CN116289281A - 一种利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法，包括下述步骤：(1)将生物质粉碎、过40～60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整生物质废弃物水分含量至30％～40％；(3)采用梯度辐照改性处理生物质；(4)将辐照处理后的生物质干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的生物质，通过辐照改性降低生物质的木质素和半纤维素70％以上，可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法，属于核科学技术的应用、辐照加工技术领域。
背景技术
生物质产业，是指利用可再生的有机物质，包括农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物，通过工业加工转化，进行生物基产品、生物燃料和生物能源生产的一种新兴产业。一些富含纤维素的生物质，例如甘蔗渣、桑枝等的利用普遍存在规模小、利用率低、生产效率低、技术落后、能耗高和产值低等问题，严重制约了其高值化发展。
甘蔗是食品制糖业的主要原料之一，全球约80％的糖由甘蔗生产。甘蔗资源丰富，据统计，我国南方每年的甘蔗产量约7000万吨，产生的甘蔗渣约2000万吨。甘蔗渣主要由纤维素(42％～45％)、半纤维素(25％～30％)、木质素(20％～25％)以及少量的蛋白质(2.0％)、脂肪(0.7％)、灰分(2％～3％)等组成。甘蔗渣储量大、成本低、易保存、可再生、可降解，因此，拓宽其应用范围、实现其高值化利用有助于提高制糖工业的经济效益和市场竞争力。目前，甘蔗渣利用存在规模小、利用率低、生产效率低、技术落后、能耗高和产值低等问题，严重制约了其高值化发展。甘蔗渣的研究涉及到多个领域，具有极大的开发利用空间，因此，迫切需要开发和利用新体系、新方法、新技术来制备高附加值的材料和能源产品，拓宽甘蔗渣多元化综合利用的新途径。
桑树是多年生的落叶乔木或灌木，我国是世界范围内桑树资源分布的中心。桑科，桑属植物全世界共有30种左右，仅我国就占有了二分之一，占有种类最多。我国桑园面积已超过100万公顷。桑树除叶片可以养蚕外，其桑枝、桑果、桑根都具有较高的综合经济效益。特别是桑枝产量很高，每亩桑园平均可年产1.3～1.5t的桑枝，全国每年可生产1832～2640万t桑枝，但桑枝资源未得到充分利用，造成很大的资源浪费。桑枝储量大、成本低、易保存、可再生、可降解，因此，拓宽其应用范围、实现其高值化利用有助于提高桑园种植的经济效益和市场竞争力。目前，桑枝利用存在规模小、利用率低、生产效率低、技术落后、能耗高和产值低等问题，严重制约了其高值化发展。桑枝的研究涉及到多个领域，具有极大的开发利用空间，因此，迫切需要开发和利用新体系、新方法、新技术来制备高附加值的材料和能源产品，拓宽桑枝多元化综合利用的新途径。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的目的在于提供一种利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法。利用60钴辐照源高能γ-射线或高能电子加速器等辐照源高能射线的辐射化学效应产生大量的·OH、eaq -和·H等极强的活性自由基，使甘蔗渣中半纤维素、木质素的辐射化学分解或发生氧化还原改性反应，纤维素发生辐射解聚改性反应，改性甘蔗渣可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等的原料，为甘蔗渣的高值化利用提供了新的技术途径和方法。利用60钴辐照源高能γ-射线的辐射化学效应产生大量的·OH、eaq -和·H等极强的活性自由基，使桑枝中半纤维素、木质素的辐射化学分解或发生氧化还原改性反应，纤维素发生辐射解聚改性反应，改性桑枝粉可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等的原料，为桑枝的高值化利用提供了新的技术途径和方法。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用梯度辐照改性生物质高其利用价值的技术方法，依次包括以下步骤：
A、将生物质粉碎、过40～60目筛；
B、用0.05％的H2O2溶液调整生物质水分含量至30％～40％；
C、采用梯度辐照改性处理生物质废弃物；
D、将梯度辐照处理后的生物质干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的生物质；
所述生物质为甘蔗渣或桑枝。
优选的是：当所述生物质为甘蔗渣时，所述梯度辐照的过程为：依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理甘蔗渣，降低木质素和半纤维素70％以上。
优选的是：当所述生物质为甘蔗渣时，所述梯度辐照的过程为：采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy剂量率的辐照降解处理，使木质素和半纤维素降低70％以上。
优选的是：当所述生物质为桑枝时，所述梯度辐照的过程为：依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线,剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素70％以上。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本技术发明利用60钴辐照源高能γ-射线或高能电子加速器高能电子束射线的辐射化学效应产生大量的·OH、eaq -和·H等极强的活性自由基，使甘蔗渣中纤维素、半纤维素、木质素发生辐射改性反应。添加0.05％的H2O2在于辐照初始期引发和产生较多的活性自由基，依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的梯度辐照改性处理，有利于甘蔗渣中不同化学结构的半纤维素和木质素的辐射化学分解或发生氧化还原反应，纤维素发生辐射解聚改性反应等。通过辐照改性降低甘蔗渣木质素和半纤维素70％以上，可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
(2)本技术发明利用60钴辐照源高能γ-射线的辐射化学效应产生大量的·OH、eaq -和·H等极强的活性自由基，使桑枝中纤维素、半纤维素、木质素发生辐射改性反应。添加0.05％的H2O2在于辐照初始期引发和产生较多的活性自由基，依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的梯度辐照改性处理，有利于桑枝中不同化学结构的半纤维素和木质素的辐射化学分解或发生氧化还原反应，纤维素发生辐射解聚改性反应等。通过辐照改性降低桑枝木质素和半纤维素70％以上，可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明在60钴等辐照源高能γ-射线或高能电子加速器等辐照源高能射线的作用下，甘蔗渣或桑枝中存在纤维素、半纤维素、木质素等会发生辐射改性反应。当γ-射线或高能电子加速器作用于含水量在30％以上的甘蔗渣或桑枝时，其中的水发生辐解反应如下：
