碳水化合物生物质废弃物和/或生活垃圾资源化处理方法_2

文档序号:9899263阅读:来源:国知局
碳水化合物生物质废弃物从组成上主要包括葡萄糖、纤维素、农业废弃物 或森林采伐和加工剩余物等富含纤维素的物质中的一种或几种;所述的生活垃圾是指在日 常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体或半固体(固液混合)废弃物,主要 包括餐厨垃圾、废弃木材、纸张等。其中,餐厨垃圾是指饭店、宾馆、企事业单位食堂、食品加 工厂、家庭等加工、消费食物过程中形成的残羹剩饭、过期食品、下脚料、废料等废弃物,涵 盖家庭厨余垃圾、市场丢弃的食品和蔬菜垃圾、食品厂丢弃的过期食品和餐饮垃圾等。所述 的生活垃圾从组成上主要包括大米食物残余、稻壳,以及面粉食物残余、麦壳、麦杆,或蔬菜 的叶、茎、根及果实残余,或肉类残余,或废弃木材、纸张的其中一种或多种。这些碳水化合 物生物质废弃物和/或生活垃圾制成浆液状后,投入反应器。制备乙酸的反应分两步进行, 第一步反应旨在尽可能多的得到5-羟甲基糠醛、2-呋喃甲醛、乳酸或乙酰丙酸等容易经氧 化资源化处理的中间产物;第二步旨在选择性氧化第一步生成的中间产物为乙酸。第一步 反应使用的碱选自恥0!1、1(0!1、〇3(0!1)2等强碱以及他卬3、恥》:〇3、队〇3、1(?:〇3、〇3卬3、〇3 (HCO 3)2等弱碱的其中一种或多种,碱的浓度以[0Η?计,在0~lmol/L变化;第一步反应使用 的酸选自HCl、H 2SO4、H3PO3等无机中强酸的其中一种或多种,酸的浓度以[H + ]计,在0~ 0. lmol/L变化。第二步反应使用的氧化剂选自空气、H2O2、O2以及CuO等新型固体氧化剂的其 中一种或多种,供氧量在10%~150%变化。
[0018] 本发明提供的方法相对现有生活垃圾处理技术,具有如下优点:
[0019] 1.实现了碳水化合物生物质废弃物及生活垃圾的选择性快速分解,并得到高附加 值的化学品;
[0020] 2.避免了填埋、焚烧带来的二次污染;
[0021 ] 3.相对于堆肥的耗时、高残渣,该方法可高效转化且残渣少;
[0022] 4.本发明的方法为碳水化合物生物质废弃物及生活垃圾的资源化利用提供了新 思路。
【附图说明】
[0023] 本发明选取碳水化合物生物质废弃物和/或生活垃圾中代表性化学组分,如葡萄 糖(各种水果、面粉中富含的组分)、纤维素(各种植物茎杆、废弃木材、纸张中富含的组分)、 淀粉(面粉、大米、植物的根中富含的组分)等,以及生活垃圾中代表性的组成物质,如稻壳、 萝卜、马铃薯、白菜、牛肉等的单一物或混合物,进行了实验研究,以下各图为具有代表性的 物质的部分实验结果:
[0024] 图1为本发明的两步法水热氧化工艺流程示意图;
[0025] 图2为本发明的实施例所用反应装置(反应器、盐浴加热、水浴冷却)的结构简图; 其中图2(a)为SUS316不锈钢管式反应器,图2(b)为整个反应装置的简图;
[0026] 图3为本发明的实施例中,反应时间和反应温度对纤维素和淀粉的第一步反应产 5-羟甲基糠醛(5-HMF)、2-呋喃甲醛(2-FA)和乳酸的影响;其中,各图对应的实施例的反应 条件如下:(a)和(b)的反应温度为300°C,(c)的反应时间为2min,(d)的反应时间为Imin;
[0027] 图4为本发明的实施例中,反应温度、时间以及供氧量对5-HMF、2_FA和乳酸转化为 乙酸的影响。其中,各图对应的实施例的反应条件如下:(a)反应时间为Imin,供氧量为 70% ; (b)反应温度为300°C,供氧量为70% ; (c)反应温度为300°C,反应时间为Imin;
[0028] 图5为本发明的实施例中,6种蔬菜的混合物(胡萝卜、白萝卜、马铃薯、牛蒡、卷心菜、 茄子)两步法反应后的HPLC谱图;其中,第一步和第二步反应的温度均为300°C,时间均为 Imin,第二步供氧量70 %;
