稻壳的资源化利用研究进展

(1．厦门市海洋药用天然产物资源重点实验室，厦门医学院，福建厦门361023；2．厦门市产品质量监督检验愿，福建厦门361004；3．海洋生物医药资源福建省高校工程研究中心，厦门医学院，福建厦门361023；4．厦门医学院药学系，福建厦门361023)[摘要]稻壳是稻谷加工过程中最大的副产品，我国稻壳资源丰富，但目前并没有被充分有效地利用，即浪费了资源、又污染了环境。稻壳中含有丰富的SiO2、纤维素、脂肪酸等。资源化利用是稻壳有效利用的发展方向和趋势。本文综述了近年来国内外稻壳资源化利用的研究进展。[关键词]稻壳；资源化；节能减排[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2019)11-0124-02罗红元1*，林伟琦2，罗联忠3，叶廷秀4AReviewonRiceHuskUtilizationTechnologies

LuoHongyuan1,2*,LinWeiqi3,LuoLianzhong1,2,YeTingxiu4

(1.XiamenKeyLaboratoryofMarineMedicinalNaturalProductsResources,XiamenMedicalCollege,Xiamen361023；2.EngineeringCenterforMarineBiomedicalResourceUtilization,XiamenMedicalCollege,Xiamen361023；3.XiamenProductsQualitySupervision&InspectionInstitute,Xiamen361004；4.DepartmentofPharmacy,XiamenMedicalCollege,Xiamen361023,China)Abstract:Thericehulkisthemostby-productsinthericeprocessing.ThericehulkresourcesinChinaareabundant,butnotfullyandeffectivelyutilized.Itisnotonlyawasteofresources,butalsoanenvironmentalpollutant.Themaincomponentsofricehuskaresilica,cellulose,andfattyacid.Theutilizationofrickhuskasarenewableresourcefortheproductionofvariousproductshasbeenameaningfulresearchtopicfordecades.Thispaperreviewsthecurrentresearchprogressofricehuskutilizationtechnologies.Keywords:ricehusk；resourcerecoveryenergy；savingandemissionreduction水稻是全球一半以上人口赖以生存的基本食粮，也是大部分中国人的基本食粮。中国是世界上最大的产稻国(年产2.1亿吨)和消费国，近几年又成为最大的稻米进口国。长期以来，我国稻米加工仅处于一种满足口粮大米需求的初级加工状态，副产品深加工利用极少，而日美等发达国家的粮食产品加工程度都在90%以上。我国每年稻米加工所产生的4000万吨稻壳、1400多万吨米糠等有价值的副产品尚未得到很好的开发利用[1]，通常被直接丢弃或者露天焚烧，造成了严重的环境污染，更重要的是大量的资源被浪费了。因此，科学合理地利用好稻壳、米糠，不仅可以转化为新的、有用的功能材料，增加了可观的经济价值，还有助于降低废弃物处理成本。Tab.1时间2015年1月2015年8月2015年9月2016年12月2017年3月1农产品加工副产品综合利用相关政策

近年来，国务院及农业部均发布了相关的政策，规范及督促农产品加工副产品综合利用行业发展(国家近几年来在农产品加工副产品综合利用方面的主要政策如表1所示)，推动农产品副产物循环利用、加工副产物全值利用和加工废弃物梯次利用，促进农产品加工业持续稳定健康发展。稻壳、米糠作为产量巨大的粮食加工副产品，其综合利用非常重要，2017年，在农业部办公厅发布的《农业部办公厅关于宣传推介全国农产品及加工副产物综合利用典型模式的通知》中推介18项综合利用模式中，就有米糠生产米糠油、油酸以及稻壳发电两种模式。表1近年来国家发布的与农产品加工副产物综合利用的法律法规Lawsandregulationsoncomprehensiveutilizationofby-productsfromagriculturalproductsprocessinginrecentyears发布部门农业部国务院办公厅农业部办公厅国务院办公厅农业部办公厅政策文件名称关于做好2015年农产品加工业重点工作的通知关于加快转变农业发展方式的意见关于开展农产品及加工副产物综合利用试点工作的通知关于进一步促进农产品加工业发展的意见关于宣传推介全国农产品及加工副产物综合利用典型模式的通知主要内容把农产品及加工副产物综合利用作为转变农业发展方式之一为解决农业发展面临农产品价格“天花板”封顶、生产成本“地板”抬升、资源环境“硬约束”加剧等新挑战，迫切需要加快转变农业发展方式，推进农业废弃物资源化利用是措施之一决定在部分县、园区、企业开展农产品及加工副产物综合利用试点工作加强综合利用，推进农业供给侧结构性改革对18项全国农产品及加工副产物综合利用典型，进行宣传推介，供各地学习借鉴和推广本文综述了近年来稻壳、米糠在能源利用、合成气、活性炭、白炭黑、谷糠油等方面资源化利用的研究进展。2农产品加工副产品综合利用技术进展

