1、 循环经济工程技术研究系列之循环经济工程技术研究系列之甘蔗渣的综合利用甘蔗渣的综合利用甘蔗渣的综合利用甘蔗渣的综合利用循环经济是人类应对资源瓶颈制约和环境污染挑战而提出的发展新理念和新 的经济形态，其融合了生态学、清洁生产、产业共生及环境经济学等多学科理论，以资源的高效利用和循环利用为 目标，以“减量化、再利用、资源化”为原则，实现物质闭路循环和能量梯次使用。目前，循环经济在甘蔗制糖产业已得到广泛的应用，如“甘蔗一制糖一滤泥一有机肥一甘蔗”、“甘蔗一制糖一糖蜜一酒精一废液一肥料一甘蔗”、“甘蔗一制糖一酒精一造纸一碱回收一水泥碳酸钙一复合肥 一甘蔗”等物质闭路循环及能量多级利用系统。废物资源化甘
2、蔗渣的组成甘蔗渣的组成干蔗渣主要成分分析：湿蔗渣主要成分分析：项目数值（%）备注全纤维素59以重量计木质素20以重量计多缩戊糖20以重量计灰分1以重量计1%NaOH抽出物35.95以重量计苯和醇抽出物4.23以重量计固定碳固定碳灰分灰分挥发物挥发物水分水分7%1.5%42.5%49%甘蔗渣成分特点甘蔗渣成分特点在适宜的营养(特别是氮素)、温度、湿度、通气量和pH值条件下，通过微生物的繁衍，使秸秆分解，把碳、氮、磷、钾和硫等分解矿化或形成为简单的有机物和腐殖质的过程。秸秆中纤维素、半纤维素占极大的比例，纤维素是葡萄糖的聚合物，由于结构特殊，因此有抵抗各种氧化剂的能力，只能被浓酸水解。微生物和对纤
3、维素的作用，完全取决于微生物的功能和分解条件。纤维素的分解分两个阶段。第一阶段是在微生物分泌的纤维素酶的作用下水解，生成纤维糊精、纤维二糖，在纤维二糖酶的作用下生成葡萄糖。第二阶段是水解产物的发酵过程。第二阶段好气微生物和厌气微生物的发酵产物有所不同。好气纤维分解菌能将纤维素完全分解，只产生CO2、一些粘液物质、色素和大量微生物细胞物质，3040分解的纤维素可以转变成纤维素分解菌的细胞物质；嫌气性纤维分解菌则发酵成各种有机酸(醋酸、丙酸、丁酸、蚁酸、乳酸和琥珀酸等)、醇类、二氧化碳和氢气。木质素是复杂的植物物质，是具有某些侧链的苯环结构，很难分解。一些细菌和高等真菌能把木质素的侧链及芳香环氧化
4、，进而裂解木质素。在堆肥中有相当数量的木质素形成腐殖质，它是植物营养的储存库，也是土壤肥力的基础。半纤维素包括多种化合物，有多缩醣醛和多缩糖醛酸。在微生物的作用下，多糖水解成简单的单糖类(C6H12O6、C5H10O5)，多缩糖醛酸水解成糖醛酸或醣醛酸糖酸和糖的混合物。主要被真菌和细菌所分解。作物的秸秆的主要成份是纤维素、半纤维素和木质素。甘蔗渣中的纤维素甘蔗渣中的纤维素纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖，是植物细胞壁的主要成分。半纤维素(hemicellulose)：是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，这些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。它结合
5、在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。木质素（lignin）是 有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。形成纤维支架，具有强化木质纤维的作用。甘蔗渣中的纤维素甘蔗渣中的纤维素纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。纤维素大分子的基环是D-葡萄糖以-1，4糖苷键组成的大分子多糖，分子量约500002500000，相当于30015000个葡萄糖基脱水葡萄糖，其分子式为：（C6H10O5）n。甘蔗渣中的纤维素甘蔗渣中的纤
6、维素纤维素在常温下，它是比较稳定的，这是因为纤维素分子之间存在氢键。不溶于水和乙醇、乙醚等有机溶剂，能溶于铜氨Cu(NH3）4（OH）2溶液和铜乙二胺NH2CH2CH2NH2Cu（OH）2溶液等。水可使纤维素发生有限溶胀，某些酸、碱和盐的水溶液可渗入纤维结晶区，产生无限溶胀，使纤维素溶解。纤维素加热到约150时不发生显著变化，超过这温度会由于脱水而逐渐焦化。纤维素与较浓的无机酸起水解作用，反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖。纤维素与较浓的苛性碱溶液作用生成碱纤维素，与强氧化剂作用生成氧化纤维素。甘蔗渣中的纤维素甘蔗渣中的纤维素纤维素是地球
