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【糖业知识】甘蔗渣高值化应用研究 9大类实际应用

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甘蔗渣是制糖工业的主要副产品,是甘蔗机械压制后所剩的主要部分,属于农业固体废弃物。研究表明,甘蔗渣中纤维素为32%~48%、半纤维素约为19%~24%、木质素约为23%~32%、其它约为4%。甘蔗渣是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源。多年来,甘蔗渣越来越受到众多学者的关注,对其做了很多的应用研究工作。

  1.甘蔗渣造纸

  甘蔗渣是一种良好的制浆造纸原料,蔗渣目前已成为广西造纸的主要原料之一。甘蔗渣中纤纤素约为32%~48%,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。

  2.利用甘蔗渣生产纸碗

  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。

  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。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途的高分子膜材料,可作为血液透析膜、食品保鲜膜等。

  4.制备微晶纤维素

  微晶纤维素是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度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20~80微米,极限聚合度在15~375;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。

  传统的由甘蔗渣制务微晶纤维素利用无机酸(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。

  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1/6,是世界上第二大木材进口国。利用甘蔗渣生产人造板代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80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0.3g/m2~0.59 g/m2;中密度板,密度为0.59g/m2~0.8 g/m2;高密度板,密度为0.8g/m2~1.0g/m2。中密度纤维板(简称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、秸杆等作为原料。中密度纤维板容重轻,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。

  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。活性炭在一般溶剂中不易溶解,它具有非常发达的细孔结构,因此具有极强的吸附能力,现在已被广泛应用于环境保护、化学工业、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域,是国民经济和国防建设以及人们日常生活必不可少的产品。甘蔗渣作为富含有机质的一种副产物,能够利用其制取活性炭。国外学者将甘蔗渣经过酸浸泡活化后,在600~700℃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。

  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入了百姓家,但随之而来的燃油消耗的增加。地球上石油是不可再生资源,总有一天会消耗尽,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39.6亿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2/3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。

  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。

  9、其它应用

  生产畜牧饲料。甘蔗渣一般含水分10%-20%,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,但必需对甘蔗渣进行处理,防霉、切碎和加入部分糖蜜等,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。

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