2.1稻壳发电稻壳属于低热值，易燃、挥发分高的植物燃料，且燃烧产物几乎不含硫和重金属，热值在12.5~14.6MJ/kg之间，约为煤的一半[2]，企业可以使用稻壳替代原煤燃烧为生产提供能源。联合国粮农组织在1971年就认识到，稻壳最实际的用途就是作为燃料提供能量。经长期试验和不断改进，我国稻壳发电技术已经在集成创新和商业化应用方面取得了很大的进展，稻壳发电具有非常好的推广应用前景。湖南岳阳城陵矶粮库于1990年就建成装机容量为1500kW的稻壳发电车间。黑龙江是我国产粮大省，省内几乎每[收稿日期][基金项目][作者简介]个县市都有稻壳发电机组，如鹤岗市已建有4座200~600kW的发电车间，2009年又建成1座3000kW的稻壳发电厂，还有2座6000kW的稻壳发电车间在建。据不完全统计，浙江省稻壳发电企业有20~25家，湖南省有10家左右，湖北省10家左右，安徽省15家左右，江苏省12家左右，江西省有20家左右[3]。其中有些稻壳发电除企业自用外，还有部分返销给国家电网。目前，稻壳发电常用的稻壳气化发电或者稻壳直燃发电，发电因机组容量小、参数低，经济效益不高，显著制约了稻壳等生物质的利用。稻壳可通过与燃煤共燃发电(称燃煤耦合生物质发电)，借助大型燃煤发电机组高效、低污染的技术优势，显著提高发电效率，逐步减少一次能源的消耗量，缓解社会发展对能源需求的压力。Chao等人[4]在实验室台架上研究了煤与稻壳和竹子的混燃行为，主要关注掺混比例、生物质粒径、过量空气系数等对燃烧颗粒物排放的影响，发现生物质中的挥发分对改善混合样品2019-05-09厦门市科技局计划项目(3502Z20163021)；厦门市海洋与渔业局产业技术专项(17GYY008NF04)罗红元(1977-)，男，衡阳人，博士研究生，主要研究方向为环境分析。*为通讯作者。2019年第11期第46卷总第397期广东化工www.gdchem.com·125·的燃烧性能起着关键作用；王智等[5]研究了稻壳与烟煤在循环流化床锅炉上的混合燃烧特性及污染物排放情况，结果表明烟煤混入少量稻壳后燃烧特性得到改善，SO[6]2和NOx的排放量也明显下降；鲁光武研究了包括稻壳在内的3种生物质与1种无烟煤进行混烧的燃烧特性，发现生物质的掺入对无烟煤的燃烧有促进作用，并且当掺混比例增大时混合试样的反应性也增强；杜一帆等[7]以稻壳为研究对象，以10℃/min的升温速率在热重实验台上进行了稻壳分别与1种烟煤和1种褐煤的混燃实验。发现稻壳的掺入可以改善烟煤着火和燃尽等燃烧特性，且改善效果在一定范围内随着稻壳掺混比例的增大而更佳。2.2沼气稻壳发电企业面临的困难是稻壳收集和运输困难，只有大型的稻米加工基地才有可能建设，而农户零散分布的稻壳却很难被利用。户用沼气是解决零散稻壳能源利用的有效模式，国家可再生能源发展“十三五”规划统计：2015年，全国沼气产量达到190亿m3

