醇，使可溶性半纖維素沉淀，常規(guī)過濾，收集產(chǎn)物并干燥，得半纖維素。甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇甘蔗渣用于生產(chǎn)木糖醇目前 ，素有中國 “糖都”之稱的崇左市已將 “甘蔗一機(jī)制糖蔗渣木糖、木糖醇”產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)納入規(guī)劃。同時(shí)，由中國科學(xué)院廣西植物研究所自主研發(fā)的生物法生產(chǎn)木糖醇技術(shù)也于2009年4月在唐傳生物科技(廈門)有限公司位于廈門海滄的生產(chǎn)線上試產(chǎn)成功。這又將引起業(yè)界人士對廣西木糖醇產(chǎn)業(yè)的深入探索。若能將這一自主研發(fā)的木糖

12、醇生產(chǎn)技術(shù)運(yùn)用于甘蔗渣制漿前預(yù)抽提液中糖類物質(zhì)生產(chǎn)木糖醇，則有可能形成另一種廣西甘蔗渣利用的新途徑。但是，是將甘蔗渣結(jié)合制漿造紙的生物煉制模式，利用其制漿前預(yù)抽提液中糖類物質(zhì)生產(chǎn)木糖醇還是將甘蔗渣直接轉(zhuǎn)化，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)化技術(shù)是否完全適用于甘蔗渣原料以及生產(chǎn)成本、產(chǎn)業(yè)化等問題，都需要展開進(jìn)一步的探討研究。甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇木聚糖是植物細(xì)胞中主要的半纖維素成分，占植物細(xì)胞干重的35%，是一種豐富的生物質(zhì)資源，是自然界中除纖維素之外含量最豐富的多糖。然而自然界中很大一部分木聚糖未被有效利用，造成很大的資源浪費(fèi)。木聚糖的結(jié)構(gòu)是一種多聚五碳糖，由-D-1,4木糖苷鍵連接起來，并帶有多種取代基。

13、木聚糖部分降解可形成低聚木糖，徹底降解則得到多種五碳單糖，其中以木糖為主。甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇木糖醇是一種具有營養(yǎng)價(jià)值的甜味物質(zhì)，廣泛存在于各種水果、蔬菜中，但含量很低。商品木糖醇是用玉米芯、甘蔗渣等農(nóng)業(yè)作物中，經(jīng)過深加工而制得的，是一種天然健康的甜味劑。木糖醇白色晶體，外表和蔗糖相似，是多元醇中最甜的甜味劑，味涼、甜度相當(dāng)于蔗糖，熱量相當(dāng)于葡萄糖。是未來的甜味劑，是蔗糖和葡萄糖替代品。因?yàn)槟咎谴純H僅能被緩慢吸收或部分被利用。熱量低是它的一大特點(diǎn)：每克2.4卡路里，比其他的碳水化合物少40%。木糖醇從60年代開始應(yīng)用與食品中。在一些國家它是很受糖尿病人歡迎的一種甜味劑。木糖 木糖醇

14、甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇我國木糖醇工業(yè)是一個(gè)新興的工業(yè)，從小試、中試，到試生產(chǎn)，一步一步地發(fā)展起來的，生產(chǎn)技術(shù)也剛剛有一個(gè)雛形，并不是很成熟，有待發(fā)展和完善。目前，我國生產(chǎn)木糖醇有化學(xué)法和生物法?；瘜W(xué)法生產(chǎn)木糖醇有兩種工藝：中和脫酸工藝和離子交換脫酸工藝。中和脫酸工藝原料 水解 中和 濃縮 脫色 離子交換 濃縮 加氫 濃縮 結(jié)晶 分離 包裝離子交換工藝原料 水解 脫色 離子交換 濃縮 離子交換 加氫 離子交換 濃縮 結(jié)晶 分離 包裝甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇化學(xué)法生產(chǎn)木糖醇首先要得到木糖，木糖可通過水解富含木聚糖的植物得到，而后將木糖氫化便得到醇，其流程：木聚糖主要來 自木 (質(zhì)

