低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法及应用

本发明属于生物质资源综合利用，具体涉及低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法及应用。

背景技术：

1、农业和林业生产中产生的秸秆等农林副产物一直是相关行业难以处理的老大难问题。随着近年来环保与大气污染防治工作的深入，这些副产物中尤其是农业秸秆的综合利用与无害化处理逐渐成为每年采收季节后突出的全国性难题，各地均出台了相应的法律法规针对秸秆露天焚烧进行严格的限制。

2、目前秸秆利用的瓶颈问题在于秸秆类原材料结构复杂开发难度大衍生的产品附加值低，导致经济上难以构建可以稳定运行的规模化产业模式来消纳每年大量产生的农业秸秆。通常农业秸秆主要是植物的茎和叶部分，其中除了植物纤维常规的纤维素、木质素、半纤维素三大化学组分外(三组分占干物质的量至少达到80％)，还包括蛋白质、色素、蜡质、矿物质等，通常缺乏特色高附加值成分。再加上秸秆本身质量轻体积大，较低的堆积密度不仅导致收储和运输成本高昂，而且工业生产时也会带来装锅密度低、单位能耗高的问题。

3、为解决低成本和规模化利用秸秆生物质的问题，我们提出将其转化为腐殖酸。相比于广泛使用的来源于泥炭、褐煤及风化煤等成煤过程早、中期阶段的低级别煤炭的矿源腐殖酸而言，一般认为生物质来源的腐殖酸农业使用上效果不及矿源腐殖酸。这是因为传统的生物质腐殖酸主要来源于对原料的发酵或简单化学处理，其主要目的是使三大化学组分之间易于分离，提取的腐殖酸在化学结构上更接近甚至某种程度上就是木质素，因此造成其农业应用不如矿源腐殖酸。

4、矿源腐殖酸是由植物体在地壳中经过漫长的地球物理化学转化而形成。理论上，如果能模拟或者部分模拟植物残体在地层中转化为腐殖酸的过程，便可以利用新鲜植物材料制备化学结构趋近于矿源腐殖酸的产品，进而以各种植物来源补充和替代不可再生资源的矿源腐殖酸。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题提供低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，本发明制备过程简单，成本低，得到的生物质腐殖酸可促进发芽、生长和提高矿物肥料利用率。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，包括s1、将农林废弃物或木质素置于热解炉中反应，得到中间产物；s2、将步骤s1得到的中间产物与氧化剂溶液混合反应，得到腐殖酸；s3、将步骤s2得到的腐殖酸加入碱，调节ph至碱性，待充分溶解后，过滤后得到生物质腐殖酸。本发明还包括低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的应用于促进发芽、生长和提高矿物肥料利用率。

3、有益效果：本发明制备过程简单，成本低，得到的生物质腐殖酸可促进发芽、生长和提高矿物肥料利用率。

4、原理说明：首先，对农林废弃物或木质素进行热裂解反应，通过加热使木质素上羧基、羟基、甲氧基等键能较低的化学键断裂，生成大量自由基，再引发一系列的二次反应，生成复杂的反应产物，但总的反应方向是脱水、脱氧和芳香化。这与成煤阶段初期的化学反应大致同向，通过适当的反应条件控制，可以实现提升多环和杂环芳烃占比的目的，适合用于木质素向腐殖酸的转化。经大量实践，我们发现在较低温度下的热裂解是实现制备腐殖酸的第一步。此时，除了以上木质素的化学反应外，生物质中另外两大组成，纤维素和半纤维素则主要发生糖苷键断裂、脱水和芳环化等。

5、完成第一步热裂解后，生成的腐殖酸还需要经过氧化裂解步骤将一些不饱和键、烷基等再氧化断裂，重新生成羧基等亲水基团使之可以溶解。最后用碱进行中和及提取，使之与纤维素和半纤维素残体分离即可获得腐殖酸类产品。调节氧化裂解步骤的反应条件，可以控制产物的分子量和水溶性，以生产酸和水都不溶而碱溶的腐殖酸或酸、水和碱都能溶的黄腐酸。控制分子量在130kda以下，有利于获得更容易被植物吸收，农业应用效果更好的腐殖酸类产品。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

7、进一步，在步骤s1中，所述反应温度为200-300℃，时间为20-60min。。

8、进一步，在步骤s2中，所述中间产物与所述氧化剂溶液的用量关系为1kg：1-10l。

9、进一步，在步骤s2中，所述混合反应的温度为25-100℃，时间为1-5h。

10、进一步，在步骤s2中，所述氧化剂溶液为双氧水、次氯酸钠、硝酸、二氧化氯中的任意一种。

11、上述低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的应用，用于促进发芽、生长和提高矿物肥料利用率。

12、有益效果：本发明制备的生物质腐殖酸呈现明显的小分子量更能促进种子发芽的特性，促进肥料吸收和提升作物产量的功能。

技术特征：

1.低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述反应温度为200-300℃，时间为20-60min。

3.根据权利要求1所述的低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述中间产物与所述氧化剂溶液的用量关系为1kg∶1-10l。

4.根据权利要求1所述的低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述混合反应的温度为25-100℃，时间为1-5h。

5.根据权利要求1所述的低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述氧化剂溶液为双氧水、次氯酸钠、硝酸、二氧化氯中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的低温热解-氧化法制生物质腐殖酸盐的应用，其特征在于，用于促进发芽、生长和提高矿物肥料利用率。

技术总结
本发明涉及低温热解‑氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，属于生物质资源综合利用技术领域。低温热解‑氧化法制生物质腐殖酸盐的制备方法，包括以下步骤：S1、将农林废弃物或木质素置于热解炉中反应，得到中间产物；S2、将步骤S1得到的中间产物与氧化剂溶液混合反应，得到腐殖酸；S3、将步骤S2得到的腐殖酸加入碱，调节PH至碱性，待充分溶解后，过滤后得到生物质腐殖酸盐。本发明还包括低温热解‑氧化法制生物质腐殖酸盐的应用于促进发芽、生长和提高矿物肥料利用率。有益效果：本发明制备过程简单，成本低，得到的生物质腐殖酸可促进发芽、生长和提高矿物肥料利用率。

技术研发人员：王磊,陈海珊,刘金磊,马欣宏
受保护的技术使用者：广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12