一種通過汽爆前處理生物質(zhì)生產(chǎn)腐植酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過汽爆前處理生物質(zhì)生產(chǎn)腐植酸的方法，屬于生化工程技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 腐植酸是在水分和空氣存在的條件下，由死亡的動(dòng)植物遺骸經(jīng)微生物長期分解 轉(zhuǎn)化和地球物理化學(xué)作用后積累形成的一種復(fù)雜、無定形的高分子膠體化合物。關(guān)于腐植 酸的起源物質(zhì)主要有四個(gè)理論：糖-胺合成理論、木質(zhì)素-蛋白質(zhì)合成理論、木質(zhì)素-丙 酮-氨基酸合成理論、多酚合成理論。
[0003] 腐植酸是一種廣泛存在于自然界的無定型高分子有機(jī)物，在泥炭、褐煤、分化煤、 土壤、河流、湖泊、海洋中都有存在，此外牲畜糞便、造紙廢液、酒精廢液、堆肥、廄肥、腐 爛的稻桿、枯枝落葉中也含有腐植酸。土壤腐植酸是肥沃土壤有機(jī)物的重要組成份，是決 定土壤肥力的最重要因素。河流、湖泊、海洋等水體中的腐植酸有很強(qiáng)的反應(yīng)活性和迀移活 性，不利于人類健康和水體中的有益微生物。目前的腐植酸產(chǎn)品主要從泥炭、褐煤、風(fēng)化煤 中提取獲得，廣泛用作化工原料的添加劑、植物的生長激素、肥料增效劑、土壤的改良劑、 工醫(yī)藥上的作抗炎藥物等。
[0004] 生物質(zhì)包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢 棄物。有代表性的生物質(zhì)如農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材、木材廢棄物等，生物質(zhì)的高質(zhì)化利 用一直是目前難題。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成腐植酸一直沒有得到很好的轉(zhuǎn)化途徑，且轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)品 純度低，雜質(zhì)多。
[0005] 發(fā)明目的 本發(fā)明提供一種高效轉(zhuǎn)化生物質(zhì)生產(chǎn)腐植酸的方法。實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)的高效利用，同時(shí) 也為腐植酸的生產(chǎn)提供了一種生產(chǎn)高效生產(chǎn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 一種通過汽爆前處理生物質(zhì)生產(chǎn)腐植酸的方法，包括以下步驟： (1) 汽爆生物質(zhì) 將粉碎后的生物質(zhì)裝入汽爆罐中，加入原料重量0. 05%~0. 15%的濃鹽酸，充分?jǐn)嚢瑁?通入蒸汽，排出罐內(nèi)冷空氣，關(guān)閉裝料閥，升壓到2. 0~3. 5Mpa，維持5~lOmin，打開放料 閥，瞬間減壓釋放得汽爆生物質(zhì)A; 將汽爆后的生物質(zhì)A加入0. 25%~0. 35%的氨水，充分?jǐn)嚢?，通入蒸汽，關(guān)閉裝料閥，升 壓到3. 0~4. 5Mpa，維持5~lOmin，打開放料閥，瞬間減壓釋放得汽爆生物質(zhì)B; (2) 腐植酸高效轉(zhuǎn)化 將上述汽爆生物質(zhì)B置于生物質(zhì)碳化爐中熱裂解，先以1~2L/min的流速向碳化爐中 通隊(duì)以排凈爐內(nèi)空氣；1~2h內(nèi)升溫至300~400°C，維持溫度2~4h，然后2~3h內(nèi)緩 慢冷卻至室溫，得到黑色固體生物炭； (3) 提取腐植酸 向黑色固體生物炭中加入相對于重量約6~9%的結(jié)晶硫酸鈉，再加入NaOH和Na4P207 混合液，使生物炭和混合液的比例為1 : 30~40,振蕩30~45分鐘后，靜置10~20小時(shí) 左右，充分混合； (4) 純化腐植酸鈉 向混合液中添加乙醇濃度為40~50%的酸性乙醇溶液，調(diào)節(jié)pH至2. 5~3. 0,多向混 合10~15min，加熱至40~45°C并保溫15~20min，過濾，得濾液A; 所得濾渣加入濃度為2~3%的氫氧化鈉溶液，加熱至55~60°C并保溫20~30min， 過濾，得濾液B; 向上述濾渣中加入濃度為2~4%的雙氧水和濃度為3~5%的氫氧化鈉溶液，加熱至 50~60°C并保溫30~40min，過濾，得濾液C，并回收濾渣； 合并濾液A、B、C，加入濃度為10~15%的氫氧化鈉溶液，加熱至60~70°C，攪拌反應(yīng) 60~lOOmin，反應(yīng)混合物于進(jìn)行噴霧干燥，得腐植酸鈉成品。
