稻秸秆提取纤维农用非织造地膜的研究

【摘要】： 我国有十分丰富的农业废弃物资源,尤其是农作物秸秆,据统计,我国每年有8亿吨农作物秸秆。近年来,我国广大农村在田间焚烧秸秆,不仅浪费了宝贵的资源,而且严重污染了环境,成为社会一大公害。此外,随着石油和煤等资源的紧缺,人们为了寻求更多的可利用资源,植物纤维素这一巨大的可再生资源,已成为世界上许多国家正在积极探索的课题。农用地膜是是一项优良的农业增产技术,地膜可以有效的控制土壤的湿度和温度,减少营养的流失和水分的减少,防止杂草生长,同时由于温度的增加,增加了有机物的分解,提高了土壤的养分。因此开发可降解地膜对农业的可持续发展有着重要的意义。 常用秸秆纤维的提取一般都采用氢氧化钠对秸秆的蒸煮制浆,其方法即高耗能,同时对环境的污染也大。本文采用了两种不同的处理方法来制取稻秸秆纤维,分别又对不同方法提取的稻秸秆纤维制作了农用地膜,通过对纤维性能和地膜性能的比较,选择较优的处理方法。 处理稻秸秆的第一种方法是用氢氧化钠和硫化钠共混对稻秸秆进行蒸煮。本实验之所以在氢氧化钠中加入硫化钠,主要是由于硫化钠在溶液中离解时,溶液中同时存在氢氧根离子、硫氢离子和硫离子。而硫氢离子和硫离子对木质素比氢氧根离子有更强的亲核作用,因此硫化钠对木质素的降解作用要氢氧化钠强。由此得出的实验结论为:处理时间为25min,处理温度为90℃,混合溶液的浓度为10%,混合溶液的比例为70%:30%。得到的实验结果最为理想:提取的稻秸秆纤维平均长13.6mm,宽度38.4um,纤维的纤维素含量为67.83%。 处理秸秆的第二种方法是碱-酶复合法提取稻秸秆纤维。由于本实验所采用的酶为漆酶酶粉,其活性很低,若果直接处理稻秸秆的话,其脱胶的效果很差。所以先用低浓度的碱对稻秸秆进行预处理,此步处理的主要目的是稻秸秆膨胀,分散开来,为下一步的酶处理做准备。通过对碱处理时间、处理温度和碱浓度以及酶的处理时间、处理温度、酶浓度和PH值对纤维的长度、宽度和纤维素含量影响的讨论,综合分析等到的最佳方案为:碱浓度为2%,碱处理时间为10min,碱处理温度为为95℃,酶处理时间为60min,酶处理温度为50℃,酶浓度为1.5%,PH值为5.得到的实验结果最为理想:提取的稻秸秆纤维平均长度为18.6mm,纤维宽度为44.6um,纤维素含量为68.53%。 用上述两种方法提取的纤维分别制作地膜,所采用的工艺为师姐缪宏超先前所得到的最优工艺:粘合剂浓度为8%,废丝量为13.4g/m2,平方米克重为80g/m2。对两种地膜分别做了物理机械性能测试。从测试结果得出:碱-酶复合处理的稻秸秆纤维制作的地膜在断裂强度和回潮率变化比较大,这主要是因为本实验采用了酶处理,由于碱浓度、碱处理时间和处理温度都比较低,对纤维的损伤比较小,并且漆酶只降解木质素而不损伤纤维素纤维,因此改善了单根纤维的强力,因此地膜的断裂强度有所增加。由上述的结果可以看出碱-酶复合法提取稻秸秆纤维的方法较好,并且由于酶是蛋白质物质,其废液对环境无污染,应积极推广使用。 【关键词】：稻秸秆 漆酶 纤维 非织造 地膜
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S38
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1. 文献综述10-20
• 1.1 稻秸秆的主要化学成分及特性10-11
• 1.1.1 纤维素10
• 1.1.2 半纤维素10-11
• 1.1.3 木质素11
• 1.2 稻秸秆纤维的提取方法及机理11-13
