本发明涉及咖啡渣综合利用领域，且特别涉及一种咖啡渣有价组分分离回收方法及应用。
背景技术：
：咖啡是世界三大饮品之一，在日常生活和商业贸易中具有举足轻重的地位。从2010年开始，全世界咖啡年产量以6％的速率进行增长，至2014年，全世界咖啡年产量约为960万吨。每生产1kg咖啡将产生0.9kg咖啡渣，咖啡渣是一种富含脂肪酸、木质素、纤维素、半纤维素和生物油的高油脂生物质，被视为新生代极具潜力的可持续发展的生物质资源，因此对咖啡渣资源化利用成为新的热点。目前，国内外对咖啡渣的研究处于初级阶段，主要集中在成分分析、成分提取、热解动力学、燃烧特性、堆肥以及建筑材料等方面，以上研究均未能对咖啡渣实现资源化高质化综合利用，没有良好的环境、经济和社会效益。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种咖啡渣有价组分分离回收方法，该方法操作简便，可控性强，资源再利用，环保，可大规模生产。本发明的另一目的在于提供一种咖啡渣有价组分分离回收方法的应用，回收咖啡因和热解油，拓宽咖啡渣的应用范围。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本发明提出一种咖啡渣有价组分分离回收方法，包括：将干燥后的咖啡渣进行至少两次热解；将咖啡渣在190～210℃的条件下热解、分离回收第一次热解产物；继续升温，将经过第一次热解的咖啡渣在290～410℃的条件下进行至少一次热解，分别分离回收热解产物；继续升温，利用水蒸气活化热解后的热解渣，优选地，第一次热解产物包括咖啡因。本发明提出一种咖啡渣有价组分分离回收方法在制备咖啡因中的应用。本发明实施例的一种咖啡渣有价组分分离回收方法及应用的有益效果是：通过分梯度热解咖啡渣，回收不同的热解产物，即在热解过程中直接进行分离，步骤简单，操作简便，不需要再加工即可得到咖啡因和有机物质。咖啡因本身具有较高的经济价值，有机物质可用来制备生物质柴油等燃料，降低对化石能源的需求，减少有毒有害气体的排放，节约资源，保护环境。利用水蒸气对热解渣进行活化，步骤简单，操作便捷，节约成本。处理过程中对装置没有腐蚀性，不会损坏仪器，降低处理成本。得到的生物活性炭吸附性能较好。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例的一种咖啡渣有价组分分离回收方法及应用进行具体说明。本发明实施例提供的一种咖啡渣有价组分分离回收方法，包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中进行热解，在本发明中，热解次数为至少两次，其中，第一次热解包括：在热解压力为-0.01mpa～-0.1mpa的条件下，升温至190～210℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解20～40min，分离回收第一次热解产物。经研究知，在该条件下得到的第一次热解产物主要为咖啡因。咖啡因是一种黄嘌呤生物碱化合物，是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时的驱走睡意并恢复精力，临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。咖啡因的用途很多，使用范围广，因此具有较高的价值。世界上最主要的咖啡因来源是咖啡豆，本发明利用废料咖啡渣制得咖啡因，资源再利用，降低成本，保护环境。在该条件下热解分离回收的产物主要为咖啡因，若继续升温热解，得到的产物为混合物，其含有较多的有机物质，不易对咖啡因进行分离提纯。因此，为了分离回收不同的物质，在第一次热解后，再进行至少一次热解分离回收。本发明的实施例中，在第一次热解后，进行第二次和第三次热解。具体的，在热解压力为-0.01mpa～-0.1mpa的条件下，继续升温至290～310℃，恒温热解20～40min，分离回收第二次热解产物。回收结束后，在热解压力为-0.01mpa～-0.1mpa的条件下，继续升温至390～410℃，恒温热解20～40min，分离回收第三次热解产物。较优的，为了保证每一阶段的充分热解，每次升温的温度速率为5～20℃/min。经研究知，第二次热解产物包括咖啡因、十六腈、十六酸甲酯、软脂酸、亚油酸油酸和硬脂酰胺中的至少两种。第三次热解产物包括咖啡因、十六腈、十六酸甲酯、软脂酸、亚油酸油酸、硬脂酸、邻苯二酚和十五烷中的至少两种。在不同的温度下，热解的产物也不同，可以根据实际需要，进行热解时间及次数的设置，得到所需的有机物质。这些有机物质价值也较高，可以用来制备生物质柴油等燃料，降低对化石能源的需求，减少有毒有害气体的排放，节约资源，保护环境。在第一次热解及第二次热解的过程中，会产生一定量的不凝气，其中含有甲烷等气体。本发明采用净化装置对不凝气进行回收处理，不排出有毒有害气体，绿色环保，对人体及环境无危害。分梯度热解咖啡渣，回收不同的热解产物，即在热解过程中直接进行分离。若采用一步法热解，得到的为混合物，分离混合物中的物质较为困难，不易实施。因此本发明采用的方法在热解过程中直接进行分离，热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。具体的，在温度为600～900℃、水蒸气流量为2～6l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化40～120min后，冷却即得到生物质活性炭。在本发明中，水蒸气由水蒸气发生器提供。制备的活性炭碘吸附值为900～1100mg·g-1，可以用于重金属废水、有机废气的吸附，是一种良好的净化材料。本发明的活化过程同样在热解装置中进行，咖啡渣在热解活化装置中不需要取出即可完成全部处理，本处理方法步骤简单，不需要其他仪器，操作便捷，节约成本。并且本发明利用水蒸气进行活化，处理过程中对装置没有腐蚀等影响，不会损坏仪器，降低处理成本。经过该方法处理得到的产物种类多，品质高，价值高，经济效益更好。本发明实施例提供的一种咖啡渣有价组分分离回收方法可以得到咖啡因、有机物质和生物质活性炭，可以应用在多种领域中。较优的，该处理方法可以应用在制备咖啡因中、制备工业燃料中以及制备净化材料中。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.02mpa的条件下，升温至190℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解20min，分离回收第一次热解产物。第一次热解后，进行第二次和第三次热解。在热解压力为-0.01mpa的条件下，继续升温至290℃，恒温热解20min，分离回收第二次热解产物。回收结束后，在热解压力为-0.01mpa的条件下，继续升温至390℃，恒温热解20min，分离回收第三次热解产物。热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。在温度为800℃、水蒸气流量为2l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化40min后，冷却即得到生物质活性炭。