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浅析农作物秸秆废弃物原料化利用现状及发展,现代农业科技有限公司

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浅析农作物秸秆废弃物原料化利用现状及发展,现代农业科技有限公司

发布日期:2018-10-16 作者: 点击:

浅析农作物秸秆废弃物原料化利用现状及发展,现代农业科技有限公司


秸秆在造纸工业中的应用

传统秸秆制浆受众多因素制约,主要有以下方面:废液处理困难,秸秆的叶、节、鞘和穗所含杂细胞多、硅含量高,蒸煮前若未有效去除而直接进入蒸煮环节,则会造成黑液中溶入部分半纤维素化,导致其粘度上升而固含量降低,从而影响有效提取,资源化利用困难,同时造成环境污染;农作物秸秆浆质量差,如稻草类的化学组成和纤维结构与木材有较大差别;草浆的理论强度高于阔叶木浆,但是存在解离点高的缺点。现代农业科技有限公司

解决传统秸秆制浆问题的关键是尽量减少制浆过程中的纤维损伤,提高纤维质量,科学合理处理制浆黑液,实现清洁生产。山东泉林纸业责任有限公司等企业通过产学研合作,经过10多年深入研究,开发出一整套秸秆清洁制浆技术工艺,使秸秆制浆造纸生产线顺利实现了转型升级。目前,吉林、黑龙江、安徽、湖北等秸秆资源丰富省份已就秸秆清洁制浆及其废液肥料资源化利用新技术与泉林公司实现了技术洽谈及投资建设对接,部分合作项目已获得批复立项,并开工建设。

2012年世界首条秸秆综合利用生产线在我国山东省临沂市沂南县正式投产。该生产线能通过一次投料,联合产出多种产品,如乙醇、复合肥、纸浆等。秸秆年加工量接近20万t,产出燃料乙醇2万t,有机肥10万t,纤维素纸浆10万t,实现总产值6亿元,累计利税8000万元。另据报道,2013年江苏永丰余造纸(扬州)有限公司建立了全球首条采用先进生物技术进行制浆的生产线;宁夏紫荆花纸业有限公司以小麦、玉米、稻草、芦苇、葡萄藤等农作物为原料进行制浆,实现了资源—产品—再生资源的良性循环。据此,以秸秆为原料进行清洁制浆及废液资源化利用,具有综合成本低、经济效益较好的优势,同时还可在一定程度上缓解木浆纸原料紧张的局面,因此,可预测其未来发展前景良好。现代农业科技有限公司

秸秆在发泡缓冲材料中的应用

国内关于植物纤维发泡制品的研究已有20多年历史,早期主要集中在添加化学发泡剂进行化学发泡工艺的优化研究,哈尔滨商业大学高德等在此领域的研究较早。此外,山东大学、天津科技大学、华南理工大学、大连工业学院、福建农林大学、南通工学院、陕西科技大学、江南大学等高校也有较多的成果积累。刘鹏等研究了加工过程、原料配方、加工参数对秸秆纤维缓冲材料性能的影响。王立元以针叶木漂白硫酸盐浆和马铃薯淀粉共混物为主料,以滑石粉为无机增强剂,以聚乙烯醇等常规醇类为增塑及交联剂,共混后模压成型,制得综合强度及环境降解性良好的包装件和片材。张绍应等[8]进行了轻质包装材料的干法纸浆模塑制备技术的研究,研究内容包括废纸原料的粉碎、胶黏剂淀粉糊的制备、粒子的膨化发泡及模塑成型等。其中胶黏剂的制备和基础粒子的膨化发泡是整个工艺研究的关键,原因是此干法工艺大大减少了生产过程中水分的蒸发,与传统湿法模塑工艺相比,大幅度减少了此环节的生产能耗。

