稻殼:大米外面的一層殼-中文百科頻道

概述

中國是世界上最大的水稻種植國家，據農業部的統計，2005年中國稻谷産量18059萬噸，稻殼通常占稻谷的20％，照此計算，稻殼3600多萬噸，稻殼資源十分豐富。然而，稻殼表面堅硬，矽含量高，不易被細菌分解，且堆積密度小，廢棄破壞環境，成為米業企業的包袱，稻殼的開發利用意義重大。稻殼的主要組成是纖維素類、木質素類和矽類，品種及産地不同，其組成有所差别，大緻組成為：粗纖維35.5%～45％（縮聚戊糖16%～22％）、木質素21%～26％、灰分11.4%～22％、二氧化矽10%～21％。

根據稻殼的化學組成，可将它的利用分為三大類：利用它的纖維素類物質，采用水解的方法生産如糠醛、木糖、乙酰丙酸等化工産品；利用它的矽資源生産如泡花堿、白炭黑、二氧化矽等含矽化合物；利用它的碳、氫元素，通過熱解（氣化、燃燒等）獲得能源。

把稻殼利用好不僅能降低污染、靜化環境，而且還能創造經濟效益、節約資源、造福人類。稻殼的利用途徑和方法還有許多，如稻殼加工生産活性炭、電池石墨炭材料、稻殼闆材等。

常州市興存化工有限公司CEO王興存說：“稻殼應用最具前景的領域為生物質能源和混凝土活性摻合料。用稻殼發電，技術成熟、經濟效益顯著、環境污染小、消化資源能力大；低溫稻殼灰具有納米特性，對混凝土有顯著的增強改性效果，前景誘人，這種納米材料在其他方面的應用有待研究。攻克焚燒溫控技術難關、實現大規模工業化生産，定将為稻殼的應用開辟出嶄新的道路。

水解

稻殼生産木糖

稻殼中的縮聚戊糖包括半纖維素和果膠多糖，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。

在比較緩和的水解條件下，縮聚戊糖水解生成木糖：結晶木糖粉末呈白色，甜度相當于蔗糖的67％。

木糖催化加氫生成木糖醇：結晶木糖醇粉末為斜光體，呈白色，熔點91～93.5℃，在20℃水中的溶解度為14.4％，甜度與蔗糖相當。木糖醇是不發酵物質，它不像木糖、蔗糖經發酵變成酵母，且不被大部分細菌分解，可以防止齲牙。因此，木糖醇是生産口香糖的最好原料之一。

稻殼生産糠醛

糠醛迄今為止仍無法合成，是隻能用農作物稭稈生産的一種重要有機化工原料。生産糠醛的主要原料是多縮戊糖含量高的玉米芯、甘蔗渣、稻殼等農作物稭稈。稻殼經深度水解獲得糠醛，稻殼在稀酸液中，在加熱加壓條件下，縮聚戊糖先水解成戊糖，戊糖進一步脫水生成糠醛。

由于稻殼中縮聚戊糖半纖維素和果膠多糖組成的多樣性，在較劇烈的水解條件下制備糠醛的同時，副産物也非常複雜，其中比較有經濟價值的主要有醋酸、丙酮、甲醇等。

糠醛是一種重要有機化工原料，經加工可以合成得到一系列化工産品，如經催化加氫制備糠醇。

呂秀陽在他的《稻殼資源化新工藝》一文中提出了稻殼連續近臨界水水解新工藝，優化的連續近臨界水水解工藝條件為：壓力25MPa，溫度320℃，停留時間36s，可将80％的碳源轉化為水溶性物質，多聚糖和單糖的收率在40％以上。近臨界水水解的優點：水解速度快，近臨界水的水解速度是以酸為催化劑的酸水解速度的10～100倍；無污染，無廢水處理；近臨界水不僅可以分解纖維素、半纖維素，同時也能分解木素和SiO2，把稻殼中的矽變成水溶性矽化合物。

如上所述，和傳統的酸催化水解相比，近臨界水在水解速度、稻殼的分解強度或者說水解能力上都要好得多，污染小，通過對水解液的分離處理，可以得到包括矽化合物在内的多種産物，提高了稻殼的綜合利用水平。該工藝的緻命弱點是産生近臨界水需要高溫高壓條件，對設備的要求高，投資大。目前該工藝還隻停留在小型試驗階段，要實現工業化還有待做深入的研究。