7、上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素化学与工业始于160多年前，是高分子化学诞生及发展时期的主要研究对象，纤维素及其衍生物的研究成果为高分子物理及化学学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。纤维素的主要生理作用是吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少，从而可以预防肠癌发生。甘蔗渣中的半纤维素甘蔗渣中的半纤维素半纤维素(hemicellulose)：指在植物细胞壁中与纤维素共生、可溶于碱溶液，遇酸后远较纤维素易于水解的那部分植物多糖。一种植物往往含有几种由两或三种糖基构成的半纤维
8、素，其化学结构各不相同。半纤维素木聚糖在木质组织中占总量的50%，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接，这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。构成半纤维素的糖基主要有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-岩藻糖等。半纤维素主要分为三类，即聚木糖类、聚葡萄甘露糖类和聚半乳糖葡萄甘露糖类。半纤维素与纤维素间无化学键合，相互间有氢键和范德瓦耳斯力存在。半纤维素与木素之间可能以苯甲基醚的形式连接起来，形成木素碳水化合物的复合体。甘蔗渣中的半纤维素甘蔗渣中的半纤维素半纤维素是植物细胞壁构成纤维素小纤维间的间质凝胶的多糖群中除去果胶
9、质以外的物质，是构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，单糖聚合体间分别以共价键、氢键、醚键和酯键连接，他们与伸展蛋白、其他结构蛋白、壁酶、纤维素和果胶等构成具有一定硬度和弹性的细胞壁，因而呈现稳定的化学结构。原来是从总纤维素中以17.5%NaOH以至24%KOH提取出来的多糖成分的总称，而没有相应的特定的化学结构。碱提取液用醋酸中和沉淀的部分是半纤维素A，上清液用乙醇沉淀的部分是半纤维素B。甘蔗渣中的半纤维素甘蔗渣中的半纤维素半纤维素(hemicellulose)：指在植物细胞壁中与纤维素共生、可溶于碱溶液，遇酸后远较纤维素易于水解的那部分植物多糖。一种植物往往含
10、有几种由两或三种糖基构成的半纤维素，其化学结构各不相同。树茎、树枝、树根和树皮的半纤维素含量和组成也不同。因此，半纤维素是一类物质的名称。构成半纤维素的糖基主要有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-岩藻糖等。半纤维素主要分为三类，即聚木糖类、聚葡萄甘露糖类和聚半乳糖葡萄甘露糖类。甘蔗渣中的半纤维素甘蔗渣中的半纤维素从植物纤维中提取半纤维素的方法，其步骤是：将植物纤维、碱、水混合后放入带有搅拌装置和加热系统的反应釜中，将反应釜温度升至3585，同时在300rpm2000rpm的转速条件下，搅拌10s10min，以常规方法过滤或
11、离心，得到的滤液或上清液即为半纤维素的提取液；向半纤维素的提取液中加入其23倍体积量的80%95%的乙醇，使可溶性半纤维素沉淀，常规过滤，收集产物并干燥，得半纤维素。甘蔗渣生产木糖醇甘蔗渣生产木糖醇甘蔗渣用于生产木糖醇目前，素有中国“糖都”之称的崇左市已将“甘蔗一机制糖蔗渣木糖、木糖醇”产业链的建设纳入规划。同时，由中国科学院广西植物研究所自主研发的生物法生产木糖醇技术也于2009年4月在唐传生物科技(厦门)有限公司位于厦门海沧的生产线上试产成功。这又将引起业界人士对广西木糖醇产业的深入探索。若能将这一自主研发的木糖醇生产技术运用于甘蔗渣制浆前预抽提液中糖类物质生产木糖醇，则有可能形成另一种广