15、)素纖維素材料 ，如農(nóng)業(yè)廢棄物 (玉米芯、小麥秸稈等)。雖然天然半纖維素的水解產(chǎn) 物中超過80是木糖，但水解液 中還包含其他多種糖類物質(zhì) (如葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖 、半乳糖等)。甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇甘蔗渣生產(chǎn)木糖醇生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)木糖醇利用生物發(fā)酵法生產(chǎn)木糖醇的研究大多著重于利用農(nóng)業(yè)廢棄物的水解液作為原料進(jìn)行生產(chǎn)。然而，水解液中除含有單糖外，還含有多種可溶性物質(zhì)，其中包括木質(zhì)素、糖降解副產(chǎn)品以及少量的堿提取物。一些化合物能抑制微生物的利用水解得到的糖，特別是和糠醛類物質(zhì)，會(huì)抑制微生物的發(fā)酵，所以如何改進(jìn)水解條件或方法，減少有害物質(zhì)的含量是生物發(fā)酵生產(chǎn)木糖醇必須要解決的問題。目前對于熱帶假絲酵母生產(chǎn)

16、木糖醇的研究主要集中在如何增加關(guān)鍵酶的活性。此外，木糖醇發(fā)酵條件的優(yōu)化也被廣泛探討(如改變種齡、接種量、發(fā)酵pH值、溫度、培養(yǎng)基組成、溶解氧等條件。有研究表明，高的接種量和起始木糖含量可以提高 木糖醇的產(chǎn)量以及效率，但同時(shí)，高的起始木糖含量會(huì)導(dǎo)致酵母生長的抑制，導(dǎo)致發(fā)酵周期過長問。由于木糖發(fā)酵菌不能利用葡萄糖產(chǎn)出木糖醇，為解決酵母量不足的影響，可以在木糖醇發(fā)酵時(shí)添加葡萄糖可以起到增加細(xì)胞量，保障能源供應(yīng)，以利用木糖轉(zhuǎn)化為木糖醇。甘蔗渣生產(chǎn)糠醛甘蔗渣生產(chǎn)糠醛糠醛生產(chǎn)技術(shù) 按高聚糖水解和形成糠醛的過程可把制取糠醛的方法分為一步法和兩步法 。一步法是半纖維素水解生產(chǎn)戊糖和戊糖脫水環(huán)化生成糠醛兩個(gè)反應(yīng)

17、過程在同一個(gè)反應(yīng)器 內(nèi)一次完成 。由于一步法的設(shè)備投資少，操作簡單，小液比生產(chǎn)時(shí)殘?jiān)康?，可直接用做鍋爐燃料產(chǎn)生蒸汽 ，于是在糠醛工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，一步法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)過程中使用蒸汽氣提移出糠醛，蒸汽消耗量大，存在糠醛收率低、廢水廢氣污染嚴(yán)重等問題。隨著生物質(zhì)化學(xué)利用的發(fā)展，注重了原料綜合利用和環(huán)境保護(hù)，結(jié)合兩段水解法，又重新提出了兩步法糠醛生產(chǎn)工藝，重點(diǎn)是分離原料中的纖維素和半纖維素，然后分別加以利用。兩步法是原料中的半纖維素水解生成戊糖和戊糖在較高溫度條件下脫水環(huán)化生成糠醛在兩個(gè)不同的反應(yīng)器中完成。過濾后的殘?jiān)俳?jīng)水解、發(fā)酵得到乙醇；利用殘?jiān)a(chǎn)紙漿。 甘蔗渣生產(chǎn)糠醛甘蔗渣生

18、產(chǎn)糠醛一步法糠醛生產(chǎn)技術(shù) 一步法糠醛生產(chǎn)工藝因其設(shè)備投資少，易于操作，在糠醛工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過近幾十年發(fā)展，糠醛的生產(chǎn)工藝和技術(shù)都有了很大的提高，從最初的單鍋蒸煮，發(fā)展到多鍋串聯(lián)以及連續(xù)生產(chǎn)工 藝。根據(jù)催化劑種類的不同主要包括鹽酸法、硫酸法、改 良硫酸法、醋酸法、無機(jī)鹽法5類 。但是由于這些生產(chǎn)工藝多采用水蒸氣氣提法移出反應(yīng) 中生成的糠醛 ，蒸汽消耗量大 ，原料利用率低。兩步法糠醛生產(chǎn)工藝 兩步法糠醛生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，設(shè)備投資較高，但是糠醛收率能達(dá)到70以上，可以顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。隨著糠醛工業(yè)的發(fā)展以及原料綜合利用要求的提高，積極發(fā)展兩步 法糠醛生產(chǎn)技術(shù)具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義。甘蔗

