稻壳的综合利用及研究进展(共11页)

1、稻壳的综合利用及研究进展蔡碧琼，陈新香，黄明，张福娣（福建农林大学生命科学学院，福建福州350002）摘要：从4 个方面综述了稻壳的利用现状，介绍了国内外开发稻壳的产品及其应用等问题，展示(zhnsh)稻壳充分利用的广阔前景。关键词：稻壳；综合利用；进展中图分类号：TS210.9 文献标志码：A doi：10.3969/jissn.1671- 9646(X).2010.04.016Generalized Utilization and Studied Advance of Rice HullCai Biqiong，Chen Xinxiang，Huang Mingjie，Zhang Fudi（C

2、ollege of Life Science，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China）Abstract：Rice hulls current situation was summarized from four fields. Its stated that rice hulls product and application was exploited at home and abroad. The vast range of prospects for making full uses of

3、 rice hull were introduced.Key words：rice hull；generalized utilization；advance第4 期(总第205 期) 农产品加工(ji gng)学刊No.42010 年4 月Academic Periodical of Farm Products Processing Apr.文章编号(bin ho)：1671- 9646 ( 2010 ) 04- 0055- 05农产品加工学刊2010 年第4 期SiO2 和木糖，并对影响其性能的工艺条件进行了讨论，得出最优工艺条件和纯度可达到98%以上，粒径4060 nm 的SiO2。据了解

4、，矿石加工出的SiO2 多是微米SiO2，而稻壳加工出的则是纳米SiO2，分体积是微米SiO2的1%，因此，它的强度和透明度都较微米SiO2 要强，成本也低很多。目前，这项技术正准备大规模应用于生产。稻壳经细粉碎、酸处理、FeCl26H2O 浸泡、过滤、干燥、高温分解与合成、HF 溶液处理，即可得到纯度为5070的合成SiC6。1.2 制造高级陶瓷与再生容器只要在750 下可把稻壳烧成白色的灰烬，灰烬中含SiO2 达95以上。用这种高纯度的SiO2 就可制造出高级陶瓷。稻壳制环保餐具于20 世纪末起于中国的台湾省，20 世纪90 年代开始研制并有样品问世。广东汕头高新区绿恒实业有限公司1997

5、 年建成了我国第一条生产线，规模较小，以中试生产为主，产品主要销往中国香港和日本韩国等地。该系列产品的生产工艺及成套设备于1998 年通过广东省科技成果鉴定。1998 年2001 年连续4 年被列入国家星火计划重点项目7。日本塑料公司利用塑料成型技术，开发出以天然稻壳为原料的容器。这种用稻壳制作的容器使用后不需要进行复杂的废物处理，可以自然溶入土壤中。其加工方法基本与塑料成型法相同，而且加工成本低于塑料制品。日本已用稻壳试制出育苗箱、花盆等多种产品，加工方法是将磨成粉末的稻壳加热到200 再进行挤压，并经防裂处理。1.3 制备多种化工原料将稻壳于密闭铁容器内进行高温干馏后加入质量分数8%的纯碱

6、，加同量水煮，再用冷水洗至中性，加热烘干、除杂、粉碎、过筛（100 目） 即制成高效澄清活性炭。以稻壳灰为原料，经碱浸后得水璃，水玻璃与酸反应的沉淀物，经过滤、水洗、干燥后得白炭黑。这2 种产品均为大宗化工产品，市场需求很大2， 8。郭玉鹏等人9以稻壳为原料，以KOH 为活化剂制备了高比表面积活性炭，其比表面积超过3 000 m2/g，且孔径均一，孔分布较窄。王万森等人10讨论了以稻壳为原料，经过炭化、微波活化、碱煮等制取活性碳的新工艺，所制得的活性碳达到LY216- 79/783 型的标准，新工艺制得的活性碳具有优良的脱色力及吸附能力。稻壳经过水解可以得到糠醛或木糠，进一步水解可制取酒精或乙

7、酰丙酸，综合利用还可以获得醋酸钠、硅酸钠、活性炭和植物激素等。糠醛可以生产出漂亮耐穿的尼龙，也可以用来生产呋喃树脂，加工成塑料；还能制成药物，如呋喃西林等。醋酸、甲醇、丙酮都是化工生产中的重要原料。叶芳等人11采用稻壳灰与碱液反应制备硅酸钠产品，并通过对该反应的常压和加压工艺条件进行探讨，为稻壳灰与碱液反应制备硅酸钠的生产提供相关技术参数。1.4 电池材料以稻壳为原料，已制成了迄今为止充电容量最高（1 055 mAh/g） 的可逆锂离子电池的碳阳极材料12。郝婕等人13研究了升温速率、热解温度、碱浓度对稻壳制备锂离子电池负极材料的结构和电化学性能的影响。利用差热热重（DTTGA） 分析、元素分

