稻壳利用现状综述

稻壳利用现状综述

摘要从三个方面综述了稻壳的利用现状，即稻壳的水解、稻壳中硅的开发利用和稻壳的热解，并指出稻壳应用最具前景的领域为生物质能源和混凝土活性掺合料。

关键词稻壳；稻壳灰；水解；热解

我国是世界上最大的水稻种植国家，据农业部的统计，2005年我国稻谷产量18 059万吨，稻壳通常占稻谷的20％，照此计算，稻壳3 600多万吨，稻壳资源十分丰富。然而，稻壳表面坚硬，硅含量高，不易被细菌分解，且堆积密度小，废弃破坏环境，成为米业企业的包袱，稻壳的开发利用意义重大。稻壳的主要组成是纤维素类、木质素类和硅类，品种及产地不同，其组成有所差别，大致组成为：粗纤维35.5%～45％（缩聚戊糖16%～22％）、木质素21%～26％、灰分11.4%～22％、二氧化硅10%～21％[1]。根据稻壳的化学组成，可将它的利用分为三大类：利用它的纤维素类物质，采用水解的方法生产如糠醛、木糖、乙酰丙酸等化工产品；利用它的硅资源生产如泡花碱、白炭黑、二氧化硅等含硅化合物；利用它的碳、氢元素，通过热解（气化、燃烧等）获得能源。本文就稻壳的上述三个利用方向作一个简要阐述。

1稻壳的水解

1.1稻壳生产木糖

稻壳中的缩聚戊糖包括半纤维素和果胶多糖，其中五碳糖有木聚糖、木葡聚糖、阿拉伯聚糖、阿拉伯半乳聚糖等。

在比较缓和的水解条件下，缩聚戊糖水解生成木糖：结晶木糖粉末呈白色，甜度相当于蔗糖的67％。

木糖催化加氢生成木糖醇：结晶木糖醇粉末为斜光体，呈白色，熔点91～ 93.5℃，在20℃水中的溶解度为14.4％，甜度与蔗糖相当。木糖醇是不发酵物质，它不像木糖、蔗糖经发酵变成酵母，且不被大部分细菌分解，可以防止龋牙。因此，木糖醇是生产口香糖的最好原料之一。

1.2稻壳生产糠醛

糠醛迄今为止仍无法合成，是只能用农作物秸秆生产的一种重要有机化工原料。生产糠醛的主要原料是多缩戊糖含量高的玉米芯、甘蔗渣、稻壳等农作物秸秆。

稻壳经深度水解获得糠醛，稻壳在稀酸液中，在加热加压条件下，缩聚戊糖先水解成戊糖，戊糖进一步脱水生成糠醛。

由于稻壳中缩聚戊糖半纤维素和果胶多糖组成的多样性，在较剧烈的水解条件下制备糠醛的同时，副产物也非常复杂，其中比较有经济价值的主要有醋酸、丙酮、甲醇等。

糠醛是一种重要有机化工原料，经加工可以合成得到一系列化工产品，如经催化加氢制备糠醇。

吕秀阳[2]在他的《稻壳资源化新工艺》一文中提出了稻壳连续近临界水水解新工艺，优化的连续近临界水水解工艺条件为：压力25MPa，温度320℃，停留时间36s，可将80％的碳源转化为水溶性物质，多聚糖和单糖的收率在40％以上。近临界水水解的优点：

水解速度快，近临界水的水解速度是以酸为催化剂的酸水解速度的10～100倍；无污染，无废水处理；近临界水不仅可以分解纤维素、半纤维素，同时也能分解木素和SiO2，把稻壳中的硅变成水溶性硅化合物。

如上所述，和传统的酸催化水解相比，近临界水在水解速度、稻壳的分解强度或者说水解能力上都要好得多，污染小，通过对水解液的分离处理，可以得到包括硅化合物在内的多种产物，提高了稻壳的综合利用水平。该工艺的致命弱点是产生近临界水需要高温高压条件，对设备的要求高，投资大。目前该工艺还只停留在小型试验阶段，要实现工业化还有待做深入的研究。

2稻壳中硅的开发利用

稻壳中约含10%～21％ SiO2，且是无定型结构，而自然界中绝大多数SiO2 都呈结晶态存在，水稻将土壤中稀少的无定型SiO2富集于稻壳中，它是一种很有价值的资源。