19、渣生產(chǎn)糠醛甘蔗渣生產(chǎn)糠醛糠醛一步法生產(chǎn)流程 我國目前生產(chǎn)糠醛多采用中壓直接酸水解法。木質(zhì)纖維原料經(jīng)破碎后與酸混合，用蒸汽蒸煮，然后以純堿中和剩余的酸溶液，糠醛蒸汽經(jīng)冷凝后，再經(jīng)共沸、蒸餾、冷凝、靜置、分層得粗糠醛，最后再用純堿中和、靜置分層、抽真空精制而得糠醛。 一步法生產(chǎn)過程中蒸煮過后會(huì)產(chǎn)生大量的殘?jiān)?；糠醛水溶液蒸餾，冷凝過程中還會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，這些殘?jiān)蛷U液如果不加以利用不僅會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生污染，而且降低了原料的利用率。甘蔗渣生產(chǎn)糠醛甘蔗渣生產(chǎn)糠醛糠醛兩步法生產(chǎn)流程 為了使植物纖維原料中的半纖維素 和纖維素得到充分利用，結(jié)合兩段水解法 ，美國raven生物燃料公司提出，第一段首先使用有機(jī)溶

20、劑乙醇脫除半纖維素和木質(zhì)素形成黑液 ，黑液經(jīng)過濾得戊糖溶液和殘?jiān)举|(zhì)素，戊糖溶液用于第二步脫水環(huán)化生產(chǎn)糠醛；而第二 段主要是纖維素糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。甘蔗渣中的木質(zhì)素甘蔗渣中的木質(zhì)素木質(zhì)素是由四種醇單體（對香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇）形成的一種復(fù)雜酚類聚合物。木質(zhì)素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的成分之一，具有使細(xì)胞相連的作用。因單體不同，可將木質(zhì)素分為3種類型：由紫丁香基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的紫丁香基木質(zhì)素（syringyl lignin，S-木質(zhì)素），由愈創(chuàng)木基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的愈創(chuàng)木基木質(zhì)素（guaiacyl lignin，G-木質(zhì)素）和由對-羥基苯基丙烷結(jié)構(gòu)單體聚合而成的對-羥基苯基木

21、質(zhì)素（hydroxy-phenyl lignin，H-木質(zhì)素）。從植物學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，木質(zhì)素就是包圍于管胞、導(dǎo)管及木纖維等纖維束細(xì)胞及厚壁細(xì)胞外的物質(zhì)，并使這些細(xì)胞具有特定顯色反應(yīng)（加間苯三酚溶液一滴，待片刻，再加鹽酸一滴，即顯紅色）的物質(zhì)；從化學(xué)觀點(diǎn)來看，木質(zhì)素是由高度取代的苯基丙烷單元隨機(jī)聚合而成的高分子，它與纖維素、半纖維素一起，形成植物骨架的主要成分，在數(shù)量上僅次于纖維素。木質(zhì)素填充于纖維素構(gòu)架中增強(qiáng)植物體的機(jī)械強(qiáng)度，利于輸導(dǎo)組織的水分運(yùn)輸和抵抗不良外界環(huán)境的侵襲。甘蔗渣中的木質(zhì)素甘蔗渣中的木質(zhì)素木質(zhì)素分為3種類型甘蔗渣中的木質(zhì)素甘蔗渣中的木質(zhì)素由于木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)中存在著芳香基、酚羥基、