12、西甘蔗渣利用的新途径。但是，是将甘蔗渣结合制浆造纸的生物炼制模式，利用其制浆前预抽提液中糖类物质生产木糖醇还是将甘蔗渣直接转化，现有的转化技术是否完全适用于甘蔗渣原料以及生产成本、产业化等问题，都需要展开进一步的探讨研究。甘蔗渣生产木糖醇甘蔗渣生产木糖醇木聚糖是植物细胞中主要的半纤维素成分，占植物细胞干重的35%，是一种丰富的生物质资源，是自然界中除纤维素之外含量最丰富的多糖。然而自然界中很大一部分木聚糖未被有效利用，造成很大的资源浪费。木聚糖的结构是一种多聚五碳糖，由-D-1,4木糖苷键连接起来，并带有多种取代基。木聚糖部分降解可形成低聚木糖，彻底降解则得到多种五碳单糖，其中以木糖为主。甘蔗
13、渣生产木糖醇甘蔗渣生产木糖醇木糖醇是一种具有营养价值的甜味物质，广泛存在于各种水果、蔬菜中，但含量很低。商品木糖醇是用玉米芯、甘蔗渣等农业作物中，经过深加工而制得的，是一种天然健康的甜味剂。木糖醇白色晶体，外表和蔗糖相似，是多元醇中最甜的甜味剂，味凉、甜度相当于蔗糖，热量相当于葡萄糖。是未来的甜味剂，是蔗糖和葡萄糖替代品。因为木糖醇仅仅能被缓慢吸收或部分被利用。热量低是它的一大特点：每克2.4卡路里，比其他的碳水化合物少40%。木糖醇从60年代开始应用与食品中。在一些国家它是很受糖尿病人欢迎的一种甜味剂。木糖 木糖醇甘蔗渣生产木糖醇甘蔗渣生产木糖醇我国木糖醇工业是一个新兴的工业，从小试、中试，
14、到试生产，一步一步地发展起来的，生产技术也刚刚有一个雏形，并不是很成熟，有待发展和完善。目前，我国生产木糖醇有化学法和生物法。化学法生产木糖醇有两种工艺：中和脱酸工艺和离子交换脱酸工艺。中和脱酸工艺原料 水解 中和 浓缩 脱色 离子交换 浓缩 加氢 浓缩 结晶 分离 包装离子交换工艺原料 水解 脱色 离子交换 浓缩 离子交换 加氢 离子交换 浓缩 结晶 分离 包装甘蔗渣生产木糖醇甘蔗渣生产木糖醇化学法生产木糖醇首先要得到木糖，木糖可通过水解富含木聚糖的植物得到，而后将木糖氢化便得到醇，其流程：木聚糖主要来 自木(质)素纤维素材料，如农业废弃物(玉米芯、小麦秸秆等)。虽然天然半纤维素的水解产 物
15、中超过80是木糖，但水解液 中还包含其他多种糖类物质(如葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖等)。甘蔗渣生产木糖醇甘蔗渣生产木糖醇生物转化生产木糖醇利用生物发酵法生产木糖醇的研究大多着重于利用农业废弃物的水解液作为原料进行生产。然而，水解液中除含有单糖外，还含有多种可溶性物质，其中包括木质素、糖降解副产品以及少量的碱提取物。一些化合物能抑制微生物的利用水解得到的糖，特别是和糠醛类物质，会抑制微生物的发酵，所以如何改进水解条件或方法，减少有害物质的含量是生物发酵生产木糖醇必须要解决的问题。目前对于热带假丝酵母生产木糖醇的研究主要集中在如何增加关键酶的活性。此外，木糖醇发酵条件的优化也被广泛探讨(如改
16、变种龄、接种量、发酵pH值、温度、培养基组成、溶解氧等条件。有研究表明，高的接种量和起始木糖含量可以提高 木糖醇的产量以及效率，但同时，高的起始木糖含量会导致酵母生长的抑制，导致发酵周期过长问。由于木糖发酵菌不能利用葡萄糖产出木糖醇，为解决酵母量不足的影响，可以在木糖醇发酵时添加葡萄糖可以起到增加细胞量，保障能源供应，以利用木糖转化为木糖醇。甘蔗渣生产糠醛甘蔗渣生产糠醛糠醛生产技术 按高聚糖水解和形成糠醛的过程可把制取糠醛的方法分为一步法和两步法。一步法是半纤维素水解生产戊糖和戊糖脱水环化生成糠醛两个反应过程在同一个反应器 内一次完成。由于一步法的设备投资少，操作简单，小液比生产时残渣含水量低
17、，可直接用做锅炉燃料产生蒸汽，于是在糠醛工业中得到了广泛的应用。但是，一步法生产工艺生产过程中使用蒸汽气提移出糠醛，蒸汽消耗量大，存在糠醛收率低、废水废气污染严重等问题。随着生物质化学利用的发展，注重了原料综合利用和环境保护，结合两段水解法，又重新提出了两步法糠醛生产工艺，重点是分离原料中的纤维素和半纤维素，然后分别加以利用。两步法是原料中的半纤维素水解生成戊糖和戊糖在较高温度条件下脱水环化生成糠醛在两个不同的反应器中完成。过滤后的残渣再经水解、发酵得到乙醇；利用残渣生产纸浆。甘蔗渣生产糠醛甘蔗渣生产糠醛一步法糠醛生产技术 一步法糠醛生产工艺因其设备投资少，易于操作，在糠醛工业中得到了广泛的应