• 1.2.1 物理加工方法12
• 1.2.2 化学处理方法12
• 1.2.3 生物处理方法12-13
• 1.3 秸秆纤维和非织造布农用地膜开发与利用的国内现状13-16
• 1.3.1 目前秸秆资源利用的研究方向13-16
• 1.3.2 目前非织造布农用地膜利用现状16
• 1.4 新型可降解地膜的开发16-18
• 1.4.1 光降解塑料地膜17
• 1.4.2 生物降解地膜17
• 1.4.3 光-生物降解地膜17
• 1.4.4 植物纤维地膜17-18
• 1.5 利用废蚕丝和稻草纤维制作地膜的现实意义及可行性18-20
• 1.5.1 稻草纤维18
• 1.5.2 蚕丝纤维18-20
• 2. 引言20
• 2.1 本论文的研究目的和内容20
• 3 实验材料与方法20-27
• 3.1 稻秸秆原料的选取20
• 3.2 碱蒸煮法提取稻秸秆纤维20-21
• 3.2.1 主要仪器及试剂20
• 3.2.2 工艺流程20-21
• 3.3 碱-酶复合法提取稻秸秆纤维21
• 3.3.1 主要仪器及试剂21
• 3.3.2 工艺流程21
• 3.4 稻秸秆碱煮的化学脱胶机理21-23
• 3.5 稻秸秆生物酶脱胶的机理23
• 3.5.1 侧链氧化23
• 3.5.2 去甲基化和去甲氧基化23
• 3.5.3 芳香环的断裂23
• 3.5.4 漆酶催化木质素氧化的机制23
• 3.6 扫描电子显微镜23-24
• 3.7 广角 X 射线衍射24
• 3.8 红外光谱24-25
• 3.9 试验指标及测试方法25-27
• 3.9.1 纤维长度的测量25
• 3.9.2 纤维宽度的测量25
• 3.9.3 纤维素含量的测定25
• 3.9.4 红外光谱25
• 3.9.5 X-射线衍射25
• 3.9.6 扫描电镜25
• 3.9.7 地膜的断裂强力测定25-26
• 3.9.8 地膜的厚度测定26
• 3.9.9 地膜的回潮率的测定26-27
• 4 结果与分析27-50
• 4.1 碱蒸煮法提取稻秸秆纤维的工艺探讨27-35
• 4.1.1 正交实验因素及水平的确定27
• 4.1.2 正交实验结果分析27-29
• 4.1.3 对纤维宽度的分析29-30
• 4.1.4 对纤维长度的分析30-32
• 4.1.5 对纤维素含量的分析32-34
• 4.1.6 最佳工艺方案的确定34
• 4.1.7 验证性实验34-35
• 4.2 碱-酶复合法提取稻秸秆纤维的工艺探讨35-46
• 4.2.1 碱预处理工艺的探讨35-38
• 4.2.1.1 碱浓度对纤维提取的影响35-36
• 4.2.1.2 碱处理时间对纤维提取的影响36
• 4.2.1.3 碱处理温度对纤维提取的影响36-37
• 4.2.1.4 正交试验分析37-38
• 4.2.2 生物酶脱胶工艺探讨38-46
• 4.2.2.1 对纤维长度的分析41-42
• 4.2.2.2 碱处理时间对纤维提取的影响42-44
• 4.2.2.3 对纤维素含量的分析44-45
• 4.2.2.4 最佳工艺确定45-46
• 4.2.2.5 验证性实验46
• 4.3 地膜测试性能测试比较46-47
• 4.4 扫描电镜照片的分析47-48
• 4.5 红外光谱测试结果与分析48-49
• 4.6 X-衍射结果分析49-50
• 5 结论50-52
• 参考文献52-56
• 致谢56-57
• 作者简介57

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