景晓辉等以NaHCO3,NH4HCO3为无机发泡剂,以植物秸秆为原料,添加胶粘剂及其它添加剂,采用整体浇注一步法制备出一种环境友好型缓冲包装材料。丁毅等采用秸秆、果皮和淀粉为基料,加入少量助剂,采用先膨化发泡再模压成型制备出绿色环保的缓冲材料。制品性能试验表明,该制品的回弹性能基本满足运输包装要求,其抵抗冲击和振动的能量吸收性也表现不俗。张秀梅等以高梁秸秆为原料,以聚乙烯醇为增塑剂,以可溶性淀粉和水共混为粘结剂,经共混交联发泡制得一种结构疏松的发泡包装材料。黄君等以秸秆为原料,经烘干、粉碎、过筛,并经NaOH预处理后,加入玉米淀粉、甘油、不同胶黏剂(如明胶、羧甲基纤维素及瓜尔胶)、不同填充剂(如淀粉和碳酸钙)和交联剂(十水四硼酸钠)后烘焙发泡,制得复合发泡体。研究结果表明,NaOH浓度、淀粉、胶黏剂和交联剂添加量对发泡体密度的交互影响显著;发泡体为黄褐色,表面光洁,气孔均密。

周谋志以稻草、麦秸、玉米秸秆等为原料,以聚乙烯醇、可溶性淀粉与水混合物为增塑剂和胶黏剂,以甲醛为交联剂,以HCl或HNO3为催化剂,以NaHCO3或NH4HCO3为发泡剂,发明了一种秸秆纤维发泡减震缓冲包装材料,并成功获得专利。该制品制备工艺简单,综合成本低,制品吸能抗震性能佳,具有良好的市场应用前景,更有望替代传统聚合物发泡泡沫缓冲材料。现代农业科技有限公司

秸秆等农业废弃物还可作为发泡混凝土增强材,制备强度、保温隔音效果等综合性能更优的新型轻质建筑材料。孔令鹏等利用正交实验法,在陶粒泡沫混凝土中掺入大量的稻草秸秆纤维,研制出新型环保轻质保温墙体材料,并研究了水泥掺量、水胶比、纤维率和气泡掺量对掺入大量秸秆纤维的泡沫混凝土的干表观密度、抗压强度、吸水率和导热系数的影响,确定了掺入大量秸秆纤维的泡沫混凝土的最佳配合比。何国情等研发出一种凹凸对接的植物纤维增强发泡水泥保温吸隔音屏障板,并获得了专利。

对于农作物秸秆制备发泡材料或作为发泡增强组分的实验研究已非常普遍,主料来源为不同秸秆,种类分布十分广泛,各机构研究重点主要集中在主料的改性、助剂的种类及用量、发泡工艺及参数等方面。此外,热发泡加工过程中纤维的热降解,制品的综合性能,如发泡倍率、表观密度、力学强度、缓冲吸能特性等问题均需进一步解决。

秸秆板(瓦)人造板材的应用

随着建筑行业节能环保需求日益增多和汽车等行业的快速发展,利用秸秆等农林废弃物开发具有绝热、隔音、减震等功能的力学性能优良的人造板材,可实现节能环保工业设计和生产目的。这类应用主要是将农业废弃植物纤维加工成高压板、纤维密度板等轻质人造板材,用于建筑板材、家居装饰、汽车装饰、汽车吸音、减震等场合。农作物秸秆板产业的发展,不但可以缓解我国木材供应不足的现状,同时由于其突出的环境友好特点,一方面可成为国家可再生资料战略的有力推进力量,另一方面对促进农村清洁发展,防止秸秆焚烧污染等有重要的意义。

早在20世纪40年代,上海就利用麦秸制造了软质纤维板,作为吸声材料,但终因原料收集、运输及工艺设备等问题一直未发展起来。国内秸秆人造板一般以稻草等禾生植物纤维为主料,采用锤式粉碎机获得粉碎状或刨花状原料后,采用异氰酸酯(PMDI)等粘合剂,经热压成型而成。目前,采用PMDI作为粘合剂的秸秆板总设计产能约270000m3/a,涉及8家秸秆人造板生产企业。由于实际市场消费习惯、产品质量等问题,实际产能远低于该值。郑凤山指出,对待秸秆板产业投资不可盲目跟风,应客观着重从秸秆板的设备制造、工艺技术如脱模、施胶、铺装、热压等方面发现问题和寻找解决措施。近年来,部分高校和相关企业积极开展综合性能更优良的秸秆制品实验及应用研究。

赵一兵对玉米秸秆采用皮穰分离技术将其去穰取皮后,经工艺设计制得满足国标要求的秸秆板材。史宇亮将玉米秸和豆秸一起整秆粉碎,经风选及筛选后充分共混,采用环保单宁树脂胶,利用刨花板加工工艺,以预设密度、施胶量、热压温度和热压压力为主要因素,得出了豆秸最小用量的最佳配比,优化出最佳工艺参数。文全兴等研发了一种新型结构的复合秸秆人造板,具有轻质、环保、低成本的特点。

