[发明专利]生产粪肥衍生的生物塑料和生物产品的方法

说明书

本发明涉及将粪肥分离成多个部分以及对所述多个部分进行处理，以回收有用的组分来生产粪肥衍生的生物塑料和其他粪肥衍生的生物产品。本发明还涉及用于生产复合(生物)塑料的方法，以及用于从再生的粪肥衍生的纤维素中生产纤维的方法。该方法包括以下步骤：絮凝处理和过滤处理；对粪肥衍生的固体部分进行制浆；用乙酸酐和催化剂对粪肥衍生的溶解级纤维素浆粕进行乙酰化；从粪肥的不同部分中提取可发酵组分以产生用于单羧酸载体溶液的单羧酸。此外，还公开了用树脂粘结剂形成复合生物塑料的方法；以及用于从纤维素浆粕纺制纱线的方法。

技术领域

本发明涉及将粪肥分离成多个部分并对所述多个部分进行处理，以回收有用的组分来生产粪肥衍生的生物塑料和其他粪肥衍生的生物产品。

本发明还涉及用于生产复合(生物)塑料的方法，以及用于由再生的粪肥衍生的纤维素生产纤维的方法。

背景技术

目前制造行业所使用的材料主要以使用基于不可持续的石化的资源为主导。利用可再生的生物基材料代替它们的石化替换物是新兴趋势。这些可再生材料常常用于制浆和生物塑料工业，主要依靠例如从天然森林或专门仅为此目的种植的其他来源采伐树木。然而，更可取的是利用现有的废物流来获得可再生生物基材料用于制造工业。

最大的可用废物流之一是粪肥。在现代农业中，粪肥正变得越来越成问题。事实证明，由于粪肥需要运输的体积大，营养物平衡的控制有限，以及在灌溉系统中存在固体颗粒的问题，所以难以将粪肥加工成肥料。在牲畜密集饲养的地区，这已经导致了大量过剩的粪肥。由于不愉快的气味、健康问题、大规模富营养化、丢弃粪肥的额外监管和额外成本的问题，而对畜牧业农民造成了困扰。在越来越多的国家，立法聚焦在限制在他们自己的牧场上使用的氮或磷的量，而过量的粪肥需要被处理。由于粪肥的固体和液体部分的组成在营养成分上不同，因此对于农民来说分离粪肥的多个部分并去除最不需要的部分可以是有利的。尽管这种过剩的肥料目前是个问题，但它有很大的潜力被精制成有附加值的产品，诸如蛋白质、纤维材料、碳水化合物和营养物。

目前的分离方法旨在优化粪肥的固体部分以用作牲畜的垫料、生物炭、肥料以及作为用于沼气(生物气)发酵工艺的来源。然而，当与对制造业有用的材料诸如生物塑料相比时，这些材料属于完全不同的级别。为了获得更适合作为用于生物塑料的原料的固体部分，需要调整目前的分离方法。

根据先前已知的信息，最接近从粪肥实际生产生物塑料的是美国专利No.2013/0071890A1的方法，其公开了在有能够产生生物聚合物的好氧甲烷氧化菌的发酵器和在甲烷的存在下诱导产生生物塑料的二次发酵器中由沼气生产生物塑料的方法。然而，这些结果使用可用的木质纤维素作为生物塑料的间接来源。

直接利用粪肥中可用的木质纤维素作为生物塑料的来源或填料将更为可取。虽然已经开发了用于直接加工粪肥中的木质纤维素生物质以生产诸如结晶纤维素的最终产品的方法，例如WO.Pat.No.2015/101941A1，但尚未有用于诸如生物塑料的最终产品的方法被开发。此外，这些方法是在高于大气压下和高温下进行的，这使得这些方法存在不必要的危险。

这些现有的方法还包括加工整个废物流，然而在分离之前在反应器中处理全部量的粪肥不是一个经济上可行的工艺；特别是考虑到纤维素本身的价格相对低廉。为了改进这些方法，期望在处理前通过将粪肥的不同组分分离成不同的侧流来减少粪肥的总体积并获得比例增加的纤维素。