22、醇羥基、碳基共扼雙鍵等活性基團(tuán)，因此可以進(jìn)行氧化、還原、水解、醇解、酸解甲氧基、梭基、光解、酞化、磺化、烷基化、鹵化、硝化、縮聚或接枝共聚等許多化學(xué)反應(yīng)。其中，又以氧化、酞化、磺化、縮聚和接枝共聚等反應(yīng)性能在研究木質(zhì)素的應(yīng)用中顯示著尤為重要的作用，同時(shí)也是擴(kuò)大其應(yīng)用的重要途徑。在此過程中，磺化反應(yīng)又是木質(zhì)素應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提，到目前為止，木質(zhì)素的應(yīng)用大都以木質(zhì)素磺酸鹽的形式加以利用。在亞硫酸鹽法生產(chǎn)紙漿的工藝中，正是由于亞硫酸鹽溶液與木粉中的原本木質(zhì)素發(fā)生了磺化反應(yīng)，引進(jìn)了磺酸基，增加了親水性，而后這種木質(zhì)素磺酸鹽在酸性蒸煮液中進(jìn)一步發(fā)生水解反應(yīng)，使與木質(zhì)素結(jié)合著的半纖維素發(fā)生解聚，從而使木質(zhì)素

23、磺酸鹽溶出，實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)素、纖維素與半纖維素的分離，得到了紙漿，同時(shí)也使木質(zhì)素的應(yīng)用成為了可能。甘蔗渣中的木質(zhì)素甘蔗渣中的木質(zhì)素磺化木質(zhì)素磺化木質(zhì)素。是亞硫酸鹽法造紙木漿的副產(chǎn)品，為線性高分子化合物。木質(zhì)素磺酸鹽可溶于各種pH 值的水溶液中, 不溶于有機(jī)溶劑, 官能團(tuán)為酚式羥基。通常為黃褐色固體粉末或黏稠漿液。有良好的擴(kuò)散性，易溶于水。將亞硫酸鹽造紙木漿廢液經(jīng)加濃縮后，用石灰、氯化鈣、堿式醋酸鉛等沉淀劑，經(jīng)過沉淀、分離、烘干等工藝而制得。主要用途主要用途用于油田鉆井泥漿、油井壓裂、三次采油提高石油采收率等工藝過程。可用于工業(yè)水處理以及制革工業(yè)。電鍍工業(yè)中應(yīng)用使電鍍表面更加光亮。還可作水煤漿分散劑

24、及用作混凝土減水劑、石膏板生產(chǎn)助劑、農(nóng)藥助劑、印染擴(kuò)散劑、橡膠耐磨劑等。也可用作生產(chǎn)染料、香蘭素、鞣劑的原料或中間體，代替50%苯酚與甲醛縮合成塑料制品。甘蔗渣中的木質(zhì)素甘蔗渣中的木質(zhì)素木質(zhì)素磺酸鈣用作混凝土減水劑：摻水泥重量的0.2-0.3%，可以減少用水量10-15%以上，改善混凝土和易性，提高工程質(zhì)量。夏季使用，可抑制坍落度損失，一般都與高效減水劑復(fù)配使用。用作選礦浮選劑和冶煉礦粉粘結(jié)劑，冶煉業(yè)用木質(zhì)素磺酸鈣與礦粉混合，制成礦粉球，干燥后放入窯中，可提高冶煉回收率。耐火材料：制造耐火材料磚瓦時(shí)，使用木質(zhì)素磺酸鈣做分散劑和粘合劑，能改善操作性能，并有減水、增強(qiáng)、防止龜裂等良好效果。陶瓷：用

25、于陶瓷制品可以降低碳含量增加生坯強(qiáng)度，減少塑性粘土用量，泥漿流動(dòng)性好，提高成品率7090%，燒結(jié)速度由70分鐘減少為40分鐘。其它：木質(zhì)素磺酸鈣還可用于精煉助劑，鑄造，水煤漿分散劑，農(nóng)藥可濕性粉劑加工，型煤壓制，道路、土壤、粉塵的抑制，制革鞣革填料，炭黑造粒，飼料粘合劑等方面。甘蔗渣的綜合利用甘蔗渣的綜合利用全纖維素：造紙。多縮戊糖：木聚糖的結(jié)構(gòu)是一種多聚五碳糖，由-D-1,4木糖苷鍵連接起來，并帶有多種取代基。木聚糖部分降解可形成低聚木糖，徹底降解則得到五碳單糖：木糖（還原后制木糖醇）、阿拉伯糖等，其中以木糖為主。水解環(huán)化制糠醛。木質(zhì)素：制系列化學(xué)品。甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究

