[发明专利]生物质过程残渣的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于活性炭功能材料生产技术领域，具体涉及一种高值化利用富含纤维素的生物质过程残渣的方法。

背景技术

以农产品为原料的轻工业通过对原料加工获得食品、饮料、医药、纸等轻工产品的同时，还产生大量生物质废渣(即生物质过程残渣)，包括油粕、蔗渣、醋糟、酱渣、酒糟、发酵菌渣、中药渣、黑液可溶渣在内的种类多样的生物质过程残渣。这些轻工生物质过程残渣已经被集中、量大、产生于特定的轻工生产过程，且富含纤维素、蛋白质或木质素。

我国年产出白酒糟、醋糟、中药渣、茶渣、甘蔗渣等富含纤维素轻工生物质过程残渣近5000万吨，而纤维素乙醇和生物燃料产业的形成将致使这类残渣达到每年数亿吨的产量。在我国，处理传统酿造的白酒糟和醋糟的方法仍然主要限于用为饲料、焚烧或卫生填埋，中小型厂则普遍露天堆弃。发酵残渣饲料的生产方法有直接烘干和经微生物发酵两种，直接烘干是将鲜发酵残渣烘干后进行筛分而制得，由于白酒糟、醋糟含稻壳40％左右，导致饲性差、营养价值低，因此经常仅售为饲料添加剂，效益低，使用天燃气加工饲料时甚至亏本。与直接干燥相比，微生物发酵的方法使残渣饲料中的蛋白质、能量值和动物消化率都有所提高，虽然提高了饲料的质量，但附加效益仍然低。利用发酵残渣可生产用于食用菌培育的肥料，在我国在山东和山西有较大规模的应用，但是该方法有效利用的生物质过程残渣有限，仍有大量生物质过程残渣被弃置，造成环境污染。

我国对酒糟的焚烧利用开展了一些工作，例如，上海理工大学研发了燃烧白酒糟的链条炉，并在四川宜宾酒厂实际应用。该技术较可有效解决白酒糟弃置的问题，但链条炉单台能力有限，致使宜宾酒厂并列了18台链条炉处理其酒糟，系统复杂庞大，而且链条炉燃烧温度高，会破坏白酒糟燃烧产生的灰中无定型硅结构，降低灰的利用价值。此外，链条炉不能直接燃烧含水量高，特别是含腐蚀性有机酸的发酵残渣，如醋糟，处理该类发酵残渣时需要预先脱水，转化效率低，能量回收少。其他液态发酵的酒精糟，如酒精、啤酒、黄酒等生产过程的酒糟不含稻壳，但含水量为60wt.％以上。现有的酒糟处理方法局限于生产酒精饲料DDG和DDGS，但饲料脱水干燥的高能耗使得其利润低，甚至亏本。因此，很多中小型酒厂仍以抛弃为主要处理方法。

由此可见，高值化利用富含纤维素的生物质过程残渣是轻工行业节能、降耗、减排的迫切需求，对我国循环经济发展和环境保护具有重大意义。

目前，已有的富含纤维素的生物质过程残渣的高值化利用方法主要以白酒糟为主，例如，在中国专利申请CN94110437.0A中公开了以固态发酵法利用白酒糟酿造食醋，但在该方法中食醋生产过程只是将酒糟转变为醋糟，仅利用了白酒糟中的高养分原料，未完全资源化利用白酒糟。在中国专利申请CN88102767A中提出利用化学活化剂(固体氯化锌)活化白酒糟来制备活性炭，但存在后处理工序复杂、环境污染等问题。另外，在中国专利申请CN101045535A中公开的是一种造纸制浆黑液浓缩炭化生产活性炭的方法，采用的是化学活化法，同样存在后处理工序复杂、环境污染等问题。因此，尚缺乏具有良好的社会、环保和经济效益的高值化利用富含纤维素的生物质过程残渣的方法。

发明内容

在本发明中，所使用的术语“生物质过程残渣”是指以农产品为原料的轻工业在产品转化的过程中产生的大量生物质残渣。

在本发明中，所使用的术语“Si/C基功能材料”是指以无定形SiO₂为骨架而制成的具有一定功能的含碳多孔材料，属于一种活性炭材料，其与传统活性炭的区别在于，传统活性炭一般用碱活化，将其中作为骨架的SiO₂溶出而制得高比表面积的活性炭，由于传统活性炭的孔径较小，造成吸附大分子化学物较困难。

基于富含纤维素的生物质过程残渣的生物转化速度缓慢，特别适合通过热化学方法利用其生产能源或功能材料，本发明利用这些残渣中所含的无定形生物硅，制备Si/C基功能材料，是清洁、高值利用富含纤维素生物质过程残渣的有效途径，具有良好的社会、环保和经济效益。

因此，本发明的目的在于，提供一种高值化利用富含纤维素的生物质过程残渣的方法。

本发明的另一个目的在于，提供上述方法所制备的Si/C基功能材料及其用途。