CN111892826B - 一种糠醛渣块体材料及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种糠醛渣块体材料及制备方法，属于废弃生物质资源开发利用技术领域。本发明以废弃的生物质资源糠醛渣为原料，制备高性能的糠醛渣块体材料，首先将过150目筛的糠醛渣，置于等体积的过氧化氢和酸溶液中渗透搅拌，加热制备改性糠醛渣。将糠醛渣或者改性糠醛渣初材料放在定制的模具中，用热压的方式将其压成糠醛渣块体材料。本发明利用糠醛渣制备高性能的块体材料，在低于200℃的条件下进行，使用的溶剂易于回收，避免了使用浓碱，减少了化学试剂的消耗，同时通过改变糠醛渣中木质素与纤维素的比例，制备的糠醛渣块体材料具备更优的物理性能和力学性能，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于废弃生物质资源开发利用技术领域，具体涉及一种糠醛渣块体材料及制备方法。
背景技术
随着石化能源日益减少、环境问题突出，作为无污染且含量丰富的可再生资源，生物质转化为燃料和高价值化学品都将有很大的研究意义。糠醛渣是玉米芯经生物炼制途径生产糠醛的主要副产物，(1吨糠醛产生12～15吨糠醛渣)大量堆积难以处理，目前已成为主要的环境污染物、明显制约了该行业的大规模发展。糠醛渣块体材料的生产和使用，不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物，具有不龟裂、不变形、耐腐蚀、无污染、无公害等优点，可循环利用，是一种全新的绿色环保产品，也是一种生态洁净的块体材料。同时，该种材料可以广泛应用于建材、农业基础建设等行业。
木质纤维素类生物质广泛存在于自然界，其价格低廉，是清洁型的可再生能源。木质素作为生物质中的重要组分，其特有的苯环结构，使其具有生产芳香类化学品的巨大潜能。目前的研究工作主要是用甲醇、丙酮和乙酸三种不同溶剂提取木质素，通过扫描电镜、二维核磁表征结果显示出三种木质素的形貌以及单元结构间的连接键呈现出显著的差异性。从糠醛渣中通过改变过氧化氢水溶液和酸溶液的比例有效地改变木质素和纤维素的质量比例，对糠醛渣制备块体材料具有重要的现实意义。糠醛渣作为糠醛生产的废弃物，每年产生有数百万吨，而这一资源并未被充分利用。糠醛渣富含结晶纤维素和木质素，木质素可用作粘结剂，纤维素可用作助剂。因此糠醛渣是块体材料的良好原料。而且目前未有采用糠醛渣制备高性能块体材料的相关专利及报道。
发明内容
针对目前废弃生物质资源糠醛渣大量堆积难以处理的问题，本发明提供了一种糠醛渣块体材料及制备方法。
目的在于提供一种物理性能和力学性能稳定且良好的糠醛渣块体材料的制备方法，实现糠醛渣块体材料环保式应用。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种糠醛渣块体材料，所述糠醛渣块体材料包括纤维素、半纤维素和木质素；所述糠醛渣块体材料抗压强度为40～350MPa。
进一步，所述糠醛渣块体材料的密度为0.6～2.3g/cm3，抗弯强度为30～280MPa。本发明得到的糠醛渣块体材料具有不龟裂、不变形、耐腐蚀等优点，具有优异的物理性能和力学性能。
进一步，所述糠醛渣块体材料中纤维素、半纤维素和木质素的质量比为8～9:1:13～15。在该质量比范围内的纤维素、半纤维素和木质素，能够更好地促进压块反应的进行，得到高性能的糠醛渣块体材料。
进一步，所述糠醛渣块体材料的形状为立方体或圆柱体。立方体和圆柱体形状的糠醛渣块体材料具有高的比表面积和高度的闭孔率，增加了糠醛渣块体材料的硬度。
一种糠醛渣块体材料的制备方法，将糠醛渣置于模具中进行热压成型即得糠渣块体材料。本发明的反应步骤简单，操作方便，仅需要将糠醛渣原料置于模具中加压、升温即可。该糠醛渣块体材料的压制过程不需要很高的温度和压力且压制时间容易控制。
进一步，所述将糠醛渣置于模具中进行热压成型的具体方法是：将糠醛渣置于模具中，模具逐渐升温，并逐渐加压，终温恒温恒压压制，即得糠渣块体材料。模具逐渐升温、加压，可以使模具中压制的糠醛渣原料充分发生聚合反应，适宜的升温速率和加压速率以及终温终压下的保压时间使得聚合物的粘度适中，有利于压制成型高性能的糠醛渣块体材料。
再进一步，所述模具逐渐升温，并逐渐加压的具体操作为：模具由室温升温至90～130℃，升温时间为10～30min，加压压力为：30～90MPa；所述终温恒温恒压压制的时间为60～720min。在该升温温度、升温时间、加压压力和保温保压压制时间范围内，模具中的糠醛渣原料更容易发生聚合反应，使得压制得到的糠醛渣块体材料有更好的力学性能。
进一步，所述糠醛渣置于模具之前，需要对其进行改性，所述改性时利用聚合法、氧化法或还原法，调整木质素、纤维素和半纤维素的比例。木质素是糠醛渣块体材料的粘结剂，纤维素是糠醛渣块体材料的助剂，调整三者之间的质量比例，使得木质素与纤维素的质量占比提高，制备得到的糠醛渣块体材料具有更优的力学性能和物理性能。
再进一步，所述改性的具体方法为：将糠醛渣与过氧化氢溶液混合搅拌，或将糠醛渣、过氧化氢和亚硫酸溶液混合搅拌，改性后过滤干燥，得到改性糠醛渣。使用糠醛渣与过氧化氢溶液或者糠醛渣、过氧化氢和亚硫酸溶液混合搅拌，是因为它们可以促进改变木质素、纤维素和半纤维素质量比的变化，且绿色无毒、无污染的优点。
再进一步，所述利用氧化法改性糠醛渣的具体方法为：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比混合搅拌，搅拌时间12～18h，转速为200～300rpm，在温度为30～60℃改性3～6h，得到改性糠醛渣。在该体积比、反应时间和反应温度比例范围内糠醛渣改性效果最佳，可以使反应更加充分。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。制备得到的糠醛渣块体材料力学性能优异，并且糠醛渣块体材料的生产和使用，不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物，具有不龟裂、不变形、耐腐蚀、无污染、无公害等优点，可循环利用，是一种全新的绿色环保产品，也是一种生态洁净的块体材料，因此，该种材料可以广泛应用于建材、农业基础建设等行业。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1、本发明具有制备工艺流程简单、制备周期短、成品率高、重复性稳定性好，可做大尺寸、适合规模生产等特点。