。稻壳沼气研究也一直在发展，袁海荣等[8]研究了稻壳厌氧消化沼气，采用中温发酵，用1%NaOH和2%NaOH分别对不同负荷的稻壳进行预处理，加快厌氧消化速度，缩短厌氧消化周期，1%NaOH预处理的稻壳产气效果最好；冯晶等[9]以稻壳鸭粪混合物料为原料，利用小型厌氧装置开展了厌氧消化工艺的试验研究，并利用不同的产气速率模型以及累积产气模型对混合物料的厌氧消化过程进行了拟合，发现堆沤处理前后稻壳鸭粪的产气潜力和最大产气速率都高于堆沤处理后；杨益琼等[10]以稻壳类酒糟为原料，在恒温30℃条件下，分别用实验室正常沼气发酵后的混合厌氧活性污泥和秸秆半连续干发酵后的发酵残留物作为接种物进行厌氧消化，发现以秸秆发酵残留物为接种物的TS产气率和VS产气率要高于以混合厌氧活性污泥为接种物的TS产气率和VS2.3产气率。合成气合成气是以一氧化碳和氢气为主要组分，作为基础原料，可以合成氨、甲醇等高附加值的化学品。传统上合成气的生产主要来源于煤的汽化以及石油的催化裂化，然而，由于石化资源供应不足，世界各国纷纷寻找适宜的非石化路线来替代。稻壳气化制备合成气技术可以有效地减少温室气体排放问题，是一种可持续的清洁的能源转化技术。王允圃等[11]以稻壳为研究对象，采用碳化硅、残炭为微波吸收剂，利用微波吸收剂辅助吸波快速热解稻壳，转化率达53%，其中氢气浓度最高，高于38%，合成气(H2+CO)含量大于60%；赵丽霞等[12]以水蒸气为气化介质，在固定床实验台上进行了稻壳/甘油共气化制合成气实验研究，考察了温度和投料比等参数对合成气成分及其热值的影响，发现随温度的升高，氢气产率、气体产率、碳的转化率明显升高，但是温度过高，碳的转化率反而会降低；高正伟等[13]探究了在固定床中不同温度条件下进行稻壳的催化热解，并对与热解气体的成分和分布进行分析，发现Fe2O3对稻壳的热解有着很好的催化作用，热解温度可以降低100℃。2.4活性炭活性炭的生产原料以木材和煤为主，生产成本高[14]。近些年，为了降低活性炭的生产成本，国内外相继探索了利用各种价格低廉、来源广泛的生物废弃物制备活性炭的试验，其中利用稻壳等农产品加工副产品成为研究热门。刘斌[15]等研究了以稻壳为原料，采用复合活化剂制备稻壳活性炭及其对甲基橙的吸附特性，吸附符合Langmuir吸附；李文秀等[16]以稻壳为原料、采用KOH浸渍和高温活化法制备稻壳活性炭，研究其对模拟油中噻吩类硫化物的吸附脱除性能，采用热重(TG)、N(SEM)对样品表征，考察其受热分解状况、孔隙结构、表面形貌2吸附/脱附(BET)、扫描电镜等特性；杨永红等[17]利用稻壳为原料，以KOH为活化剂，考察了不同活化温度对稻壳活性炭物理结构的影响，发现在碱炭比为1∶1、活化温度650℃时制备的活性炭的极微孔孔容比率最高，对CO2的吸附能力最强；吴继辉等[18]考察不同热化学处理方式对稻壳炭的得率、工业分析及比表面积、总孔容积、孔径分布的影响，发现固定床热解气化的稻壳炭得率最高，比表面积最大平均孔径最小，孔径分布以微孔为主，热解炭化的稻壳炭总孔容积最大，平均孔径最大。2.5白炭黑稻壳灰是生物质电厂利用稻壳为燃料燃烧或气化过程所产生的一种工业废渣，其成份为SiO2、C及微量的K、Na、Ca、Al等，是一种非常理想的制备白炭黑的原料，广泛应用于食品、医用器材、涂料、航天材料以及各种建材中[19]。顾珊等[20]以稻壳灰为原料，对传统沉淀法加以改良，提出了高压均质与沉淀法联用技术，在纳米白炭黑微粒形成初期，采用高压均质技术对微粒进行超微细化，获得了高分散的纳米白炭黑，研究了沉淀反应终点pH、盐酸浓度、反应温度、均质压力、表面活性剂等对纳米白炭黑物化性能的影响，得到了制备高纯度、高分散的纳米白炭黑产品的最佳工艺条件；陆冰等[21]以稻壳为原料，通过预处理－煅烧的工艺，选择电炉和微波两种不同的酸处理方式，对稻壳进行热解，得到高纯的SiO2，然后与不同w(NaOH)溶液反应得到硅酸钠溶液，制得了固体硅酸钠和白炭黑，采用FTIR、XRD、SEM、TG-DTA等测试手段，对所得稻壳灰、硅酸钠和白炭黑的结构和微观形貌进行表征，得到提取SiOw(NaOH)=102使用的NaOH最佳含量为2.6谷糠油%。谷子细糠的含油量高达15%~20%，可以用于提取谷糠油。谷糠油是一种健康的植物油脂，所含脂肪酸的比例比一般常见的食用油更加符合人体健康的要求，其中不饱和脂肪酸的含量占70%以上，还含有维生素E、角鲨烯、活性脂肪酶、谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和三种阿魏酸酯抗氧化剂等天然植物营养成分，成为众多植物油中的佼佼者[22]。霍文兰[23]采用超临界萃取法从谷糠中萃取谷糠油，最适宜的萃取工艺条件为萃取压力30MPa，萃取温度45℃，萃取时间70min；赵陈勇等[24]比较了相同提取条件下正己烷与异丙醇提取小米谷糠油的得率，发现异丙醇提取的小米谷糠油得率比正己烷高，当提取温度70℃，提取时间4h，提取4次时，小米谷糠油得率最高，为25.61%；当提取温度60℃，提取时间4h，提取3次时，小米谷糠油中甾醇含量为1.394%，油得率为24.75%；王庆波等[25]采用石油醚常温浸提获取谷糠油，探讨了浸提时间、浸提温度、浸提比例对谷糠油提取率的影响，确定了谷糠油常温浸提的最佳工艺条件为浸提时间4h，溶剂物料比4∶1。3展望

稻壳的综合利用不仅能降低污染、净化环境，而且还能回收资源和能源，创造经济效益，符合国家节能减排、废弃物资源化利用、可持续发展的基本国策。稻壳中生物质能可以替代煤炭用于发电，含的C元素可以为制备活性炭、合成气提供了新的原料来源，含的SiO2可以制备优质的白炭黑用于食品、医疗以及航天材料，如何最大限度控制成本将成为稻壳产业化利用的重要一环。米糠中含量丰富的不饱和脂肪酸为提取谷糠油提供了原料基础，微波、超临界萃取等新技术的应用更丰富了产品提取手段。参考文献

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