【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维素生物质资源化，阐述了一种以碱性黑水为介质的冻融预处理纤维素生物质的方法。
技术介绍
1、目前，秸秆资源化利用的主要方式有：肥料化、饲料化、基料化、质能化、原料化。其中，将秸秆作为厌氧发酵底物是其质能化的主要途径之一，这种方式既能实现秸秆资源化处置，又能生产清洁能源：氢气、甲烷等，是极具潜力的秸秆环境友好型处置方式。秸秆主要由木质素、纤维素、半纤维素组成，其中能被微生物直接利用的纤维素和半纤维素被无法直接利用的木质素包裹在内。如需要在厌氧发酵中充分利用秸秆就必须先对秸秆进行预处理，破坏木质纤维素的结构，提高秸秆的水解效率。
2、常见的秸秆预处理的方式主要包括物理预处理、化学预处理、生物预处理、联合预处理等。物理预处理主要是对秸秆进行基础预处理，一般需要和其它方法联用。化学预处理主要是利用有机溶剂或氧化剂等对秸秆的木质素进行预处理，化学预处理效果比较好，但是容易造成二次污染。生物预处理被认为是生态友好型的处理方式，需要的条件也比较温和，但是处理效率较低。联合法是近些年来的研究热点，此方法的预处理效率比较高，但是技术方面不够成熟，还需要进一步研究。低温冻融预处理是一种环境友好型的秸秆预处理方式，主要是通过，溶液渗透到秸秆当中，低温条件下结冰膨胀，既可以增加比表面积，使生物与秸秆充分接触，也可以破坏秸秆的稳定结构，破坏木质素间的氢键，打破纤维素原本的连接结构，可以降低秸秆的抗降解屏障，从而有效的提高降解率，提高还原糖得率。目前，对于秸秆冻融预处理的大部分研究都是以水为介质，虽然水对环境无二次污染，便宜易得
3、有研究发现，在碱性条件下，尿素形成的水合物中的氢氧根离子可与纤维素类生物质上的羧基发生反应，从而破坏纤维素分子之间的氢键，促进其水解。黑水是生活污水中的一种，主要为含粪便、尿液和冲厕水的混合物，有机物浓度高、悬浮固体多。尿素是黑水中的主要成分之一，也是黑水中氮的主要来源。因此，可以利用碱性条件下的黑水与秸秆发生反应，破坏秸秆组织结构，促进其水解。而低温环境可以进一步加速这一水解进程，提高秸秆水解效率，并可以在较低的碱浓度条件下实现秸秆的高效水解。
4、目前，对于秸秆类纤维素冻融预处理的研究大都集中在以水为介质，以碱性黑水为介质尚未见详细报道。以碱性黑水作为介质，对秸秆进行低温冻融预处理，在提升秸秆水解效率的同时，还可实现黑水废弃物的资源化、无害化处置，促进秸秆类纤维素废弃物厌氧发酵的工业化进程。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法。
2、本专利技术的技术方案如下：一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，包括如下步骤：
3、步骤1：将秸秆类纤维素生物质粉碎，过筛，备用；
4、步骤2：将碱溶于黑水溶液中，配置成不同浓度的碱性黑水溶液；
5、步骤3：将秸秆类纤维素生物质与碱性黑水溶液进行混合，置于高速震荡器上，震荡混匀，将混合物进行数次冻融。
6、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤1中，秸秆类纤维素生物质包括但不限于玉米秸秆、水稻秸秆、玉米芯、花生壳等。
7、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤1中，秸秆类纤维素生物质无需烘干，粉碎后过10-40目筛。
8、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤2中，碱为含氢氧根离子的强碱，包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂。
9、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤2中，黑水溶液取自厕所下水道出水，置于粉碎机中，进行粉碎处理，处理时间为30～60s。
10、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤2中，碱性黑水溶液中，碱与黑水溶液的固液比为1～5g:1000ml，
11、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤3中，秸秆类纤维素生物质与碱性黑水溶液的固液比为1g:20ml。
12、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤3中，震荡混匀是以300-500rpm速率震荡5-10min，进行充分混合。
13、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤3中，冻融是先把冷冻后解冻，冷冻温度在-10至-35℃之间，解冻温度应在10至35℃之间，冷冻时间为12h，解冻时间为12h。
14、上述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，步骤3中，冻融周期为1-5次。
15、与秸秆预处理现有技术相比，本专利技术一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，利用低温条件下强碱与黑水中尿素反应产生的水合物与纤维素上的羧基发生反应，破坏纤维素分子间的氢键，转变纤维素晶型，降低其结晶度，破坏其纤维结构，本专利技术具有以下有益效果：
16、(1)本专利技术以碱性黑水为介质对秸秆进行预处理，在对秸秆进行资源化利用的同时也对黑水进行了资源化利用。
17、(2)利用碱性黑水为介质冻融处理秸秆，可以破坏秸秆的纤维结构，在低温下进行预处理，加速水解过程，提高秸秆的还原糖得率，为秸秆得进一步利用奠定基础。
18、(3)利用碱性黑水为介质冻融处理秸秆，可以在较低的碱浓度下，实现秸秆的高效预处理，提升秸秆水解效率。
19、(4)可以避免焚烧等秸秆传统的处置方式带来的雾霾等一系列环境污染问题。
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1.一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤1中，秸秆类纤维素生物质包括但不限于玉米秸秆、水稻秸秆、玉米芯、花生壳等。
3.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤1中，秸秆类纤维素生物质无需烘干，粉碎后过10-40目筛。
4.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤2中，碱为含羟基的强碱，包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂。
5.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤2中，黑水溶液取自厕所下水道出水，置于粉碎机中，进行粉碎处理，处理时间为30～60s。
6.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤2中，碱性黑水溶液中，碱与黑水溶液的固液比为1～5
7.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤3中，秸秆类纤维素生物质与碱性黑水溶液的固液比为1g:20mL。
8.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤3中，震荡混匀是以300-500rpm速率震荡5-10min，进行充分混合。
9.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤3中，冻融是先把冷冻后解冻，冷冻温度在-10至-35℃之间，解冻温度应在10至35℃之间，冷冻时间为12h，解冻时间为12h。
10.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤3中，冻融周期为1-5次。
...【技术特征摘要】
1.一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤1中，秸秆类纤维素生物质包括但不限于玉米秸秆、水稻秸秆、玉米芯、花生壳等。
3.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤1中，秸秆类纤维素生物质无需烘干，粉碎后过10-40目筛。
4.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤2中，碱为含羟基的强碱，包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂。
5.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水作为介质的秸秆类纤维素生物质冻融预处理的方法，其特征在于，步骤2中，黑水溶液取自厕所下水道出水，置于粉碎机中，进行粉碎处理，处理时间为30～60s。
6.根据权利要求1所述的一种以碱性黑水...
【专利技术属性】
技术研发人员：王俭，许颖，齐男，张朝星，魏子曦，赵一诺，李坤鹏，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：
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