[发明专利]酸水热预处理强化木质纤维素类废物水热腐殖化的方法

说明书

本发明公开了酸水热预处理强化木质纤维素类废物水热腐殖化的方法。该方法包括：(1)将木质纤维素类废物进行破碎、烘干，得到干燥碎料；(2)将所述干燥碎料与水混合，将混合体系调节为酸性环境，并进行第一水热反应；(3)将步骤(2)所得混合体系调节为碱性环境，并进行第二水热反应，得到水热产物；(4)对所述水热产物进行固液分离，得到含腐植酸的液相产物和含水热炭的固相产物；(5)将所述液相产物调节为酸性环境，得到腐植酸。该方法结合酸性水热处理和碱性腐殖化的特点对有机废弃物进行有效利用，可以在相对较低的处理处置成本下提高腐植酸产率，同时制备水热炭，进一步提高有机废弃物的资源化利用程度。

技术领域

本发明涉及废物资源化领域，尤其涉及酸水热预处理强化木质纤维素类废物水热腐殖化的方法。

背景技术

木质纤维素类废物因其纤维素、木质素含量高，在自然界中降解非常缓慢，该类废物中的碳经过一系列物理、化学和生物作用最终可以腐殖质的形式固定在土壤中。据报道，腐殖质所占土壤总有机质含量可高达75％，可促进植物生长代谢，体现出该类物质的重要性。另外，当前大量研究表明腐殖质由于富含含氧官能团可作为阴离子亲和剂、吸附剂、改性后的催化剂等，用途广泛。

随着种植业集约化发展进程的加快和城市绿化水平的提高，大量的木质纤维素类废物(如秸秆、树枝、落叶等)随之产生。当前的主流处理技术如填埋、焚烧等不仅浪费资源，而且一定程度污染环境。因此，探寻一种清洁高效的方法将木质纤维素类废物转化为腐殖质具有巨大的价值。

水热技术在一定操作条件可高效将生物质废物定向转化为固体碳材料，富含高附加值化合物的液体产物，以及氢气、甲烷等气体产物。有研究者在2019年率先提出了在碱性条件下利用水热技术将生物质废物转化为腐植酸，然而该研究对应几种原料水热腐殖化后所得产率不足2％，现有的水热法处理生物质获得腐植酸的方法仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出酸水热预处理强化木质纤维素类废物水热腐殖化的方法。该方法结合酸性水热处理和碱性腐殖化的特点对有机废弃物进行有效利用，可以在相对较低的处理处置成本下提高腐植酸产率，同时制备水热炭，进一步提高有机废弃物的资源化利用程度。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种酸水热预处理强化木质纤维素类废物水热腐殖化的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将木质纤维素类废物进行破碎、烘干，得到干燥碎料；(2)将所述干燥碎料与水混合，将混合体系调节为酸性环境，并进行第一水热反应；(3)将步骤(2)所得混合体系调节为碱性环境，并进行第二水热反应，得到水热产物；(4)对所述水热产物进行固液分离，得到含腐植酸的液相产物和含水热炭的固相产物；(5)将所述液相产物调节为酸性环境，得到腐植酸。

根据本发明上述实施例的酸水热预处理强化木质纤维素类废物水热腐殖化的方法，首先在酸性环境下对木质纤维素类废物的干燥碎料进行第一水热反应，通过在酸性环境下进行第一水热反应，可以强化后续碱性环境下第二水热反应对物料的腐殖化过程。经过第一水热反应后，物料中的固相部分明显减量化，合成腐植酸的前驱体(可溶性碳水化合物、小分子酸、呋喃类化合物、酚类物质等)产率明显增加。后续，将反应体系调节为碱性环境，通过第二水热反应对物料进行腐殖化，合成腐植酸的前驱体在碱性水热条件下易发生聚合和芳构化反应形成腐植酸类物质，从而可高产率地获得腐植酸。进而对水热产物进行固液分离，即可获得含腐植酸的液相产物和含水热炭的固相产物。其中，腐植酸可通过调节液相产物为酸性环境来沉淀获得，提取过程便捷；副产物水热炭可作为清洁燃料、吸附剂、炭基土壤修复剂等用途利用。由此，采用该方法处理木质纤维素类废物，所得液相产物和固相产物都能有效利用，且方法具有耗时短、产率高、生产过程清洁环保等优势。

另外，根据本发明上述实施例的酸水热预处理强化木质纤维素类废物水热腐殖化的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述木质纤维素类废物包括秸秆、落叶、废弃木材中的至少之一。