[0007] 步驟（1)中所述的生物質(zhì)是指玉米秸桿、小麥秸桿、高粱秸桿、稻草或豆秸中的一 種或至少兩種以上混合物。
[0008] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)： 步驟（1)為：將粉碎后的生物質(zhì)裝入汽爆罐中，加入原料重量0. 10%的濃鹽酸，充分?jǐn)?拌，通入蒸汽，排出罐內(nèi)冷空氣，關(guān)閉裝料閥，升壓到2. 5Mpa，維持lOmin，打開放料閥，瞬間 減壓釋放得汽爆生物質(zhì)A;將汽爆后的生物質(zhì)A加入0. 30%的氨水，充分?jǐn)嚢?，通入蒸汽，關(guān) 閉裝料閥，升壓到4.OMpa，維持lOmin，打開放料閥，瞬間減壓釋放得汽爆生物質(zhì)B。
[0009] 步驟（2)腐植酸高效轉(zhuǎn)化步驟為： 將汽爆生物質(zhì)B置于生物質(zhì)碳化爐中熱裂解，先以1L/min的流速向碳化爐中通隊(duì)以 排凈爐內(nèi)空氣；2h內(nèi)升溫至350°C，維持溫度2h，然后3h內(nèi)緩慢冷卻至室溫，得到黑色固體 生物炭。
[0010]步驟（3 )中NaOH和Na4P207,濃度為 0? 55MNaOH和 0? 35MNa4P207混合液（1:1 體積 比)。
[0011] 步驟（3)中提取腐植酸步驟為：向黑色固體生物炭中加入相對于重量約8%的結(jié) 晶硫酸鈉，再加入濃度為〇. 55MNaOH和0. 35MNa4P20/混合液，使生物炭和混合液的比例為 1 : 30,振蕩45分鐘后，靜置10小時(shí)左右，充分混合。
[0012] 步驟（4)中酸性乙醇溶液為乙醇和酸性溶液的混合物，所述的酸性溶液為鹽酸、硫 酸、硝酸中的一種或至少兩種以上混合物。
[0013]步驟（4 )純化腐植酸鈉步驟為： 向混合液中添加乙醇濃度為45%的酸性乙醇溶液，調(diào)節(jié)pH至3. 0,多向混合12min，加 熱至45°C并保溫20min，過濾，得濾液A; 所得濾渣加入濃度為3%的氫氧化鈉溶液，加熱至60°C并保溫20min，過濾，得濾液B； 向上述濾渣中加入濃度為3%的雙氧水和濃度為4%的氫氧化鈉溶液，加熱至55°C并保 溫35min，過濾，得濾液C，并回收濾渣； 合并濾液A、B、C，加入濃度為15%的氫氧化鈉溶液，加熱至70°C，攪拌反應(yīng)60min，反 應(yīng)混合物于進(jìn)行噴霧干燥，得腐植酸鈉成品。
[0014] 步驟（4)中噴霧干燥條件為：進(jìn)風(fēng)溫度為150~190°C，出風(fēng)溫度90~110°C。
[0015] 更近一步地： 步驟（4)中噴霧干燥條件為：進(jìn)風(fēng)溫度為165°C，出風(fēng)溫度95°C。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1一種通過汽爆前處理生物質(zhì)生產(chǎn)腐植酸的方法，括以下步驟： (1)汽爆生物質(zhì) 將粉碎后的玉米秸桿裝入汽爆罐中，加入原料重量0. 10%的濃鹽酸，充分?jǐn)嚢瑁ㄈ胝?汽，排出罐內(nèi)冷空氣，關(guān)閉裝料閥，升壓到2. 5Mpa，維持lOmin，打開放料閥，瞬間減壓釋放 得汽爆生物質(zhì)A; 將汽爆后的生物質(zhì)A加入0. 30%的氨水，充分?jǐn)嚢?，通入蒸汽，關(guān)閉裝料閥，升壓到 4.OMpa，維持lOmin，打開放料閥，瞬間減壓釋放得汽爆生物質(zhì)B。
[0017] (2)腐植酸高效轉(zhuǎn)化 將汽爆生物質(zhì)B置于生物質(zhì)碳化爐中熱裂解，先以1L/min的流速向碳化爐中通隊(duì)以 排凈爐內(nèi)空氣；2h內(nèi)升溫至350°C，維持溫度2h，然后3h內(nèi)緩慢冷卻至室溫，得到黑色固體 生物炭。
[0018] (3)提取腐植酸 向黑色固體生物炭中加入相對于重量約8%的結(jié)晶硫酸鈉，再加入濃度為0. 55MNaOH和0. 35MNa4P20/混合液（1:1體積比)，使生物炭和混合液的比例為1 : 30,振蕩45分鐘后， 靜置10小時(shí)左右，充分混合。
[0019] (4)純化腐植酸鈉 向混合液中添加乙醇濃度為45%的酸性乙醇溶液（3%鹽酸），調(diào)節(jié)pH至3. 0，多向混合 12min，加熱至45°C并保溫20min，過濾，得濾液A; 所得濾渣加入濃度為3%的氫氧化鈉溶液，加熱至60°C并保溫20min，過濾，得濾液B； 向上述濾渣中加入濃度為3%的雙氧水和濃度為4%的氫氧化鈉溶液，加熱至55°C并保 溫35min，過濾，得濾液C，并回收濾渣； 合并濾液A、B、C，加入濃度為15%的氫氧化鈉溶液，加熱至70°C，攪拌反應(yīng)60min，反 應(yīng)混合物于進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥條件為：進(jìn)風(fēng)溫度為165°