18、用。经过近几十年发展，糠醛的生产工艺和技术都有了很大的提高，从最初的单锅蒸煮，发展到多锅串联以及连续生产工 艺。根据催化剂种类的不同主要包括盐酸法、硫酸法、改 良硫酸法、醋酸法、无机盐法5类。但是由于这些生产工艺多采用水蒸气气提法移出反应 中生成的糠醛，蒸汽消耗量大，原料利用率低。两步法糠醛生产工艺 两步法糠醛生产工艺较为复杂，设备投资较高，但是糠醛收率能达到70以上，可以显著提高经济效益。随着糠醛工业的发展以及原料综合利用要求的提高，积极发展两步 法糠醛生产技术具有重要的经济和环保意义。甘蔗渣生产糠醛甘蔗渣生产糠醛糠醛一步法生产流程 我国目前生产糠醛多采用中压直接酸水解法。木质纤维原料经破碎
19、后与酸混合，用蒸汽蒸煮，然后以纯碱中和剩余的酸溶液，糠醛蒸汽经冷凝后，再经共沸、蒸馏、冷凝、静置、分层得粗糠醛，最后再用纯碱中和、静置分层、抽真空精制而得糠醛。一步法生产过程中蒸煮过后会产生大量的残渣；糠醛水溶液蒸馏，冷凝过程中还会产生大量的废液，这些残渣和废液如果不加以利用不仅会对环境产生污染，而且降低了原料的利用率。甘蔗渣生产糠醛甘蔗渣生产糠醛糠醛两步法生产流程 为了使植物纤维原料中的半纤维素 和纤维素得到充分利用，结合两段水解法，美国raven生物燃料公司提出，第一段首先使用有机溶剂乙醇脱除半纤维素和木质素形成黑液，黑液经过滤得戊糖溶液和残渣木质素，戊糖溶液用于第二步脱水环化生产糠醛；而
20、第二 段主要是纤维素糖化发酵生产乙醇。甘蔗渣中的木质素甘蔗渣中的木质素木质素是由四种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物。木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连的作用。因单体不同，可将木质素分为3种类型：由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素（syringyl lignin，S-木质素），由愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素（guaiacyl lignin，G-木质素）和由对-羟基苯基丙烷结构单体聚合而成的对-羟基苯基木质素（hydroxy-phenyl lignin，H-木质素）。从植物学观点出发，木质素就是包围于管胞、导管及
21、木纤维等纤维束细胞及厚壁细胞外的物质，并使这些细胞具有特定显色反应（加间苯三酚溶液一滴，待片刻，再加盐酸一滴，即显红色）的物质；从化学观点来看，木质素是由高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的高分子，它与纤维素、半纤维素一起，形成植物骨架的主要成分，在数量上仅次于纤维素。木质素填充于纤维素构架中增强植物体的机械强度，利于输导组织的水分运输和抵抗不良外界环境的侵袭。甘蔗渣中的木质素甘蔗渣中的木质素木质素分为3种类型甘蔗渣中的木质素甘蔗渣中的木质素由于木质素的分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、碳基共扼双键等活性基团，因此可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解甲氧基、梭基、光解、酞化、磺化、烷基化
22、、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应。其中，又以氧化、酞化、磺化、缩聚和接枝共聚等反应性能在研究木质素的应用中显示着尤为重要的作用，同时也是扩大其应用的重要途径。在此过程中，磺化反应又是木质素应用的基础和前提，到目前为止，木质素的应用大都以木质素磺酸盐的形式加以利用。在亚硫酸盐法生产纸浆的工艺中，正是由于亚硫酸盐溶液与木粉中的原本木质素发生了磺化反应，引进了磺酸基，增加了亲水性，而后这种木质素磺酸盐在酸性蒸煮液中进一步发生水解反应，使与木质素结合着的半纤维素发生解聚，从而使木质素磺酸盐溶出，实现了木质素、纤维素与半纤维素的分离，得到了纸浆，同时也使木质素的应用成为了可能。甘蔗渣中的木质素