8、析、X 射线衍射（XRD） 等测试手段，对不同条件处理后的炭材料进行表征，通过电化学分析其充、放电性能。结果表明，该材料属于无定形炭材料，首次充电容量为678.0 mAh/g， 首次放电容量为239.0 mAh/g，10 次循环以后容量基本稳定，可逆容量保持在206.1 mAh/g 左右。稻壳经酸洗或碱洗，除去金属杂质，在惰性气体的保护下，加热至500900 ，可得到的黑色残渣，即为含有一定Si 的无定型炭材料。由于稻壳中大量Si 原子的存在（14. 8 %16. 2 %），使得稻壳炭材料的层间距远远地超过理想石墨的层间距（0.335 4 nm）。在500 时，层间距达到0. 37 nm；在9

9、00 时，层间距达0. 41 nm。随着处理过程中NaOH 浓度的提高，稻壳炭中Si 含量明显减小，层间距减小。以从稻壳中提炼的含硅炭材料作负极，金属锂作对正极，LiPF6 作为电解液，测得电池的首次放电容量是2 374 mAh/g， 经过5 次循环后， 可逆容量为1 051 mAh/g14。1.5 生产化妆品日本企业使用稻壳制造出香波、香皂和化妆水等美容用品，受到女性消费者的欢迎。据读卖新闻报道，日本发明了不少利用稻壳的方法：加盐后，用于腌咸菜；烧成灰加水过滤后，用来洗涤物品；利用稻壳生产化妆品。稻壳化妆品具有明显的保湿作用，可清除肌肤上的污垢，对皮肤的刺激小，还有抑制黑色素生成、减少皱纹和

10、雀斑等功效。据研究，稻壳中含有各种维生素、酶及食物纤维，对促进皮肤的新陈代谢有一定效果。稻壳中的另一种有用成分肌醇可预防直肠癌及乳腺癌等，而稻壳中的谷维素对自律神经失调症和更年期障碍也有疗效。稻壳中还有许多未知的成分，它在开发新商品方面还有很大潜力。1.6 作为吸附剂利用稻壳的特性可制备吸附剂：利用稻壳本身的多孔结构特性，再加以化学改性，以增强其吸附能562010 年第4 期力；将稻壳燃烧成灰后，其颗粒结构为整齐排列的蜂窝状，这种蜂窝状结构的骨架主要由SiO2 和少量钠盐、钾盐组成，在骨架中间的蜂窝内充填着无定型碳。该结构具有很强的吸附能力，其吸附效果比单一结构的硅酸盐要强得多。Mostafa

11、 M R.15以稻壳为原料，ZnCl2 为活化剂制得活性炭，再经H2SO4 溶液处理，制得具有较强吸附有害重金属离子（如Hg2+，Pb2+，Cd2+） 能力的改性活性炭。Nakamura 等人16提出了用碱液处理稻壳以除去木质素，再经炭化的产品，可用来净化水，特别是降低BOD，COD 值和除去固体悬浮物的方法。Tanin 等人17研究了通过ZnCl2，H3PO4 和CO2 来活化或炭化稻壳，以制取活性炭来吸取亚甲基蓝，他们发现用质量分数50%的ZnCl2 溶液在750 下，加热1 h 来制取活性炭的吸附效果最好，且吸附过程符合Freundlich 和BET 等式。稻壳灰还可制备大豆油精炼中的脱

12、色剂，最佳工艺条件为：碱液浓度为2 mol/L，活化过程可选择体积分数5%的酸，在温度90 下活化4 h，然后在不大于200 的条件下干燥，最终产品具有良好的脱色效果18。用稻壳灰制成的活性炭，可用于清除海上油污。1 t 稻壳可生产215.74 kg 活性炭，经处理后脱油率达98.84。用1 t 稻壳灰代替商品活性炭，可节约11 400 元。稻壳炭化制成的海绵状材料，具有极好的吸水性能，平均每1 kg 可以贮水6.8 kg，比泥土的吸水量大1 倍多。稻壳还具有良好的吸收光线和空气的性能，非常符合植物根部吸收营养的要求。用这种材料配制成人工土种植黄瓜，其产量比一般栽培法增加1 倍。钱俊青等人19

