CN114276180B - 一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的方法 - Google Patents

一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的方法，将林业废弃物和抗生素菌渣按质量比1:1～10之间进行研磨混合，在无氧环境、450～750℃下进行共热解，制备得到含氮高值化学品，所述含氮高值化学品包括酰胺、含氮杂环化合物和腈类。林业废弃物和抗生素菌渣进行共热解处置，两者协同作用，既能够提高含氮高值化学品的产率，又能够实现危险化学品抗生素菌渣的无害化和资源化处置以及农林废弃物的资源化利用。

Description

一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的 方法
技术领域：
本发明涉及固体废物综合利用技术领域，具体涉及一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的方法。
背景技术：
目前，在抗生素的生产过程中，会产生大量的菌渣，根据1吨抗生素生产过程中产生8～10吨菌渣计算，菌渣年产量可达百万吨。抗生素菌渣的主要成分包括菌丝体、中间代谢物、残余培养基有机溶媒以及少量残留抗生素等。由于菌渣中有机质含量较高，会引起二次发酵，颜色会变黑，并产生异味，严重影响环境。此外，一旦抗生素菌渣中残留的抗生素和抗性基因进入环境中，它们会在生物体体内传播和富集，这可能最终导致病原菌耐药性的出现和传播，从而使抗菌药物失去最初的的治疗效果，最终危及人类健康。抗生素菌渣化学成分为蛋白质、氨基酸等物质，没有残留药物影响的菌渣则具有很高的利用价值。通过采用生物或化学手段可将这些含氮原料转化为各类高值化学品，正受到越来越多的关注。同时，我国每年会产生上亿吨的木材加工剩余物、城市园林绿化废弃物等林业废弃物，如何将其资源化利用受到了研究人员的广泛关注。
发明内容：
本发明的目的是提供一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的方法，该方法包括以下步骤：将林业废弃物和抗生素菌渣按质量比1:1～10之间进行研磨混合，在无氧环境、450～750℃下进行共热解，制备得到含氮高值化学品，所述含氮高值化学品包括酰胺、含氮杂环化合物和腈类。
所述的林业废弃物为50～200目粒径的桉树锯末、桉树皮、椰子壳中的一种。
所述的抗生素菌渣为50～200目粒径的青霉素菌渣、四环素菌渣、土霉素菌渣、庆大霉素菌渣中的一种。
所述的无氧环境是氮气、氩气或氦气气氛。
升温速率为10～104℃/s。
优选地，共热解的保温时间为20s。
热解后残余的生物炭材料还可作为含氮的肥料添加剂等进一步加以利用。
本发明利用抗生素菌渣化学组成优势以弥补林业废物含氮量低的缺点。生物质热解过程中，碱金属和碱土金属元素(AAEMs)会显著改变热解产物的分布情况，本发明农林废弃物含有较多K、Ca等碱金属和碱土金属元素，会显著改变热解产物的分布情况。此外农林废弃物的主要成分为木质纤维素，其在高温热解碳化后依然能够保持良好的孔道结构，有利于热解挥发性产物的释放。此外，农林废弃物中的木质素成分天然含有丰富的芳环结构，能够促进氮杂环化合物等高值化学品的形成。因此，本发明利用农林废弃物与抗生素菌渣的物理化学特性，采用热解方式将农林废弃物与抗生素菌渣进行协同处置，在制备含氮高值化学品的同时，也实现了对危废抗生素菌渣的无害化和资源化处置，以及农林废弃物的资源化利用。
本发明的有益效果如下：
1)本发明将林业废弃物和抗生素菌渣进行共热解处置，两者协同作用，既能够提高含氮高值化学品的产率，又能够实现危险化学品抗生素菌渣的无害化和资源化处置以及农林废弃物的资源化利用。
2)在林业废弃物与抗生素菌渣共热解之后，残余的生物炭材料还可作为含氮的肥料添加剂等进一步加以利用。
3)本发明方法操作简单，无需投入额外的成本，可进一步推广应用于其它含氮废弃物的资源化利用。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
将100目的桉树皮与青霉素菌渣以质量比1:2进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为52.9％，其中酰胺类的相对含量为5.4％，含氮杂环化合物的相对含量为37.9％，腈类的相对含量为9.6％。参见表1。
实施例2
将100目的桉树皮与青霉素菌渣以质量比1:5进行均匀研磨混合，在热解温度550℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为49.2％，其中酰胺类的相对含量为3.3％，含氮杂环化合物的相对含量为28.6％，腈类的相对含量为17.3％。
实施例3
将100目的桉树皮与青霉素菌渣以质量比1:10进行均匀研磨混合，在热解温度750℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为45.1％，其中酰胺类的相对含量为0％，含氮杂环化合物的相对含量为23.0％，腈类的相对含量为22.1％。
实施例4