[0029] 图6为本发明的实施例中,6种蔬菜的混合物(胡萝卜、白萝卜、马铃薯、牛蒡、卷心菜、 茄子)两步法反应后的产物分布;其中,第一步和第二步反应的温度均为300°C,时间均为 Imin,第二步供氧量70 %;
[0030] 图7为本发明的实施例中,两步法反应中第一步添加碱后,反应时间对葡萄糖资源 化处理的影响,第一步和第二步反应温度均为300°C,第一步加入0.32moVL的Ca(OH) 2;第 二步供氧量为70 %。
[0031] 图8为本发明实施例中,以牛肉进行反应后的产物中总有机碳的分解率(图8a)及 反应1分钟后的产物液相图(图8b),反应的供氧量为150%。
【具体实施方式】
[0032] 本发明涉及一种水热两步法高效、高选择性转化碳水化合物生物质废弃物和/或 生活垃圾以选择性生资源化处理等高附加值化学品的方法,可应用于碳水化合物生物质废 弃物和/或生活垃圾的资源化处理中。不添加或添加少量碱或酸催化剂,以及添加一定量的 氧化剂,即可选择性得到较高产率的乙酸。
[0033] 在本文中,由「一数值至另一数值」表示的范围,是一种避免在说明书中一一列举 该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此,某一特定数值范围的记载,涵盖该数值范围 内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围,如同在说明书中明 文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
[0034] 下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应该理解,这些实施例仅用于说明本发 明,而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改 进和调整,仍属于本发明的保护范围。
[0035] 实施例
[0036]请参见图1,本发明提供的碳水化合物生物质废弃物和/或生活垃圾资源化处理的 方法的一个【具体实施方式】如下:将去除金属、陶瓷等无机杂物后的碳水化合物生物质废弃 物和/或生活垃圾制浆,并加入到SUS316不锈钢反应器中,添加一定量水,使碳水化合物生 物质废弃物和/或生活垃圾质量浓度在20%~60%,并使反应器中填充率在20~60%,加入 一定量碱([0H-]=0~lmol/L)或酸([H+]=0~O.lmol/L)催化剂,将反应器密封后投入盐浴 加热炉,150~450°C反应10~300s,取出水浴冷却至室温后打开;第二步,向第一步得到的 反应溶液中加入H 2O2,以完全氧化有机质为COdPH2O为100 %供氧量计,氧添加量为10 %~ 150%,密封反应器后投入盐浴加热炉150~450 °C继续反应10~300s,取出水浴冷却至室温 后打开。经上述反应后,得到的液相产物为乙酸,产率可达20 %以上,纯度在80 %以上,且几 乎无残渣。此外,得到的产物中还有甲酸、乳酸等高附加值化学品,产物通过分离可以得到 乙酸(酸性反应溶液中)或乙酸盐(碱性反应溶液中)或直接用于生产环境友好型有机酸钙/ 镁融雪剂。通过本发明的两步法水热反应得到的乙酸产率比申请人在专利申请 201510876248.9中公开的一步法高一倍左右。在本发明的其他实施方式中,加热方式还可 以是除盐浴加热炉之外的其他常用加热方式,冷却方式还可以是除水浴冷却之外的其他常 用冷却方式。酸或碱的添加量可由本领域技术人员在上述公开的基础上通过简单实验确 定,此处不做限定和特别说明。
[0037]图2(a)和图2(b)为本发明的实施例
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