13、利用稻壳良好的吸附特性制备成吸附剂，用于提高啤酒的稳定性。稻壳粉碎后与稀硫酸混合，经240 密闭干馏，再以高温灼烧活化，可得到对单宁有较强吸附能力的稻壳吸附剂，以此吸附剂去除啤酒中的部分单宁，能提高酒胶体的稳定性。试验表明，每100 mL 啤酒以0.4 g 吸附剂在15 下搅拌吸附30 min，可使酒中单宁量下降16.7 %，从而减缓了引起啤酒浑浊的缔合反应，使酒体稳定性明显提高。该吸附剂与聚乙烯聚吡咯烷酮相比，具有吸附速度快，吸附单宁的能力更强及成本低廉的优点。1.7 作为清洁剂稻壳还可作航天机械辅助动力装置的清洁剂组分，它含硅量高，可作为金属表面脱脂去碳的研磨粉。1.8 作为酶载体Tant

14、rakulsiri20发现将稻壳灰在700 马弗炉中加热2 h，再用质量分数10 %的硫酸滤去其中的金属氧化物，得到酸化稻壳灰。该产品可用来固定假丝酵母圆筒状脂肪酶，固定的脂肪酶活性残留为30%，但其耐热性大大增加，在50，60，70 下的半数残留时间分别为45，17，4 min。1.9 稻壳能源我国稻谷的年产量为1.75108 t，加工成大米后，能产生稻壳3 500104 t。用这些稻壳燃烧发电，能产生270108 kWh 的电力，与用煤炭发电相比，可以少排放约600104 t 的CO2。许多企业打起了用稻壳作燃料的节能牌，引进了12 t/d 稻壳的燃料加工项目，集中处理稻壳1 300 多t

15、，用这些稻壳可以生产出稻壳棒1 000 t。据了解，1.5 t 稻壳棒燃烧产生的热量相当于1 t 煤的燃烧热量，稻壳棒又具有燃烧好、污染小等特点。黑龙江省同江市已经有10 多家中小企业安装了稻壳综合利用设施，仅此一项每年就可节约原煤2 500 多t。1.10 制备乙醇国外相关研究表明，稻壳富含纤维素，经硫酸高压分解，加水酵母发酵即可制得乙醇。刘天霞等人21在试验室内分离、筛选、驯化培养出1 株高效木糖酒精发酵菌株g- 13，采用该菌株使稻壳粉水解液发酵，可以同时将水解液中的葡萄糖和木糖转化为酒精，酒精转化率为38% （酒精/ 消耗的糖），并对稻壳粉的水解条件进行了优化探索。2 稻壳在建筑行业中

16、的应用2.1 稻壳灰的利用美国普度大学的Jan Olek 研究表明，在混凝土中掺入稻壳灰会使水泥变得更加坚固和更具抗腐蚀性。修筑摩天大楼、桥梁、近海或水上建筑时，如果能用稻壳灰替代20%的水泥，制成的混凝土，其优势就会大大体现出来。2.2 绝热耐火砖2稻壳内含有20%左右的优良无定型硅石，是制砖的上等原料。日本将稻壳与水泥、树脂混匀后，再经快速模压制成砖块，具有防火及隔热性能，密度小，不易破碎。巴西一家公司根据稻壳熔点高、热传导率极低的特性，将其放入球磨机内研磨后，用耐火黏土、有机溶剂混合制造成耐火砖用于易燃易爆品仓库很受欢迎。2.3 稻壳水泥2稻壳煅烧成活性高的黑色炭粉后，与石灰反应便可生成

17、黑色的稻壳灰水泥。这种新颖的水泥具有防潮，不结块，使用时再配上防老化性能良好的罩光剂，能赋予建筑物柔和、典雅的光泽。2.4 人造木材稻壳与树脂混合可制成人造木材，它是由稻壳粉末和树脂粉混合物制成的塑型产品，具有节约木材资蔡碧琼，等：稻壳的综合利用及研究进展57农产品加工学刊2010 年第4 期源，工艺简单、成本低廉、终端产品性能稳定无污染，自然木质感强，保温性能好，耐磨、耐水、阻燃、使用寿命长，机械强度高且易于加工，其物理及化学性能均优于一般木材，具有巨大的经济效益和社会效益，广泛应用于建筑、装修、家具等领域，以代替木材使用。用稻壳为主要原料制成的新颖吊顶材料天花板，不仅价廉物美，而且具有防火

18、、防蛀、防霉等优点，适用于造船和建筑业，以及潮湿多雨和白蚁多的地区。2.5 稻壳涂料稻壳内含有约38%的干性纤维素。美国利用此特性将稻壳灰添加到涂料中，可使涂料常见的龟裂现象消失6， 22。3 稻壳在农业中的应用3.1 饲料22目前，国内外学者开始注重用物理或化学方法处理稻壳生产优质饲料的研究，尤其是采用生物技术生产蛋白饲料更受重视。如用碱或氨处理，或改性、膨化处理的稻壳是一种很好的饲料。该饲料与米糠和碎米科学配比喂牛效果很好；国外将稻壳发酵生产饲料，其蛋白质含量可达30 %，相当于脱脂乳9。3.2 种植业22（1） 用于抑制杂草。把稻壳直接铺在土地表面，可防止杂草生长，保持土壤温度，有利植物