23、甘蔗渣中的木质素磺化木质素磺化木质素。是亚硫酸盐法造纸木浆的副产品，为线性高分子化合物。木质素磺酸盐可溶于各种pH 值的水溶液中,不溶于有机溶剂,官能团为酚式羟基。通常为黄褐色固体粉末或黏稠浆液。有良好的扩散性，易溶于水。将亚硫酸盐造纸木浆废液经加浓缩后，用石灰、氯化钙、碱式醋酸铅等沉淀剂，经过沉淀、分离、烘干等工艺而制得。主要用途主要用途用于油田钻井泥浆、油井压裂、三次采油提高石油采收率等工艺过程。可用于工业水处理以及制革工业。电镀工业中应用使电镀表面更加光亮。还可作水煤浆分散剂及用作混凝土减水剂、石膏板生产助剂、农药助剂、印染扩散剂、橡胶耐磨剂等。也可用作生产染料、香兰素、鞣剂的原料或中间
24、体，代替50%苯酚与甲醛缩合成塑料制品。甘蔗渣中的木质素甘蔗渣中的木质素木质素磺酸钙用作混凝土减水剂：掺水泥重量的0.2-0.3%，可以减少用水量10-15%以上，改善混凝土和易性，提高工程质量。夏季使用，可抑制坍落度损失，一般都与高效减水剂复配使用。用作选矿浮选剂和冶炼矿粉粘结剂，冶炼业用木质素磺酸钙与矿粉混合，制成矿粉球，干燥后放入窑中，可提高冶炼回收率。耐火材料：制造耐火材料砖瓦时，使用木质素磺酸钙做分散剂和粘合剂，能改善操作性能，并有减水、增强、防止龟裂等良好效果。陶瓷：用于陶瓷制品可以降低碳含量增加生坯强度，减少塑性粘土用量，泥浆流动性好，提高成品率7090%，烧结速度由70分钟减少
25、为40分钟。其它：木质素磺酸钙还可用于精炼助剂，铸造，水煤浆分散剂，农药可湿性粉剂加工，型煤压制，道路、土壤、粉尘的抑制，制革鞣革填料，炭黑造粒，饲料粘合剂等方面。甘蔗渣的综合利用甘蔗渣的综合利用全纤维素：造纸。多缩戊糖：木聚糖的结构是一种多聚五碳糖，由-D-1,4木糖苷键连接起来，并带有多种取代基。木聚糖部分降解可形成低聚木糖，彻底降解则得到五碳单糖：木糖（还原后制木糖醇）、阿拉伯糖等，其中以木糖为主。水解环化制糠醛。木质素：制系列化学品。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究1甘蔗渣造纸蔗渣中纤维素为3248、木质素2332，略低于竹子45、30和木材5359、2231，因此，以往用于组
26、合生产纤维板、造粒版、包装用纸及文化、生活用纸。近年，利用蔗渣纤维素不但可以生产包装纸、瓦楞纸、有光纸、卫生纸外，而且还可以利用蔗渣漂 白化学浆掺配一定数量的长纤维制造各种高档文化与生活用纸，如涂布纸、复印纸、双胶纸、高级卫生纸、餐 巾纸等。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究2利用甘蔗渣生产纸碗 李振远在市场信息杂志报道了如下信息：南大(浙江)环保科技集团有限公司是一家生产环保纸碗的企业，其产品包括方便面碗、冰淇淋杯、牛奶杯和便当盒等。其生产原料是一 种可替代木浆材料的资源甘蔗渣。把甘蔗渣变成原纸)再变成碗之类的产品，这项技术的研发地在我国甘蔗糖主产区广西 甘蔗渣造纸这项技术虽然不是特别
27、新，但经南大公司新研发的技术可使甘蔗渣生产原纸的成本要比全木浆原纸节省30，纸的外观和质感比以前也大有提升。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究3制备具有功能性的蔗渣纤维素衍生物 蔗渣纤维素通过酯化，醚化，接枝共聚或溶解再生，可以得到具有一定用途的蔗渣纤维素功能材料。袁怀波等以甘蔗渣为原料，通过醚化处理，并以N，N一亚 甲基双丙烯酰胺为交联剂，制取醚化交联甘蔗渣纤维。醚化交联甘蔗渣纤维的最高吸水倍率为528gg。崔志敏等甘蔗渣纤维素为原料，用尿素作催化剂，合成了甘蔗渣纤维素磷酸酯。研究了甘蔗渣纤维紊磷酸酯台成的最佳工艺条件和应用。结果表明，产品对Ag、Pb、Fe、Zn 离子的平衡交换吸附量
28、 比活性 炭平均增加715mgg，对XGRRL离子蓝染料的交换吸附性能比活性炭提高了l57。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究再生是纤维素改性的一种重要手段。再生纤维素膜是一种十分有前途的高分子膜材料，可作为血液透析膜、食品保鲜膜等。王彝等以蔗渣纤维素为原料，在1一烯丙基一3一甲基咪唑氯盐(AmimC1)离子液体中，制备出蔗渣纤维素再生膜。通过偏光显微镜观察了蔗渣纤维素的溶解过程，采用红外光谱、扫描电镜、X射线衍射、热重及力学性能等分析测试手段，对蔗渣纤维素及再生膜进行表征，结果表明：未经活化的蔗渣 纤维素可快速、直接溶解在离子液体中，再生前后蔗渣纤维素发生了从纤维素 I到纤维素II的晶