26、1甘蔗渣造紙蔗渣中纖維素為3248、木質(zhì)素2332，略低于竹子45、30和木材5359、2231，因此 ，以往用于組合生產(chǎn)纖維板、造粒版、包裝用紙及文化 、生活用紙。近年，利用蔗渣纖維素不但可以生產(chǎn)包裝紙、瓦楞紙、有光紙、衛(wèi)生紙外，而且還可以利用蔗渣漂 白化學(xué)漿摻配一定數(shù)量的長纖維制造各種高檔文化與生活用紙，如涂布紙、復(fù)印紙、雙膠紙、高級衛(wèi)生紙、餐 巾紙等。甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究2利用甘蔗渣生產(chǎn)紙碗 李振遠(yuǎn)在市場信息雜志報(bào)道了如下信息：南大 (浙江)環(huán)保科技集團(tuán)有限公司是一家生產(chǎn)環(huán)保紙碗的企業(yè)，其產(chǎn)品包括方便面碗、冰淇淋杯、牛奶杯和便當(dāng)盒等。其生產(chǎn)原料是一 種可替代木漿材料的

27、資源甘蔗渣。把甘蔗渣變成原紙)再變成碗之類的產(chǎn)品，這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)地在我國甘蔗糖主產(chǎn)區(qū)廣西 甘蔗渣造紙這項(xiàng)技術(shù)雖然不是特別新，但經(jīng)南大公司新研發(fā)的技術(shù)可使甘蔗渣生產(chǎn)原紙的成本要比全木漿原紙節(jié)省30，紙的外觀和質(zhì)感比以前也大有提升。 甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究3制備具有功能性的蔗渣纖維素衍生物 蔗渣纖維素通過酯化，醚化，接枝共聚或溶解再生，可以得到具有一定用途的蔗渣纖維素功能材料。袁懷波等以甘蔗渣為原料，通過醚化處理，并以N，N一亞 甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，制取醚化交聯(lián)甘蔗渣纖維。醚化交聯(lián)甘蔗渣纖維的最高吸水倍率為528gg。崔志敏等甘蔗渣纖維素為原料，用尿素作催化劑，合成了甘蔗渣纖

28、維素磷酸酯。研究了甘蔗渣纖維紊磷酸酯臺(tái)成的最佳工藝條件和應(yīng)用。結(jié)果表明，產(chǎn)品對Ag、Pb 、Fe 、Zn 離子的平衡交換吸附量 比活性 炭平均增加715mgg，對XGRRL離子藍(lán)染料的交換吸附性能比活性炭提高了l57。 甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究再生是纖維素改性的一種重要手段。再生纖維素膜是一種十分有前途的高分子膜材料，可作為血液透析膜、食品保鮮膜等。王彝等以蔗渣纖維素為原料，在1一烯丙基一3一甲基咪唑氯鹽 (AmimC1)離子液體中，制備出蔗渣纖維素再生膜。通過偏光顯微鏡觀察了蔗渣纖維素的溶解過程，采用紅外光譜、掃描電鏡、X射線衍射、熱重及力學(xué)性能等分析測試手段，對蔗渣纖維素及

29、再生膜進(jìn)行表征，結(jié)果表明：未經(jīng)活化的蔗渣 纖維素可快速、直接溶解在離子液體中，再生前后蔗渣纖維素發(fā)生了從纖維素 I到纖維素II的晶型轉(zhuǎn)變，蔗渣纖維素再生膜具有致密的結(jié)構(gòu)，熱力學(xué)穩(wěn)定性達(dá)U292“C，拉伸強(qiáng)度高達(dá)144MPa。甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究4制備微晶纖維素 (MCc) 微晶纖維素 (Microcrystallinecellulose，MCC)是天然纖維素經(jīng)稀酸水解至極限聚合度 (LOOP)的可 自由流動(dòng)的極細(xì)微的短棒狀或粉末狀多孔狀顆粒。顏色為 白色或近 白色，無 臭、無味，其顆粒大小一般在 2080微米，極限聚合度(LODP) 在 15375：不具纖維性而流動(dòng)性極強(qiáng)。