实施例2本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.09mpa的条件下，升温至210℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解40min，分离回收第一次热解产物。第一次热解后，进行第二次和第三次热解。在热解压力为-0.09mpa的条件下，继续升温至310℃，恒温热解40min，分离回收第二次热解产物。回收结束后，在热解压力为-0.09mpa的条件下，继续升温至410℃，恒温热解40min，分离回收第三次热解产物。热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。在温度为900℃、水蒸气流量为6l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化120min后，冷却即得到生物质活性炭。实施例3本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.07mpa的条件下，升温至205℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解35min，分离回收第一次热解产物。第一次热解后，进行第二次和第三次热解。在热解压力为-0.08mpa的条件下，继续升温至305℃，恒温热解35min，分离回收第二次热解产物。回收结束后，在热解压力为-0.08mpa的条件下，继续升温至405℃，恒温热解35min，分离回收第三次热解产物。热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。在温度为850℃、水蒸气流量为3l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化90min后，冷却即得到生物质活性炭。实施例4本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.05mpa的条件下，升温至200℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解30min，分离回收第一次热解产物。第一次热解后，进行第二次和第三次热解。在热解压力为-0.05mpa的条件下，继续升温至290～310℃，恒温热解30min，分离回收第二次热解产物。回收结束后，在热解压力为-0.05mpa的条件下，继续升温至400℃，恒温热解30min，分离回收第三次热解产物。热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。在温度为750℃、水蒸气流量为4l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化80min后，冷却即得到生物质活性炭。实施例5本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.08mpa的条件下，升温至200℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解25min，分离回收第一次热解产物。第一次热解后，进行第二次和第三次热解。在热解压力为-0.08mpa的条件下，继续升温至300℃，恒温热解25min，分离回收第二次热解产物。回收结束后，在热解压力为-0.08mpa的条件下，继续升温至400℃，恒温热解40min，分离回收第三次热解产物。热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。在温度为750℃、水蒸气流量为3l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化85min后，冷却即得到生物质活性炭。对比例1本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.01mpa的条件下，继续升温至450℃，恒温热解30min，分离回收热解产物。热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。在温度为900℃、水蒸气流量为4l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化60min后，冷却即得到生物质活性炭。对比例2本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.05mpa的条件下，升温至200℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解20min，分离回收热解产物。热解后，热解装置中的热解渣可以进行活化制得生物质活性炭。在温度为820℃、水蒸气流量为5l·min-1的条件下对热解渣进行活化，活化90min后，冷却即得到生物质活性炭。对比例3本实施例提供了一种咖啡渣有价组分分离回收方法，主要包括：对咖啡渣进行清洗、烘干。将干燥后的咖啡渣置于热解活化装置中，在热解压力为-0.07mpa的条件下，升温至350℃，使咖啡渣在该温度下热解，恒温热解30min，分离回收第一次热解产物。第一次热解后，进行第二次热解。在热解压力为-0.07mpa的条件下，继续升温至450℃，恒温热解40min，分离回收第二次热解产物。热解后，将热解装置中的热解渣取出，利用酸液对其进行浸泡、超声、干燥、活化、洗酸、干燥，得到生物质活性炭。试验例选取实施例1～5、对比例1～3提供的热解产物，检测物质成分，发现：实施例1～5提供的第一次热解产物主要为咖啡因水溶液，第二次热解产物和第三次热解产物主要为有机物质。对比例1中的产物主要为咖啡因水溶液，对比例2和对比例3中的产物为咖啡因和有机物质的混合物。选取实施例1～5、对比例1～3提供的生物质活性炭，检测性能，结果如下：表1检测结果组别碘吸附(mg/g)实施例11160实施例2965实施例31228实施例41200实施例51182对比例11183对比例21004对比例31107根据表1可知：实施例1～5、对比例1～3提供的生物质活性炭的碘吸附值较高，部分活性炭碘吸附值超过国家标准规定的标准值1100mg/g，吸附效果较好。综上所述，本发明提供的咖啡渣有价组分分离回收方法，通过分梯度热解咖啡渣，回收不同的热解产物，即在热解过程中直接进行分离，步骤简单，操作简便，不需要再加工即可得到咖啡因和有机物质。咖啡因本身具有较高的经济价值，有机物质可用来制备生物质柴油等燃料，降低对化石能源的需求，减少有毒有害气体的排放，节约资源，保护环境。利用水蒸气对热解渣进行活化，步骤简单，操作便捷，节约成本。活化过程中对装置没有腐蚀性，不会损坏仪器，降低处理成本。得到的生物活性炭吸附性能较好。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页12