2.1低温稻壳灰

在600℃以下将稻壳焚烧，所得低温稻壳灰90％以上是SiO2，并且仍保持无定型SiO2状态不变，以约50 纳米级直径的颗粒为基本粒子，松散粘聚并形成大量纳米尺度孔隙。低温稻壳灰比表面积大，有超高的火山灰活性，对混凝土有超强的增强改性作用，在混凝土中掺入10％低温稻壳灰，就可提高混凝土抗压强度10MPa以上[3]，这个结果是非常诱人的。该项技术的关键是焚烧温度的控制，温度超过600℃，SiO2由无定型状态变成了结晶状态，所得的稻壳灰失活，目前还只能在小容量焚烧炉中制备这种活性纳米SiO2低温稻壳灰材料。

2.2含硅化合物

稻壳灰中90％以上是SiO2，稻壳灰与烧碱反应制泡花碱（水玻璃）。稻壳灰与硫酸铵反应制备白炭黑。碳化硅是一种强共价结合陶瓷，具有高强度、高硬度、高导热及优良的耐腐蚀性能，稻壳与酸煮沸，除去金属氧化物，再经干燥、高温分解和合成，得到碳化硅。稻壳制高纯SiO2，高纯SiO2是精细陶瓷、光导纤维和太阳能电池等工业的基础材料，SiO2也是生产橡胶的辅助剂。

3稻壳的热解

能源短缺是全球面临的最大挑战之一，随着石油、煤炭等矿石能源资源的消耗并最终枯竭，寻找可替代能源成为各国优先发展的战略。我国人均石油、煤炭资源拥有量不及世界平均水平，石油对外依赖度高，能源短缺日渐明显。生物质能是指除化石燃料外所有来自于动植物并能再生的物质，生物质能源资源包括农作物秸秆、薪柴、木材加工剩余物、植物油料、植物纤维和淀粉、人畜粪便等。目前各国，尤其是发达国家都把研发高效、清洁、安全的生物质能源技术列入国家科学技术优先发展目标，投入大量的财力、人力。

稻壳在我国可以说是“取之不尽，用之不竭”，其着火性能较好，且不含硫和重金属，燃烧时对环境的污染比煤要小得多。稻壳的可燃成分在70％以上，其热值为12.5 ～14.6 MJ/kg[4]，大约是煤的1/2。因此，稻壳用于能源无疑是稻壳最具前景的应用领域。

3.1燃料棒（块）

稻壳的堆积密度小，一般为100～140kg/m3，表面坚硬，极大地限制了它的利用。加入粘接剂或助燃剂，通过压缩成型制成燃料棒（块），能大大地提高其燃烧效率，降低运

输及贮存成本，方便使用。该技术简单实用，易于推广，是解决稻壳利用的一条有效途径，在我国广大地区得到应用。

3.2稻壳发电

以稻壳为原料发电在我国虽然起步较晚，但技术进步迅速，目前许多粮食加工企业利用稻壳发电，经济效益显著。黑龙江北大荒垦区已建成我国最大、具有国际先进技术水平的稻壳发电机群。2001年建成首座装机容量1 000kw稻壳发电厂，5a来，累计投资6 000万元，共建成9座总装机容量6 000kw的稻壳发电集群，年创经济效益180多万元。浙江、安徽、四川等省都建成了稻壳发电厂。

稻壳发电在我国主要采用稻壳煤气发电技术，此工艺由煤气发生炉、脱焦和发电机组成，稻壳在煤气发生炉中气化转化为可燃气体（煤气），经水洗脱焦油后，进入发电机组转变成电力。2～3kg稻壳可产生电能1kw·h，成本约0.30元。稻壳发电另一个特点是，和火电及水电相比，投资较小，通常只有火电或水电的1/3～1/2。

稻壳煤气发电技术目前存在的问题是：煤气水洗脱焦油产生的焦油的回收及废水处理；减少对环境的污染；提高产气的均衡性；产生的大量炭化稻壳的利用（炭化稻壳目前主要应用于钢铁企业的铁水保温）。

4结语

把稻壳利用好不仅能降低污染、静化环境，而且还能创造经济效益、节约资源、造福人类。稻壳的利用途径和方法还有许多，如稻壳加工生产活性炭、电池石墨炭材料、稻壳板材等。笔者认为，稻壳应用最具前景的领域为生物质能源和混凝土活性掺合料。用稻壳

发电，技术成熟、经济效益显著、环境污染小、消化资源能力大；低温稻壳灰具有纳米特性，对混凝土有显著的增强改性效果，前景诱人，这种纳米材料在其他方面的应用有待研究。攻克焚烧温控技术难关、实现大规模工业化生产，定将为稻壳的应用开辟出崭新的道路。