29、型转变，蔗渣纤维素再生膜具有致密的结构，热力学稳定性达U292“C，拉伸强度高达144MPa。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究4制备微晶纤维素(MCc)微晶纤维素(Microcrystallinecellulose，MCC)是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度(LOOP)的可 自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒。颜色为 白色或近 白色，无 臭、无味，其颗粒大小一般在 2080微米，极限聚合度(LODP)在 15375：不具纤维性而流动性极强。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂，在稀碱溶液中部分溶解、润涨。在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。传统的由甘蔗渣制备微晶纤维素利
30、用无机酸(盐酸，硫酸)作为催化剂，但使用强酸作为催化剂，对设备腐蚀严重。此外，含酸废液的排放对周围环境造成污染。在环境 日益恶化 的今天，用强酸作催化剂水解天然纤维素制备微晶纤维素产 品，已不符合时代发展的要求。水作为 自然界最常用的绿色介质在化学反应中已经得到广泛的应用。以超(近)临界水为介质进行化学反应的研究引起了人们的极大兴趣，开展了许多卓有成效的工作。作者通过阅读文献，借鉴了前人的方法，进行了以蔗渣纤维素浆粕为原料，在以近临界水为反应媒介并 自催化下，制备蔗渣微晶纤维素的研究。结果表明，利用近临界水制备蔗渣微晶纤维素不但可行，而且整个国内利用甘蔗渣制备 过程中清洁，无污染。甘蔗渣高值化
31、应用研究甘蔗渣高值化应用研究5甘蔗渣制备人造地板、复合材料 甘蔗渣生产人造板是 目前利用甘蔗渣最直接最有效的途径，其加工的方 向为中密度纤维板和刨花板。我国是少林缺树的国家，人均拥有木材为世界平均水平的16，是世界上第二大木材进 口国。利用甘蔗渣生产人造板顶替木材是一个很好的选择。我国利用蔗渣生产人造板始于20世纪8O年代。人造板可分为纤维和碎粒板两种，用蔗渣制纤维板在我国已有较长的历史，而以蔗渣为原料制造碎粒板则是近几年才发展起来的。蔗渣人造板按其密度可分为3类：低密度板，密度为03gO59gm。：中密度板，密度为059gm2O8gm；高密度板，密度为08gm21Ogm2。中密度纤维板(简称
32、MDF)是当今世界人造板发展的趋势，这是 由于它的性能很似木材，又胜于木材。它不但可以木材作为原料，而且能以一年生的植物纤维如甘蔗渣、秸秆等作为原料。中密度纤维板容重轻(400kgma800kgm。)，强度高，握钉力强，板面涂饰性能好，表面光滑，板边密实无需封边，还适合锯切、拉槽、钻孔、雕刻及车制成品机械加工。因此，它是现在人造板中用途最广的板材，是高中档家具、建筑、家用 电器、包装、乐器、缝纫机台板、车船及房屋内装修的最佳用材。植物纤维热塑性塑料复合材料是一种资源循环型、绿色环保新材料，它是利用各种植物纤维(竹、稻壳、草纤维等)和热塑性塑料高分子材料(PE、PP、PVC)为主要原料，经高温混
33、炼，再经成型加工而制得的一种价廉性优的新型复合材料。文献报道了甘蔗渣作为填充材料且和其他物质制备复合材料。张丽等研究了甘蔗渣对聚丙烯基复合材料性能的影响。分别将未处理和经过表面处理的甘蔗渣填充到聚丙烯中，对其复合材料进行了性能测试。实验结果表明：当甘蔗渣含量达40份时，复合材料的综合性能较好。经过处理的甘蔗渣 聚丙烯复合材料的力学性能、热性能、流动性能相对于未经处理的甘蔗渣均有不同程度的提高。涂芳等也发表了甘蔗渣LDPE发泡木塑复合材料的研究文章。利用废旧低密度聚乙烯(LDPE)树脂为基体，甘蔗渣为填料，引进发泡工艺。制得发泡木塑复合材料，提高木塑复合材料的冲击性能，降低木塑材料密度。甘蔗渣高