将200目的桉树皮与青霉素菌渣以质量比1:1进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氮气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为50.8％，其中酰胺类的相对含量为5.6％，含氮杂环化合物的相对含量为38.4％，腈类的相对含量为6.8％。
实施例5
将100目的桉树皮与青霉素菌渣以质量比1:2进行均匀研磨混合，在热解温度650℃、升温速率102℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为47.4％，其中酰胺类的相对含量为0.3％，含氮杂环化合物的相对含量为24.4％，腈类的相对含量为22.7％。
实施例6
将50目的桉树皮与青霉素菌渣以质量比1:1.5进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率10℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为53.4％，其中酰胺类的相对含量为6.2％，含氮杂环化合物的相对含量为36.0％，腈类的相对含量为11.2％。
实施例7
将100目的桉树锯末与青霉素菌渣以质量比1:3进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为50.2％，其中酰胺类的相对含量为2.9％，含氮杂环化合物的相对含量为40.3％，腈类的相对含量为7.0％。
实施例8
将100目的桉树锯末与青霉素菌渣以质量比1:1.2进行均匀研磨混合，在热解温度550℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为47.6％，其中酰胺类的相对含量为1.4％，含氮杂环化合物的相对含量为29.5％，腈类的相对含量为16.7％。
实施例9
将200目的椰子壳与青霉素菌渣以质量比1:2进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氮气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为49.7％，其中酰胺类的相对含量为2.8％，含氮杂环化合物的相对含量为40.1％，腈类的相对含量为6.8％。
实施例10
将100目的桉树皮与青霉素菌渣以质量比1:1进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率10℃/s、热解气氛为氩气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为52.5％，其中酰胺类的相对含量为4.4％，含氮杂环化合物的相对含量为38.2％，腈类的相对含量为9.9％。
实施例11
将100目的桉树皮与四环素菌渣以质量比1:2进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为52.1％，其中酰胺类的相对含量为4.8％，含氮杂环化合物的相对含量为38.2％，腈类的相对含量为9.1％。
实施例12
将200目的椰子壳与土霉素菌渣以质量比1:2进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率104℃/s、热解气氛为氮气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为49.9％，其中酰胺类的相对含量为2.4％，含氮杂环化合物的相对含量为39.6％，腈类的相对含量为7.9％。
实施例13
将50目的桉树皮与庆大霉素菌渣以质量比1:1.5进行均匀研磨混合，在热解温度450℃、升温速率10℃/s、热解气氛为氦气的条件下进行共热解；通过气相色谱-质谱联用仪分析热解产物中各种含氮化学品的相对含量，计算得到热解产物中含氮化合物的相对含量为50.5％，其中酰胺类的相对含量为5.8％，含氮杂环化合物的相对含量为34.1％，腈类的相对含量为10.6％。
表1
Figure BDA0003432522270000071

Claims (4)

1.一种林业废弃物与抗生素菌渣共热解制备含氮高值化学品的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将林业废弃物和抗生素菌渣按质量比1:1～10之间进行研磨混合，在无氧环境、450～750℃下进行共热解，升温速率为10～104℃/s，共热解的保温时间为10～60s，制备得到含氮高值化学品，所述含氮高值化学品包括酰胺、含氮杂环化合物和腈类；所述的林业废弃物为50～200目粒径的桉树锯末、桉树皮、椰子壳中的一种；所述的抗生素菌渣为50～200目粒径的青霉素菌渣、四环素菌渣、土霉素菌渣、庆大霉素菌渣中的一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的无氧环境是氮气、氩气或氦气气氛。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，共热解的保温时间为20s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，热解后残余的生物炭材料作为含氮的肥料添加剂进一步加以利用。
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