30、不溶于水、稀酸、有機(jī)溶劑和油脂，在稀堿溶液中部分溶解、潤漲。在羧甲基化、乙酰化、酯化過程中具有較高的反應(yīng)性能。傳統(tǒng)的由甘蔗渣制備微晶纖維素利用無機(jī)酸 (鹽酸，硫酸)作為催化劑，但使用強(qiáng)酸作為催化劑，對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。此外，含酸廢液的排放對周圍環(huán)境造成污染。在環(huán)境 日益惡化 的今天，用強(qiáng)酸作催化劑水解天然纖維素制備微晶纖維素產(chǎn) 品，已不符合時(shí)代發(fā)展的要求。水作為 自然界最常用的綠色介質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。以超 (近)臨界水為介質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的研究引起了人們的極大興趣，開展了許多卓有成效的工作。作者通過閱讀文獻(xiàn)，借鑒了前人的方法，進(jìn)行了以蔗渣纖維素漿粕為原料，在以近臨界水為反應(yīng)媒介并 自

31、催化下，制備蔗渣微晶纖維素的研究。結(jié)果表明，利用近臨界水制備蔗渣微晶纖維素不但可行，而且整個(gè)國內(nèi)利用甘蔗渣制備 過程中清潔，無污染。 甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究5甘蔗渣制備人造地板、復(fù)合材料 甘蔗渣生產(chǎn)人造板是 目前利用甘蔗渣最直接最有效的途徑，其加工的方 向?yàn)橹忻芏壤w維板和刨花板。我國是少林缺樹的國家，人均擁有木材為世界平均水平的16，是世界上第二大木材進(jìn) 口國。利用甘蔗渣生產(chǎn)人造板頂替木材是一個(gè)很好的選擇。我國利用蔗渣生產(chǎn)人造板始于20世紀(jì)8O年代。人造板可分為纖維和碎粒板兩種，用蔗渣制纖維板在我國已有較長的歷史，而以蔗渣為原料制造碎粒板則是近幾年才發(fā)展起來的。蔗渣人造板按其

32、密度可分為3類：低密度板，密度為03gO59gm。：中密度板，密度為059gm2O8gm；高密度板，密度為08gm21Ogm2。中密度纖維板 (簡稱MDF)是當(dāng)今世界人造板發(fā)展的趨勢，這是 由于它的性能很似木材，又勝于木材。它不但可以木材作為原料，而且能以一年生的植物纖維如甘蔗渣、秸稈等作為原料。中密度纖維板容重輕 (400kgma800kgm。)，強(qiáng)度高，握釘力強(qiáng)，板面涂飾性能好，表面光滑，板邊密實(shí)無需封邊，還適合鋸切、拉槽、鉆孔、雕刻及車制成品機(jī)械加工。因此，它是現(xiàn)在人造板中用途最廣的板材，是高中檔家具、建筑、家用 電器、包裝、樂器、縫紉機(jī)臺(tái)板、車船及房屋內(nèi)裝修的最佳用材。 植物纖維熱塑性

33、塑料復(fù)合材料是一種資源循環(huán)型、綠色環(huán)保新材料，它是利用各種植物纖維 (竹、稻殼、草纖維等)和熱塑性塑料高分子材料 (PE、PP、PVC)為主要原料，經(jīng)高溫混煉，再經(jīng)成型加工而制得的一種價(jià)廉性優(yōu)的新型復(fù)合材料。文獻(xiàn)報(bào)道了甘蔗渣作為填充材料且和其他物質(zhì)制備復(fù)合材料。張麗等研究了甘蔗渣對聚丙烯基復(fù)合材料性能的影響。分別將未處理和經(jīng)過表面處理的甘蔗渣填充到聚丙烯中，對其復(fù)合材料進(jìn)行了性能測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)甘蔗渣含量達(dá)40份時(shí)，復(fù)合材料的綜合性能較好。經(jīng)過處理的甘蔗渣 聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能、流動(dòng)性能相對于未經(jīng)處理的甘蔗渣均有不同程度的提高。涂芳等也發(fā)表了甘蔗渣LDPE發(fā)泡木塑復(fù)合材料的研