稻殼中矽的開發利用

稻殼中約含10%～21％SiO2，且是無定型結構，而自然界中絕大多數SiO2都呈結晶态存在，水稻将土壤中稀少的無定型SiO2富集于稻殼中，它是一種很有價值的資源。

低溫稻殼灰

在600℃以下将稻殼焚燒，所得低溫稻殼灰90％以上是SiO2，并且仍保持無定型SiO2狀态不變，以約50納米級直徑的顆粒為基本粒子，松散粘聚并形成大量納米尺度孔隙。低溫稻殼灰比表面積大，有超高的火山灰活性，對混凝土有超強的增強改性作用，在混凝土中摻入10％低溫稻殼灰，就可提高混凝土抗壓強度10MPa以上[3]，這個結果是非常誘人的。該項技術的關鍵是焚燒溫度的控制，溫度超過600℃，SiO2由無定型狀态變成了結晶狀态，所得的稻殼灰失活，目前還隻能在小容量焚燒爐中制備這種活性納米SiO2低溫稻殼灰材料。

含矽化合物

稻殼灰中90％以上是SiO2，稻殼灰與燒堿反應制泡花堿（水玻璃）。稻殼灰與硫酸铵反應制備白炭黑。碳化矽是一種強共價結合陶瓷，具有高強度、高硬度、高導熱及優良的耐腐蝕性能，稻殼與酸煮沸，除去金屬氧化物，再經幹燥、高溫分解和合成，得到碳化矽。稻殼制高純SiO2，高純SiO2是精細陶瓷、光導纖維和太陽能電池等工業的基礎材料，SiO2也是生産橡膠的輔助劑。

熱解

能源短缺是全球面臨的最大挑戰之一，随着石油、煤炭等礦石能源資源的消耗并最終枯竭，尋找可替代能源成為各國優先發展的戰略。中國人均石油、煤炭資源擁有量不及世界平均水平，石油對外依賴度高，能源短缺日漸明顯。生物質能是指除化石燃料外所有來自于動植物并能再生的物質，生物質能源資源包括農作物稭稈、薪柴、木材加工剩餘物、植物油料、植物纖維和澱粉、人畜糞便等。目前各國，尤其是發達國家都把研發高效、清潔、安全的生物質能源技術列入國家科學技術優先發展目标，投入大量的财力、人力。

稻殼在中國可以說是“取之不盡，用之不竭”，其着火性能較好，且不含硫和重金屬，燃燒時對環境的污染比煤要小得多。稻殼的可燃成分在70％以上，其熱值為12.5～14.6MJ/kg，大約是煤的1/2。因此，稻殼用于能源無疑是稻殼最具前景的應用領域。

燃料棒（塊）

稻殼的堆積密度小，一般為100～140kg/m3，表面堅硬，極大地限制了它的利用。加入粘接劑或助燃劑，通過壓縮成型制成燃料棒（塊），能大大地提高其燃燒效率，降低運輸及貯存成本，方便使用。該技術簡單實用，易于推廣，是解決稻殼利用的一條有效途徑，在中國廣大地區得到應用。

稻殼發電

以稻殼為原料發電在中國雖然起步較晚，但技術進步迅速，目前許多糧食加工企業利用稻殼發電，經濟效益顯著。黑龍江北大荒墾區已建成中國最大、具有國際先進技術水平的稻殼發電機群。2001年建成首座裝機容量1000kw稻殼發電廠，5a來，累計投資6000萬元，共建成9座總裝機容量6000kw的稻殼發電集群，年創經濟效益180多萬元。浙江、安徽、四川等省都建成了稻殼發電廠。

稻殼發電在中國主要采用稻殼煤氣發電技術，此工藝由煤氣發生爐、脫焦和發電機組成，稻殼在煤氣發生爐中氣化轉化為可燃氣體（煤氣），經水洗脫焦油後，進入發電機組轉變成電力。2～3kg稻殼可産生電能1kw·h，成本約0.30元。稻殼發電另一個特點是，和火電及水電相比，投資較小，通常隻有火電或水電的1/3～1/2。

稻殼煤氣發電技術目前存在的問題是：煤氣水洗脫焦油産生的焦油的回收及廢水處理；減少對環境的污染；提高産氣的均衡性；産生的大量炭化稻殼的利用（炭化稻殼目前主要應用于鋼鐵企業的鐵水保溫）。