34、值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究 6利用甘蔗渣制备吸附材料 (1)制备活性炭。活性炭是一种粉末状或颗粒状的黑色固体，是从含碳物质中经过炭化和活化等工序处理后，所制得的一种具强吸附作用的炭。国外学者Senthi1Kumaars等和NevineKamalhmin等将甘蔗渣经过酸浸 泡活化后，在600700C温度下炭化，可制得性能较好的活性炭，并利用所制得的活性炭对城市垃圾渗滤液进行吸附处 理，发现对腐殖酸有较好的去除效果。(2)制备重金属离子吸附剂。废水重金属的排放带来了严重的环境污染，对重金属污染的治理一直以来受到工业界与学术界的重视，脱除离子的主要方法很多，如沉积、离子 交换、膜过滤、电离、活
35、性炭吸附等，但成本较高。农业废弃物(蔗渣，稻草，锯末等)，通过对它们进行改性制备离子吸附剂，可以提高其应用价值，减少污染以及这些残留物带来的处理问题。因此利用廉价的甘蔗渣制备重金属吸附材 料引起了学者的兴趣，开展了一些研究工作。王踽等采用甘蔗残渣、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(MAETAC)为原料，通过接枝共聚反应制备出蔗渣基重金属离子吸附剂，通过正交试验得到了合成吸附剂的优化工艺条件。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究7甘蔗渣制备生物乙醇 随着改革开放不断深入发展和工业化进程的加快，我国国民收入增加，生活水平显著提高。汽车等交通工具也逐渐进走近了百姓家
36、，但随之而来的是燃油消耗的增加。地球上石油是不可再生资源，总有一天会消耗尽的，因此，需要开发可替代产品来应对这一天的到来。目前，用木质纤维素发 酵生产燃料酒精的研究已经成为全世界研究的热点课题之一。甘蔗渣富含丰富的纤维素，半纤维素和木质素，可以通过将甘蔗渣预处理，糖化，发酵工序制备生物质乙醇。最大的甘蔗生产国巴西因石油短缺，20世纪后期就开始把 目光投 向该国丰富的甘蔗资源，投资396亿美元的巨额资金实施了“生物能源计划”。巴西建立糖酒联产机制，开发蔗汁直接生产燃料乙醇工艺。目前，该国有23的甘蔗用来生产燃料乙 醇，已经有燃烧纯乙醇的车辆投入使用，摆脱了石油长期受 制于人的局面，被誉为“绿色能
37、源之国”。日本3家公司建成一 个新型的拥有最先进设备的酒精厂。他们将蔗渣粉碎，然后用产生纤维素酶的细菌处理，将纤维素分解为糖，再用固定化酵母连续发酵生产酒精。每天利用720kg甘蔗渣可以生产 200L的酒精。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究8甘蔗渣液化制备聚氨酯材料甘蔗渣一个新的应用方法就是对其液化，制备甘蔗渣多元醇，进而制备聚氨酯材料 甘蔗渣含有大量的木质素、纤 维素等多羟基成分，因此具备制备多元醇的条件。戈进杰等通过对甘蔗渣液化反应的研究，探索一种甘蔗渣新的利用方法。在以硫酸为催化剂的条件下讨论了液化试剂、液固比及反应温度等因素对甘蔗渣液化反应的影响。结果表明，甘蔗 渣在PEG#4
38、00中的液化率可达到96，而且其中的木质素全部被液化，所得液化物为聚醚酯多元醇，羟值为280mgKOHg380ragKOHg，能满足中强度硬质聚氨酯泡沫的要求。庞浩通过对甘蔗渣进行热化学液化，制得了以甘蔗渣多元醇为原料的硬质聚氨酯泡沫。甘蔗渣高值化应用研究甘蔗渣高值化应用研究9生产畜牧饲料 甘蔗渣一般含水分1020，木质素约20，可给反刍动物消化的主要部分包括纤维素和残 留的糖分，作适当处理甘蔗渣可提供高达20的反刍动物食粮，但需对甘蔗渣进行处理，防霉、切碎和加入部分糖蜜等，甚至甚至进行氨化处理，使甘蔗渣中难 以被动物消化的纤维素、木质素分解，利于动物的消化吸收。美国的农业专家发明一种利用甘蔗
