[发明专利]一种木质纤维素类中药渣制L-乳酸和生物炭的方法

说明书

本发明提供一种木质纤维素类中药渣制L‑乳酸和生物炭的方法，属于生物质废物资源化利用技术领域。该方法将木质纤维素类中药渣稀碱预处理，并添加氮含量及营养丰富的餐厨垃圾进行乳酸发酵，乳酸发酵后固液分离，发酵液用于提取乳酸，发酵固体残渣在高温管式炉氮气氛围下热解制备生物炭。本发明实现了木质纤维素类中药渣的全部资源化利用的目的。另外，采用餐厨垃圾代替酵母膏补充氮源和营养物质，实现了中药渣与餐厨垃圾的协同处置，获得了一种成本更低、原料来源更广泛的乳酸发酵新途径，具有良好的经济效益和环境效益，为类似木质纤维素类废物的资源化利用提供了科学依据。

技术领域

本发明涉及生物质废物资源化利用技术领域，特别是指一种木质纤维素类中药渣制L-乳酸和生物炭的方法。

背景技术

乳酸是目前世界上公认的三大有机酸之一，其广泛应用于食品、医药、化工、制革、纺织、环保和农业等诸多领域。目前随着白色泡沫污染日益严重，可生物降解的聚乳酸产品作为有可能取代造成环境污染的白色热塑产品也越来越受到人们的关注。中药渣是中药制备过程中所产生的废弃物，是一种典型的工业生物质，通常是经过煎煮、发酵等工业生产后的废弃物，属于一种形态复杂、含水率较高生物质。目前中国有近1600家中药企业，每年排放中药渣约为0.13亿吨，具有产量大、排放集中等典型特点，初始含水率一般在70％以上，且相互粘结、难以筛选、易变质、难降解故目前中药渣的妥善处理成为中药行业面临的重大难题。同时由于在经过提取中药成分后的中药渣中尚含有蛋白质、纤维素、多糖等可利用成分，故对其进行综合利用以解决环境问题有一定的可行性。

目前在已经公开的专利中，只有CN201310135514公开了一种由淀粉类中药渣制备乙醇的方法，及CN103290060A公开了利用中药渣制备沼气的方法，但在利用中药渣制备L-乳酸，尚无报道。

木质纤维素是植物类药渣中含量最多的部分，其主要成分是纤维素、木质素和半纤维素。其含碳源丰富，而氮含量和其他营养元素相对不足。在植物组织中木质素与半纤维素以共价键形式结合，并将纤维素分子包裹其中，使其很难被降解利用。因此，对木质纤维素进行预处理是利用中药渣制备L-乳酸的关键技术。同时，利用餐厨垃圾丰富营养且含氮量较多的特点，添加餐厨垃圾，调节发酵原料至适宜的碳氮比，更有利于乳酸菌的生长和增殖，提高乳酸产量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种木质纤维素类中药渣制L-乳酸和生物炭的方法，以达到中药渣资源化利用的目的。

本发明方法，具体步骤如下：

(1)将风干后含水率为10％(质量比w/w)的中药渣进行粉碎后，过20目筛子，得到筛下产物，向筛下产物中按重量比加入一定量的NaOH固体，并添加一定量的自来水混合均匀后在室温下浸泡24小时，得到碱处理后中药渣；

(2)向步骤(1)所得的碱处理后中药渣中添加餐厨垃圾，以补充氮源和其他营养元素，再添加一定的自来水，使固液比为1：9(中药渣+餐厨垃圾的干重之和与水的质量比，w/w)，得到发酵原料液；

(3)向步骤(2)所得的发酵原料液中加入一定量的纤维素酶和淀粉酶，并接种2～10％(v/v)的干酪乳杆菌(发酵原料液与干酪乳杆菌的体积百分数)，混合均匀后，控制不同pH值条件，并于35℃、140rpm的恒温摇床中发酵72～120h；

(4)发酵结束后，用板框压滤机分离发酵液和发酵残渣，采用电渗析方法从发酵液中提取L-乳酸产品；

(5)将步骤(4)所得的发酵残渣干燥至含水率小于10％(质量比w/w)，得到干燥后的粉末；

(6)将步骤(5)中所得干燥后的粉末置于高温管式炉中，在80～120mL/min氮气氛围下恒温热解后，自然冷却到室温；取出产物并用过量的1.0mol/L的HCL溶液处理4小时，去除杂质，再用去离子水将产物洗至中性，放置烘箱中在80℃下烘干，得到生物炭。