2、本发明提供的制备技术，在保持制备材料绿色、环保无污染的同时，有效提高了块体材料的力学性能。
3、本发明为糠醛渣的利用提供了一种新的方法。由于糠醛生产过程中脱掉了半纤维素和部分无定型纤维素，剩余的结晶纤维素与木质素更适合块体材料的制备，使其物理性能、力学性能明显增强，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明实施例1中糠醛渣块体材料产物；
图2是本发明实施例2中糠醛渣块体材料产物；
图3是本发明实施例3中糠醛渣块体材料产物。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为8:1:13。糠醛渣块体材料抗压强度为40MPa；密度为0.6g/cm3；抗弯强度为30MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
步骤1：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在200rpm转速下混合搅拌12h，在温度为30℃条件下改性6h，得到改性糠醛渣，将其放入烘箱中干燥，获得均匀物料。
步骤2：将步骤1所制得的改性糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至90℃，升温时间为20min，并逐渐加压至38MPa，终温恒温恒压压制60min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。
实施例2
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为9:1:14。糠醛渣块体材料抗压强度为45MPa；密度为0.7g/cm3；抗弯强度为32MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
步骤1：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在250rpm转速下混合搅拌13h，在温度为58℃条件下改性4h，得到改性糠醛渣，将其放入烘箱中干燥，获得均匀物料。
步骤2：将步骤1所制得的改性糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至95℃，升温时间为22min，并逐渐加压至42MPa，终温恒温恒压压制80min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。
实施例3
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为8:1:15。糠醛渣块体材料抗压强度为60MPa；密度为1.2g/cm3；抗弯强度为50MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
步骤1：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在300rpm转速下混合搅拌14h，在温度为50℃条件下改性6h，得到改性糠醛渣，将其放入烘箱中干燥，获得均匀物料。
步骤2：将步骤1所制得的改性糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至100℃，升温时间为25min，并逐渐加压至50MPa，终温恒温恒压压制120min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。
实施例4
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为9:1:13。糠醛渣块体材料抗压强度为100MPa；密度为1.4g/cm3；抗弯强度为110MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
步骤1：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在300rpm转速下混合搅拌16h，在温度为60℃条件下改性5h，得到改性糠醛渣，将其放入烘箱中干燥，获得均匀物料。
步骤2：将步骤1所制得的改性糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至110℃，升温时间为27min，并逐渐加压至75MPa，终温恒温恒压压制360min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。
实施例5
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为9:1:14。糠醛渣块体材料抗压强度为200MPa；密度为2.0g/cm3；抗弯强度为260MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
步骤1：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在280rpm转速下混合搅拌18h，在温度为60℃条件下改性4h，得到改性糠醛渣，将其放入烘箱中干燥，获得均匀物料。
