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摘 要

本课题采用WBFY---201微波反应器对秸秆降解并对其工艺条件进行优化。通过单因素法分别对影响秸秆降解的五个因素：微波功率、微波的时间、稀硫酸的浓度、固液比、秸秆的目数进行了考察并得出了微波反应器降解秸秆的最佳工艺条件。实验结果表明最佳的工艺条件为：微波功率：130W；反应时间：10min；稀硫酸浓度：20%；固液比：1:10；秸秆的目数：150—200目。在此工艺条件下，秸秆的降解率达到40%；糖的产率达到22%。该工艺与传统的工艺相比较具有操作简单，产物易分离，性价比较高等优点，为秸秆的资源化、绿色化、环保化利用提供了一条有效途径。

关键词：微波反应器 秸秆降解 硫酸

Microwave Reactor in Straw Degradation

ABSTRACT

WBFY---201 Microwave reactor was used for straw degradation, the process conditions were optimized and the best degradation conditions of straw.Through experiments were obtained. We found five factors that would affected straw degradation.They were microwave power,reaction time,the concentration of sulfuric acid,liquid ratio and thickness of straw.Experimental results shown that the optimum process conditions:Microwave power: 130w; reaction time: 10min; sulfuric acid concentration: 20%; solid-liquid ratio: 1:10; straw mesh: 150-200 mesh.In this situation,the degradation rate of straw was 40% and the yield of sugar was 22%.Comparing traditional crafts,the process had simpler operation,separating easily and more cost-effective. This provided an effective way of green environmental protection for the straw utilization.

KEYWORDS: Microwave reactor；Straw degradation；Sulphuric acid

目 录

摘 要 I

ABSTRACT i

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 秸秆的组成与结构分析 1

1.2.1 纤维素的结构 2

1.2.3 木质素的结构 3

1.3 秸秆的综合利用现状 3

1.3.1 秸秆的传统应用 3

1.3.2 秸秆的现代利用 3

1.4 秸秆降解的研究现状 4

1.4.1 蒸汽爆破法 4

1.4.2 生物酶降解法 5

1.4.3 酸碱水解法 5

1.5 微波反应器降解秸秆的研究现状 6

1.5.1 微波反应器降解秸秆的原理 6

1.5.2 微波法在秸秆降解中的应用 6

1.6 本课题的研究目的和意义 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验材料及仪器 8

2.2 实验方法 9

2.2.1 实验内容 9

2.2.2 分析方法 9

第三章 结果与讨论 12

3.1 固液比对秸秆降解的影响 12

3.2 秸秆的目数对秸秆降解的影响 12

3.3 稀硫酸浓度对秸秆降解的影响 13

3.4 微波时间对秸秆降解的影响 14

3.5 微波功率对秸秆降解的影响 15

3.6 验证实验 16

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 18

参考文献 19

致 谢 22

第一章 文献综述

1.1 前言

随着化石能源的日益消耗，全球范围内对绿色环保的可再生能源的开发显得尤为重要。生物质是植物通过光合作用将大气、水、土壤等其他物质转化而成的有机体^[1,2]。在现今的社会中生物质能源在整个能源系统中具有极其重要的地位。并且生物质能源在降低化石燃料需求的同时，在保障能源的供给、减少废气的排放、促进文明农村的建设等方面发挥重要的作用^[3]。

我国是农业大国，秸秆的年产量在7亿t左右^[4]，但很多的秸秆资源却得不到充分的利用，致使大量的秸秆被焚烧；在焚烧的同时给大气带来极大的破坏。为了实现资源的合理利用，同时也因为秸秆具有产量大、总量多、分布广泛等的特点，秸秆资源化利用已经成为农业、工业、环境、材料等领域的研究热点。

由于植物细胞中细胞壁的支撑性与全透性使得其一直制约着木质纤维素的利用与开发^[5]。现今稻草秸秆水解存在着大量的问题：酸的大量消耗以及其对环境产生的巨大污染^[6]；生物酶对稻草秸秆降解的效率较低，周期较长且不能大规模运用于工业生产^[7]等缺点。

1.2 秸秆的组成与结构分析

农作物秸秆在世界范围内具有分布广，数量多的特点。它是由大量的有机物和少量的无机物以及水组成的^[8]。并且由于环境的不同，秸秆种类的不同，农作物秸秆在组成上都会产生一定的差异。但是秸秆的主要成分还是纤维素，半纤维素和木质素，三者的总量占秸秆总质量的70%-85%^[9]。由于自然因素这三种物质形成了一种紧密性的屏障结构使得一般的降解方式对其并没有太好的效果。木质纤维素结构示意图如图1-1：

图1-1 木质纤维素结构示意图

1.2.1 纤维素的结构

纤维素从命名至今已经有一百多年的历史，对于它的结构我们已经有了较为深刻的认识，但随着技术的不断更新与手段的不断变化，近些年仍然有很多的科学家在对它进行研究^[10]。纤维素是由大量的D-吡喃葡萄糖基通过β-1，4糖苷键连接而成的天然高分子化合物^[11]。纤维素的化学式为（C₆H₁₀O₅）_n，其中n是成千上万的数值，这也间接的说明n是纤维二糖的重复单元^[12]。纤维素在一般的情况下不能溶解在水和常见的有机溶剂中，它是世界范围内含量最多，分布最广的一种多糖^[13]。

1.2.2 半纤维素的结构

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