其中·OH是极具氧化活性的自由基，eaq -和·H是极具还原活性的自由基，辐射化学效应主要就是水的辐解产物、生物大分子的反应或抗营养因子的反应。从而导致纤维素、半纤维素、木质素的辐射化学分解或发生氧化还原改性反应(·OH和·H与周围的抗营养因子R相互作用的典型反应式：RH+·OH→R·+H2O；RH+H·→R·+H2)。添加0.05％的H2O2在于辐照初始期引发和产生较多的活性自由基，依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的梯度辐照改性处理，有利于甘蔗渣或桑枝中不同化学结构的半纤维素和木质素的辐射化学分解或发生氧化还原反应，纤维素发生辐射解聚改性反应等。
实施例1：
(1)将甘蔗渣粉碎、过40目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整甘蔗渣水分含量至30％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素72％；(4)将辐照处理后的甘蔗渣干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的甘蔗渣。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例2：
(1)将甘蔗渣粉碎、过60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整甘蔗渣水分含量至40％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素85％以上；(4)将辐照处理后的甘蔗渣干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的甘蔗渣。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例3：
(1)将甘蔗渣粉碎、过50目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整甘蔗渣水分含量至35％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素80％；(4)将辐照处理后的甘蔗渣干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的甘蔗渣。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例4：
(1)将甘蔗渣粉碎、过40目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整甘蔗渣水分含量至30％；(3)采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy剂量率的辐照降解处理，使木质素和半纤维素降低71％；(4)将辐照处理后的甘蔗渣干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的甘蔗渣。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例5：
(1)将甘蔗渣粉碎、过60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整甘蔗渣水分含量至40％；(3)采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy剂量率的辐照降解处理，使木质素和半纤维素降低82％；(4)将辐照处理后的甘蔗渣干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的甘蔗渣。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例6：
(1)将甘蔗渣粉碎、过50目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整甘蔗渣水分含量至35％；(3)采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy剂量率的辐照降解处理，使木质素和半纤维素降低79％；(4)将辐照处理后的甘蔗渣干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的甘蔗渣。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例7：
(1)将桑枝脱皮粉碎、过40目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整桑枝水分含量至30％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素72％；(4)将辐照处理后的桑枝干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的桑枝粉。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例8：
(1)将桑枝脱皮粉碎、过60目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整桑枝水分含量至40％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素85％以上；(4)将辐照处理后的桑枝干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的桑枝粉。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
实施例9：
(1)将桑枝脱皮粉碎、过50目筛；(2)用0.05％的H2O2溶液调整桑枝水分含量至35％；(3)依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素80％；(4)将辐照处理后的桑枝干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的桑枝粉。可用于代粮饲料、材料、能源和制浆造纸等高值化利用的原料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
A、将生物质粉碎、过40～60目筛；
B、用0.05％的H2O2溶液调整生物质水分含量至30％～40％；
C、采用梯度辐照改性处理生物质废弃物；
D、将梯度辐照处理后的生物质干燥至水分含量不超过8％，即可得到辐射改性的生物质；
所述生物质为甘蔗渣或桑枝。
2.如权利要求1所述的利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法，其特征在于：当所述生物质为甘蔗渣时，所述梯度辐照的过程为：依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理甘蔗渣，降低木质素和半纤维素70％以上。
3.如权利要求1所述的利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法，其特征在于：当所述生物质为甘蔗渣时，所述梯度辐照的过程为：采用10MeV/20kW高能电子加速器依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy剂量率的辐照降解处理，使木质素和半纤维素降低70％以上。
4.如权利要求1所述的利用梯度辐照改性生物质提高其利用价值的技术方法，其特征在于：当所述生物质为桑枝时，所述梯度辐照的过程为：依次分别进行10KGy、15KGy、20KGy的60钴γ射线，剂量率约0.56Gy/s的梯度辐照改性处理，降低木质素和半纤维素70％以上。
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