该复合增强秸秆板采用了秸秆段和牛皮纸及织物的复合方案:中间层为秸秆段层,主要用于增加板材的厚度,同时承受压力,充分发挥秸秆抗压比抗拉强度好的优点。上下两层内侧为一层牛皮纸,外侧为一层织物层,用以获得好的外观和必要的抗拉强度。牛皮纸层的作用是增加织物层和秸秆层的粘合度,纸和秸秆性质相近,有一定柔性,容易粘合,而织物与秸秆性质相差较大,不容易粘合。华亮等研究了用可再生资源稻草秸秆板替代汽车用吸声泡沫塑料,通过测试发现相同厚度的稻草秸秆板平均吸声系数大于泡沫塑料,当用稻草秸秆板替代XMQ6608客车原发动机隔声罩内的泡沫塑料时,新罩的降噪效果优于原罩。

张洪涛开展了基于秸秆类材料的秸秆瓦应用研究,设计出一种秸秆瓦主瓦的形状和规格,制定了秸秆瓦的生产工艺参数,并制作了秸秆瓦样瓦。样品测试结果显示,秸秆瓦制品的抗弯强度、吸水率、抗冻防裂性能等均类似或者优于传统屋面覆盖材。此外,该制品还具有较明显的成本优势,其价格较常规混凝土瓦、沥青瓦等低10%~50%。此外,南京林业大学在秸秆板领域投入了大量科研精力,由南京林业大学开发、万华生态板业有限公司生产的零甲醛生态秸秆板已经实现产业化推广。随着设备制造、工艺技术的迅猛发展,秸秆板(瓦)产业必将迎来崭新的发展空间。

利用秸秆制备纳米纤维素

秸秆等农林废弃物富含纤维素,纤维素功能材料等高附加值产品的精深加工与低碳制造是目前的研究热点。秸秆纤维素在强酸条件下水解,可获得截面尺寸为5~20nm,长度为10~1000nm,长径比为1∶1~100∶1的纳米纤维素晶体。由于纳米纤维素具有纯度高、结晶性好、弹性模量大、强度高等特点,因而在材料合成上显示出极高的物理强度。

由于纳米纤维素晶具有体质轻、降解容易、生物相容性好及易于再生等优势,因而常被用作纳米增强材料,在高性能复合产品制备上具有非常广阔的前景。薛栋杰等进行了酸解纳米纤维素为增强剂制备植物纤维缓冲包装材料的研究,结果表明纳米纤维素在缓冲材料中主要通过含有的大量羟基增强纤维间的胶粘效果,同时因其具有小分子的结构特点,使其较阳离子淀粉具有更好的分散性和粘结作用,且纳米纤维素能显著改善缓冲材料的性能

秸秆在餐饮具、包装容器具及其他领域应用

目前我国植物纤维包装材料相关专利一共有249项,其中植物纤维餐饮具就有100项。如将稻草、玉米秸杆、甘蔗渣等植物纤维原料与聚丙烯充分混炼,添加光敏剂后通过模制工艺生产快餐盒、净菜盘等,更换模具则可生产超市环保托盘、豆腐盒、冰淇淋杯、果蔬包装盒、鸡蛋托、育秧盘等环保制品,相关技术已较为成熟,并实现了产业化。更有不少纯植物纤维原料餐饮具及包装制品见于中高端消费市场,但价格偏高。国内主要生产企业及消费市场集中分布在珠三角、长三角地区。随着环境问题的日益显著,经济发展及老百姓生活水平的不断提高,以及环保意识的增强,植物纤维餐具市场逐年稳步增长。目前主要问题在于较于发泡塑料类餐饮具,纯植物纤维餐饮具成本较高,如何开发出性能更好、成本更低的环保餐饮具及包装制品是未来该类产品研发的方向。现代农业科技有限公司

此外,秸秆等农业废弃物材料利用还包括编织品利用,如草编成各种用具、地方特色旅游工艺品等,部分区域已经形成产业链,大大促进了当地经济发展,增加了老百姓收入。这些产品均具有绿色环保、可降解性能好、综合利用价值较高等共同特性。


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