34、究文章。利用廢舊低密度聚乙烯 (LDPE)樹脂為基體，甘蔗渣為填料， 引進(jìn)發(fā)泡工藝 。制得發(fā)泡木塑復(fù)合材料，提高木塑復(fù)合材料的沖擊性能，降低木塑材料密度。甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究 6利用甘蔗渣制備吸附材料 (1)制備活性炭?；钚蕴渴且环N粉末狀或顆粒狀的黑色固體，是從含碳物質(zhì)中經(jīng)過炭化和活化等工序處理后，所制得的一種具強(qiáng)吸附作用的炭。國外學(xué)者Senthi1Kumaars等和NevineKamalhmin等將甘蔗渣經(jīng)過酸浸 泡活化后，在600700C溫度下炭化，可制得性能較好的活性炭，并利用所制得的活性炭對城市垃圾滲濾液進(jìn)行吸附處 理，發(fā)現(xiàn)對腐殖酸有較好的去除效果。(2)制備重金屬

35、離子吸附劑。廢水重金屬的排放帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，對重金屬污染的治理一直以來受到工業(yè)界與學(xué)術(shù)界的重視，脫除離子的主要方法很多，如沉積、離子 交換、膜過濾、電離、活性炭吸附等，但成本較高。農(nóng)業(yè)廢棄物 (蔗渣，稻草，鋸末等)，通過對它們進(jìn)行改性制備離子吸附劑，可以提高其應(yīng)用價(jià)值，減少污染以及這些殘留物帶來的處理問題。因此利用廉價(jià)的甘蔗渣制備重金屬吸附材 料引起了學(xué)者的興趣，開展了一些研究工作。王踽等采用甘蔗殘?jiān)?、丙烯?(AA)、丙烯酰胺 (AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨 (MAETAC)為原料，通過接枝共聚反應(yīng)制備出蔗渣基重金屬離子吸附劑，通過正交試驗(yàn)得到了合成吸附劑的優(yōu)化工藝條件。甘蔗渣

36、高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究7甘蔗渣制備生物乙醇 隨著改革開放不斷深入發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國國民收入增加，生活水平顯著提高。汽車等交通工具也逐漸進(jìn)走近了百姓家，但隨之而來的是燃油消耗的增加。地球上石油是不可再生資源，總有一天會(huì)消耗盡的，因此，需要開發(fā)可替代產(chǎn)品來應(yīng)對這一天的到來。目前，用木質(zhì)纖維素發(fā) 酵生產(chǎn)燃料酒精的研究已經(jīng)成為全世界研究的熱點(diǎn)課題之一 。甘蔗渣富含豐富的纖維素，半纖維素和木質(zhì)素，可以通過將甘蔗渣預(yù)處理，糖化，發(fā)酵工序制備生物質(zhì)乙醇。最大的甘蔗生產(chǎn)國巴西因石油短缺，20世紀(jì)后期就開始把 目光投 向該國豐富的甘蔗資源，投資396億美元的巨額資金實(shí)施了“生物能源計(jì)劃”。

37、巴西建立糖酒聯(lián)產(chǎn)機(jī)制，開發(fā)蔗汁直接生產(chǎn)燃料乙醇工藝。目前，該國有23的甘蔗用來生產(chǎn)燃料乙 醇，已經(jīng)有燃燒純乙醇的車輛投入使用，擺脫了石油長期受 制于人的局面，被譽(yù)為 “綠色能源之國”。日本3家公司建成一 個(gè)新型的擁有最先進(jìn)設(shè)備的酒精廠。他們將蔗渣粉碎，然后用產(chǎn)生纖維素酶的細(xì)菌處理，將纖維素分解為糖，再用固定化酵母連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)酒精。每天利用720kg甘蔗渣可以生產(chǎn) 200L的酒精。 甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究8甘蔗渣液化制備聚氨酯材料甘蔗渣一個(gè)新的應(yīng)用方法就是對其液化，制備甘蔗渣多元醇，進(jìn)而制備聚氨酯材料 甘蔗渣含有大量的木質(zhì)素、纖 維素等多羥基成分，因此具備制備多元醇的條件。戈進(jìn)

