[发明专利]一种梯级利用中药渣制备乙醇和生物炭的方法

说明书

本发明提供一种梯级利用中药渣制备乙醇和生物炭的方法，属于生物质废弃物资源化利用技术领域。该方法将中药渣稀碱预处理，并添加氮含量丰富的物质进行乙醇发酵，乙醇发酵固体残渣在高温管式炉氮气氛围下热解制备生物炭。本发明实现了一种梯级利用中药渣的方法，乙醇发酵可提高木质纤维素类中药渣的乙醇得率1～3倍，提高对亚甲基蓝吸附率20～30％，使纤维素和木质素得到更加有效的利用。本发明实现了木质纤维素原料资源化，对扩大固体废物用途，开辟乙醇、生物炭的新来源具有重要意义，同时节约乙醇发酵成本，解决生物质能高附加值利用问题，具有良好的经济效益和巨大的社会效益。

技术领域

本发明涉及生物质废弃物资源化利用技术领域，特别是指一种梯级利用中药渣制备乙醇和生物炭的方法。

背景技术

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，国内共有中药企业达2000家，我国每年仅植物类药渣的排放量就高达70万余吨。药渣一般为湿物料，极易腐烂，味道臭异。对于中药渣的处理传统方法为焚烧、填埋和固定区域堆放等，这些处理方法不仅耗去大量资金，更造成了资源浪费和严重的污染。

CN201410335304.3公开了一种以中药渣和甘蔗渣为调理剂及外加碳源与餐厨垃圾混合制备堆肥的方法，该方法通过投加中药渣和甘蔗渣作为调理剂，可以调节餐厨垃圾的含水率，改善餐厨垃圾的结构、孔隙度和透气性，促进了餐厨垃圾堆肥的有效进行。但是中药渣中大部分组分为木质纤维素类物质，如何将其进行充分利用是中药渣资源化利用的关键。

植物类药渣中所含的木质纤维素，其主要成分是纤维素、木质素和半纤维素，其中纤维素可以考虑将其作为碳源进行利用，特别是经过合适的预处理将其作为乙醇发酵的原料，此举可使得固体废弃物更大程度的资源化，且节约乙醇发酵成本。乙醇发酵会产生发酵残渣，作为植物类药渣，发酵残渣含有未利用的纤维素和未降解的木质素。木质素含碳量高达50％以上，是生产碳素材料的合适原料，可以制备生物炭。用发酵残渣制备生物炭，可以增加生物炭制备的新来源，为生物质废弃物的资源化利用提供理论支持。在应用中，采用合适的预处理方式，不仅有利于纤维素原料的利用，同时也可以为木质素创造出多孔的结构，从而有利于其后续的生物炭的制备。

目前针对中药渣进行乙醇发酵，发酵残渣进行资源化利用的梯级方式尚未见报道，发酵残渣进一步利用可以解决生物质能高附加值利用问题，具有良好的经济效益和巨大的社会效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种梯级利用中药渣制备乙醇和生物炭的方法，以达到中药渣梯级资源化利用的目的。

该方法具体包括如下步骤：

(1)将中药渣粉碎至目数为20～100目，进行稀碱预处理，预处理结束后冷却至室温；

(2)控制固液比为0.05～0.2，即10g中药渣的总发酵体积为50～200mL，固液比为中药渣干重与水的质量比；按0.5～5.0g/L总发酵体积加入KH₂PO₄；按碳氮比15:1～30:1加入氮含量丰富的物质，得到浆液；

(3)调节步骤(2)所得浆液pH为4.5～5.5，按照每克干重中药渣50～100酶活力单位加入纤维素酶，按照每克干重中药渣0.005-0.05g接入安琪酵母，混合均匀，在温度为30～37℃，转速为0～200r/min下隔绝空气发酵48～108h；

(4)发酵结束后，将发酵液蒸馏得到乙醇产品和发酵残渣；

(5)将步骤(4)所得的发酵残渣干燥至含水率小于10％；

(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，以升温速率5～10℃/min升温到500～700℃，恒温处理3小时，自然冷却到室温后取出，制得生物炭。