[發明專利]一種強化纖維素類廢棄生物質水熱腐殖化的方法

在審

• 申請號: 202210848504.3
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115196998A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 陳紅;于鑫;于露瀅;王秀蘭;王凱;葉沁輝;曾可佳;鄭凱遠;薛罡;錢雅潔;李響
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C05F11/02
• 分類號: C05F11/02;C05G5/10;C05G5/20;C08H7/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 劉一霖

本發明公開了一種強化纖維素類廢棄生物質水熱腐殖化的方法，該方法包括：（1）將纖維素類廢棄生物質進行破碎，采用酸預處理后，經過濾洗滌，回收濾液及洗滌液；（2）將預處理后的纖維素類廢棄生物質轉移至水熱反應釜中，加入催化劑進行密閉水熱反應；（3）將水熱反應后的產物進行固液分離，分別對固體產物及液體產物進行腐殖質回收。本發明基于纖維素類廢棄生物質水熱特點，首先采用酸預處理，然后在水熱過程中添加催化劑，在相對較低的成本下，提高腐殖質產率，工藝簡單、反應迅速，為纖維素類廢棄生物質提供一種可行的資源化利用方法。

技術領域

本發明涉及廢棄生物質資源化領域，具體涉及到一種強化纖維素類廢棄生物質水熱腐殖化的方法。

背景技術

我國作為農業大國，農業廢棄生物質產量大，主要包括纖維素含量較高的稻草、秸稈等。傳統的處理方式包括焚燒、填埋等，易造成二次污染，增加環境壓力，且資源浪費嚴重。據報道，纖維素是自然條件下腐殖質形成的重要物質。腐殖質作為土壤有機質的主要部分，含有植物生長所需要的元素，可以改善退化土壤的質量，增加土壤肥力。但自然條件下腐殖質的形成過程復雜，且纖維素不易降解，導致腐殖質形成過程緩慢。因此對纖維素廢棄生物質的高效降解及資源利用是亟待解決的問題。

通過水熱反應模擬并強化腐殖質自然形成條件及過程用于人工合成腐殖質，近年來受到研究者的關注。水熱腐殖化被認為是模擬自然腐殖化的較為溫和的化學反應過程，腐殖質的生成時間可以縮短至幾小時甚至幾十分鐘。利用水熱腐殖化技術將有機廢棄生物質資源化制備高附加值的腐殖質已成為一種新的資源化方式。然而水熱腐殖化的方法，腐殖質產量不高，腐殖化率（胡敏酸/富里酸）較低，對土壤的改良效果有限。為此，需強化水熱過程纖維素類生物質的腐殖化轉化。

發明內容

本發明的目的在于強化纖維素類廢棄生物質水熱腐殖化，首先采用酸預處理，然后在水熱過程中添加催化劑，在相對較低的成本下，提高腐殖質產量及產率，使纖維素類廢棄生物質得到有效的資源化利用

為了實現以上目的，提出以下解決方案：一種強化纖維素類廢棄生物質水熱腐殖化的方法，包括以下步驟：

步驟1）：將纖維素類廢棄生物質進行破碎，采用酸預處理后，經過濾洗滌，回收濾液及洗滌液；

步驟2）：將預處理后的纖維素類廢棄生物質轉移至水熱反應釜中，加入催化劑進行密閉水熱反應；

步驟3）：將水熱反應后的產物進行固液分離，分別對固體產物及液體產物進行腐殖質回收。

優選的是：本發明步驟 1）中，纖維素類廢棄生物質主要包括農業固體廢棄生物質，如小麥、水稻、玉米秸稈等，也包括廢棄木材制成的木屑。

優選的是：本發明步驟1）中，破碎處理，采用破碎機打碎等方法將生物質破碎為直徑0.1-5cm的細碎物；預處理酸為硫酸或硝酸浸泡，生物質含水率為60-80%，浸泡液的pH為2-5，浸泡時間為4-15 h，浸泡后，將廢棄生物質過濾，并將生物質經自來水洗滌至洗滌液為中性，將濾液及洗滌液回收，用于下一批生物質酸化預處理。

優選的是：本發明步驟2）中，纖維素廢棄生物質加入適量自來水，含水率為60-80%，物料體積占反應釜體積的50-65%。

優選的是：本發明步驟2）中，催化劑為FeCl₃，MnCl₂的一種或者混合使用。當選用其中一種或二者混合投加時，FeCl₃投量為10-250 mg Fe/g（干生物質），MnCl₂投量為10-150mg Mn/g（干生物質），二者混合使用時，FeCl₃及MnCl₂的摩爾比為 1:0.1-0.1:10。

優選的是：本發明步驟2）中，水熱反應釜為耐溫、耐壓及耐腐蝕的密閉反應器，內部設有防腐襯層，水熱反應溫度為 160-260℃，水熱反應時間為 2-12 h。