38、杰等通過對甘蔗渣液化反應(yīng)的研究，探索一種甘蔗渣新的利用方法。在以硫酸為催化劑的條件下討論了液化試劑、液固比及反應(yīng)溫度等因素對甘蔗渣液化反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，甘蔗 渣在PEG#400中的液化率可達(dá)到96，而且其中的木質(zhì)素全部被液化，所得液化物為聚醚酯多元醇，羥值為280mgKOHg380ragKOHg，能滿足中強(qiáng)度硬質(zhì)聚氨酯泡沫的要求。龐浩通過對甘蔗渣進(jìn)行熱化學(xué)液化，制得了以甘蔗渣多元醇為原料的硬質(zhì)聚氨酯泡沫。甘蔗渣高值化應(yīng)用研究甘蔗渣高值化應(yīng)用研究9生產(chǎn)畜牧飼料 甘蔗渣一般含水分1020，木質(zhì)素約20，可給反芻動(dòng)物消化的主要部分包括纖維素和殘 留的糖分，作適當(dāng)處理甘蔗渣可提供高達(dá)20的反芻動(dòng)物

39、食糧，但需對甘蔗渣進(jìn)行處理，防霉、切碎和加入部分糖蜜等，甚至甚至進(jìn)行氨化處理，使甘蔗渣中難 以被動(dòng)物消化的纖維素、木質(zhì)素分解，利于動(dòng)物的消化吸收。美國的農(nóng)業(yè)專家發(fā)明一種利用甘蔗渣加工成高蛋 白飼料的技術(shù)。其生產(chǎn)工藝是：把尿素或銨化合物加入甘蔗渣中，在高壓鍋中蒸煮，冷卻以后再進(jìn) 行發(fā)酵、干燥和研磨成粉，就成為一種高粗蛋 白飼料，含有的可消化粗蛋 白質(zhì)高迭20左右，而原蔗渣中只含有10左右。此外，美國還研究開發(fā)出一種以甘蔗渣為主的蝦餌料。 甘蔗渣經(jīng)過粉碎 以后再加兌適量的糖酵母、蛋 白粉、油脂以 礦物質(zhì)和微量元素，制成12衄的微粒狀即可。該餌料最適宜于精細(xì)養(yǎng)蝦，可降低蝦飼料的成本5570。 甘蔗渣

40、資源利用現(xiàn)狀甘蔗渣資源利用現(xiàn)狀1 直接作為生物質(zhì)燃料甘蔗制糖業(yè)需要大量的電能和蒸汽，因此從70年代開始至今，作為燃料保證糖廠的動(dòng)力供給是蔗渣利用的最主要方式之一。甘蔗經(jīng)壓榨后產(chǎn)生大量的蔗渣 ，可以代替燃煤等常規(guī)能源的消耗。以日榨 5000噸糖廠為例，每天可產(chǎn)生48水分的蔗渣約1250噸，榨季平均按120天計(jì)算，則該糖廠每年產(chǎn)生蔗渣約15萬噸。48水分蔗渣低位發(fā)熱量按7955kJkg計(jì)，折合標(biāo)煤407萬噸。若利用蔗渣代替燃煤，該糖廠年可節(jié)約標(biāo)煤4萬噸左右。甘蔗渣資源利用現(xiàn)狀甘蔗渣資源利用現(xiàn)狀2 造紙 我國木材資源貧乏，草類資源雖然豐富，但存在資源過于分散、原料收購半徑大等問題，直接制約了造紙企業(yè)的發(fā)展。蔗渣纖維長度為 1025ram，與闊葉木纖維長度相當(dāng)。蔗渣為甘蔗制糖業(yè)副產(chǎn)物之一，相對比較集中，若就近在糖廠建設(shè)紙廠