39、渣加工成高蛋 白饲料的技术。其生产工艺是：把尿素或铵化合物加入甘蔗渣中，在高压锅中蒸煮，冷却以后再进 行发酵、干燥和研磨成粉，就成为一种高粗蛋 白饲料，含有的可消化粗蛋 白质高迭20左右，而原蔗渣中只含有10左右。此外，美国还研究开发出一种以甘蔗渣为主的虾饵料。甘蔗渣经过粉碎 以后再加兑适量的糖酵母、蛋 白粉、油脂以 矿物质和微量元素，制成12衄的微粒状即可。该饵料最适宜于精细养虾，可降低虾饲料的成本5570。甘蔗渣资源利用现状甘蔗渣资源利用现状1 直接作为生物质燃料甘蔗制糖业需要大量的电能和蒸汽，因此从70年代开始至今，作为燃料保证糖厂的动力供给是蔗渣利用的最主要方式之一。甘蔗经压榨后产生大
40、量的蔗渣，可以代替燃煤等常规能源的消耗。以日榨 5000吨糖厂为例，每天可产生48水分的蔗渣约1250吨，榨季平均按120天计算，则该糖厂每年产生蔗渣约15万吨。48水分蔗渣低位发热量按7955kJkg计，折合标煤407万吨。若利用蔗渣代替燃煤，该糖厂年可节约标煤4万吨左右。甘蔗渣资源利用现状甘蔗渣资源利用现状2 造纸 我国木材资源贫乏，草类资源虽然丰富，但存在资源过于分散、原料收购半径大等问题，直接制约了造纸企业的发展。蔗渣纤维长度为 1025ram，与阔叶木纤维长度相当。蔗渣为甘蔗制糖业副产物之一，相对比较集中，若就近在糖厂建设纸厂，则大大降低了原料运输成本，同时解决糖厂蔗渣和纸厂原料问题
41、，双方都能获得最大利益。临沧南华纸业有限公司是云南利用蔗渣造纸的最大企业，髓全部燃烧，剩余蔗渣则可作为优质原料出售给纸厂。该公司年产95万吨蔗渣浆纸，总投资 12亿元，已在临沧市耿 马 自治县四排山乡石佛洞村建成投产。公司利用临沧南华糖业有限公司的蔗渣作为造纸原料，最大程度实现蔗渣资源化利用，同时减少造纸业对林木的消耗，为云南临沧生态环境保护作出积极贡献。甘蔗渣制浆造纸存在的主要 问题 (1)残糖资源的浪费 压榨后新鲜甘蔗渣还残 留2左右的残糖和50左右水分。在制浆前的备料过程，这部分残糖资源会通过发酵作用，生成酒精和其他酸类；同时湿法备料过程还会产生臭气和大量有 机废水，不仅造成蒸煮的耗碱量
42、增加，同时还加大了污染负荷；若能在制浆前通过处理除去甘蔗渣中残留的糖分既可以更好 的充分利用生物质原料，这些糖分的溶出可能对甘蔗渣纤维的 造纸性能也有一定的改进。(2)制浆废液中的半纤维素利用问题 碱法制浆过程，半纤维素被降解和氧化，部分半纤维素糖类与木质素被降解转移进入废液系统，造成资源的极大浪费和环境污染，废液中糖含量过高还会造成碱回收过程黑液粘度增大，影响蒸发效率。若甘蔗渣中部分半纤维被提取出来，可以通过再加工生产高附加值产品，实现资源的合理利用。甘蔗渣作为替代燃料甘蔗渣作为替代燃料甘蔗渣作为替代燃料存在的主要问题甘蔗渣燃烧的结灰结渣甘蔗渣燃烧的高水分问题 一般甘蔗渣都含有大量水分，通常
43、含量为50左右。甘蔗渣的燃烧热主要受其渣中所含水分的影响，较高的水分会影响甘蔗渣在炉膛 内顺利燃烧。同时，对于甘蔗渣与煤炭混合锅炉，其燃烧生成水分易于与煤炭燃烧中产生的硫成分结合对受热面造成低温腐蚀，燃料中的水分越多，烟气的体积越大，排烟温度越低，对受热面的布置影响就越大。甘蔗渣的低发热量问题运输成本、季节性生产与糖厂自用甘蔗渣作为替代燃料甘蔗渣作为替代燃料甘蔗渣锅炉与燃煤锅炉成本比较近两年最大的制糖基地的广西贵港市贵糖集团的甘蔗渣 的价格为300元 吨左右，可以估计在正常产能情况下甘蔗渣的价格在 200元吨至 300 元吨。若以5500大卡动力煤价格750元吨计算，单位价格发热量为30682
44、7千焦耳元，而甘蔗渣若以Qw=7943千焦耳千克和价格250元每吨计算，其单位价格发热量为317720千焦耳元，略高于动力煤的单位价格发热量。因此，对于像广西这样的具有较大制蔗糖工业规模的南方地区，尤其是对于制蔗糖企业本身，在考虑 由于距离产地较近所减少的运输费用，采用甘蔗渣进行发电在原料成本上相较于采用动力煤具有较为明显的优势。甘蔗渣生产沼气甘蔗渣生产沼气厌氧消化技术在处理高浓度的有机废液时具有处理效果好与可回收获得能源和有机肥料的优点。缺点是滞留时间长。沼气发酵作为一种厌氧消化技术，目前虽已是一门较成熟的技术，但其周期长、原料产气率和利用率低仍是制约其发展的瓶颈。甘蔗糖业资源利用模式选择甘蔗糖业资源利用模式选择结束语 综上所述，甘蔗渣的高值化应用研究已经相当丰富，但实现工业化产品还不多，因此，高值化利用以及理论 向实际应用转化并将实现于生产将是今后发展的主要方向。目前，燃料。沼气。