19、吸收养分，提高抗菌能力。（2） 用作肥料。将稻壳膨化，掺入1%的尿素和少量石灰水，在露天发酵到颜色变黑，用作肥料，具有良好的保水、保肥性，用于蔬菜种植，可提高产量1 倍以上。（3） 用作食用菌培养料。稻壳膨化后用作食用菌培养基，能使营养充分被菌种吸收，缩短生产周期，可替代木屑栽培香菇。（4） 制作杀虫剂。因稻壳灰分中含有大量SiO2对昆虫胸部的蜡质表层具有腐蚀作用，将其制成杀虫剂，可打乱昆虫的正常新陈代谢，导致其死亡。3.3 生产生物制剂从稻壳中可以提取一些生物抑制剂，如木质素等。Eun Jong B 证实了稻壳中木质素以及其硝基苯氧化单体的抗菌性23；Puzafi K C 利用稻壳等物质为底

20、物，大规模生产一种稻铁甲虫生物控制剂24。4 稻壳在食品和医药中的应用4.1 制食用糖将干净稻壳碾细以后，加水煮、焖，加入含淀粉酶的固体曲或液体曲，搅拌糖化，液体加热浓缩可制糖液。4.2 用作压榨和过滤助剂在美国将经过加热和清洗的稻壳大规模应用于非柑橘类水果（如苹果、梅子、葡萄等） 的压榨助剂，稻壳起疏松和助滤作用，可以提高果汁及干果浆的得率。4.3 提取生物活性物质黄酮类化合物在植物界广泛分布，存在于植物的叶和果实中，大部分与糖合成苷类，以配基的形式存在，少部分以游离形式存在。该类化合物不仅对心血管、消化系统疾病有一定疗效，而且具有抗炎、抗菌、抗病毒、解痉等作用25- 27。笔者选用廉价的水

21、稻壳作为提取黄酮类物质的原料，以乙醇为提取溶剂，通过单因素及正交试验对水稻壳中所含总黄酮的提取工艺进行优选，并利用现代分析手段对提取物进行分析和性质表征28。笔者还考察了5 种大孔吸附树脂对稻壳中总黄酮的分离纯化性能，筛选出最佳的大孔吸附树脂29。于加平等人30以体积分数70的甲醇水溶液为提取剂，采用索氏提取法对稻壳中的绿原酸进行提取，高效液相色谱法对绿原酸进行检测和含量的测定。低聚木糖也称木寡糖, 是一种重要的功能性食品，它除了具有低热、稳定、安全、无毒等良好的理化特性外，还有促进肠道内有益菌的繁殖、抑制有害菌生长的独特生理功能，现已引起广泛关注，但是目前制备低聚木糖的资源相对较少。张春雨等

22、人31以稻壳为原料，采用了首先制备综纤维素，再碱提取木聚糖的方法。李丽坤等人32以稻壳为原材料，通过微生物降解，利用香菇菌来分解半纤维素，并着重从测定糖含量的方面进行判断阿拉伯木聚糖的产生。马军强等人33研究了糠醛生产的新原料稻壳的硫酸水解试验。利用蒸汽加热在反应中分别对硫酸浓度、固液比、反应温度、反应时间4 因素对糠醛得率的影响进行了研究。经过多批次试验，得出生产糠醛的最佳水解工艺参数：硫酸体积分数为10%，水解时间为4 h，温度为170 ，固液比为16。糠醛得率达到理论量的62%，比玉米芯生产糠醛得率提高了12%。5 结论水稻属禾本科植物，是我国南方地区广泛种植的主要粮食作物，我国的水稻产

23、量居世界第一。稻壳作为稻米加工副产物，资源丰富，但目前利用程度很低，大部分作为废物丢弃或作低级燃料。若能从廉价、易得的稻壳中生产超出其本身价值数倍的化工产品，尤其是尖端科学不可缺少的高科技产品，不仅能大大提高稻壳的利用率、降低污染、净化环境，还能创造经济效益、节约资源、造福人类。稻壳应用最具前景的领域为生物质能源，不但可以缓解目前的能源58农产品加工危机，而且污染少、产能高。因此，科学开发与综合利用稻壳，是开辟新资源，保护环境，消除白色污染，促进生态平衡的途径，也是促进发展农业、建筑业和化学工业发展的重要项目。参考文献：徐汉卿. 植物学M . 北京：中国农业出版社，1996：314-318.李

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