步骤2：将步骤1所制得的改性糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至120℃，升温时间为29min，并逐渐加压至90MPa，终温恒温恒压压制720min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。
实施例6
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为8:1:15。糠醛渣块体材料抗压强度为350MPa；密度为2.3g/cm3；抗弯强度为280MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
步骤1：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在300rpm转速下混合搅拌17h，在温度为50℃条件下改性5h，得到改性糠醛渣，将其放入烘箱中干燥，获得均匀物料。
步骤2：将步骤1所制得的改性糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至120℃，升温时间为29min，并逐渐加压至90MPa，终温恒温恒压压制700min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。
实施例7
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为9:1:15。糠醛渣块体材料抗压强度为330MPa；密度为2.2g/cm3；抗弯强度为265MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
步骤1：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在300rpm转速下混合搅拌14h，在温度为45℃条件下改性5h，得到改性糠醛渣，
步骤2：将步骤1所制得的改性糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至130℃，升温时间为30min，并逐渐加压80MPa，终温恒温恒压压制700min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
一种糠醛渣块体材料的应用，应用于建筑材料、农业基础建设。
实施例8
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为9:1:13。糠醛渣块体材料抗压强度为60MPa；密度为1.2g/cm3；抗弯强度为50MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
将过150目筛的糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至110℃，升温时间为27min，并逐渐加压至50MPa，终温恒温恒压压制300min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
实施例9
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为9:1:13。糠醛渣块体材料抗压强度为150MPa；密度为2.0g/cm3；抗弯强度为120MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
将过150目筛的糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至120℃，升温时间为29min，并逐渐加压至90MPa，终温恒温恒压压制600min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
实施例10
一种糠醛渣块体材料，形状为立方体或圆柱体，具体包括纤维素、半纤维素和木质素，且纤维素、半纤维素和木质素的质量比为9:1:13。糠醛渣块体材料抗压强度为200MPa；密度为1.2g/cm3；抗弯强度为150MPa。
一种糠醛渣块体材料的制备方法：
将过150目筛的糠醛渣置于模具中，模具由室温逐渐升温至130℃，升温时间为30min，并逐渐加压至90MPa，终温恒温恒压压制720min，自然降温至室温脱模，即得糠渣块体材料。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种糠醛渣块体材料的制备方法，其特征在于：将糠醛渣置于模具中进行热压成型即得糠醛渣块体材料，所述糠醛渣块体材料中纤维素、半纤维素和木质素的质量比为8～9:1:13～15；
所述将糠醛渣置于模具中进行热压成型的具体方法是：将糠醛渣置于模具中，模具逐渐升温，并逐渐加压，终温恒温恒压压制，即得糠醛渣块体材料；
所述模具逐渐升温，并逐渐加压的具体操作为：模具由室温升温至90～130℃，升温时间为10～30min，逐渐加压至38～90MPa；所述终温恒温恒压压制的时间为60～720min；
所述糠醛渣置于模具之前，需要对其进行改性，所述改性为：将糠醛渣、冰醋酸溶液和过氧化氢溶液按照1:1:1的体积比在200～300rpm转速下混合搅拌12～18h，在温度为30～60℃改性3～6h，得到改性糠醛渣。
2.一种通过权利要求1所述制备方法制备出的糠醛渣块体材料，其特征在于：所述糠醛渣块体材料抗压强度为40～350MPa；所述糠醛渣块体材料的密度为0.6～2.3g/cm3，抗弯强度为30～280MPa；所述糠醛渣块体材料的形状为立方体或圆柱体。
3.一种权利要求2所述的糠醛渣块体材料的应用，其特征在于：应用于建筑材料、农业基础建设。
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| GR01 | Patent grant | ||
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