TWI831548B - 以廢菇包生產木質素的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種以廢菇包生產木質素的方法，該方法包含下列步驟：(a) 將廢菇包粉碎為渣料，並將該渣料與鹼液混合形成渣料/鹼液混合物；(b) 將該渣料/鹼液混合物進行加熱處理，以將該渣料/鹼液混合物製成廢菇包前處理物，該廢菇包前處理物中含有前處理液體與前處理固體；(c) 將該廢菇包前處理物進行固液分離處理，以取得該前處理液體；(d) 將酸液加入到該前處理液體中，使該前處理液體與該酸液進行酸沉澱反應，透過該酸沉澱反應使該前處理液體中的含木質素沉澱物沉澱；及 (e) 將已完成酸沉澱反應的前處理液體進行固液分離，取出該含木質素沉澱物。藉由如上所述之以廢菇包生產木質素的方法，提供一種新的廢菇包利用處理方式。
Description
本發明係關於一種將廢菇包回收再利用的方法，尤其是一種以廢菇包生產木質素的方法。
目前通常是以太空包的方式來種植菇類，菇類的太空包中主要含有木屑、稻草、玉米桿、蔗渣等含木質素介質材料，當太空包中長出菇類後，此太空包便無法再利用而成為需要拋棄的廢菇包，因此，廢菇包亦為農業廢棄物中的一種，廢菇包的內容物包括已長出的菇類其無法食用而被拋棄的部分以及前述木質素介質材料。習知處理廢菇包的方式為將其掩埋或焚燒，或是將其作為肥料利用。
然而，由於菇類的種植量逐年上升，廢菇包的數量也隨之增加，習知處理廢菇包的方式已不足以完全處理掉數量越來越多的廢菇包，因此，找到新的廢菇包利用處理方式，仍為有待解決的問題。
本發明之目的即針對上述問題，提供一種以廢菇包生產木質素的方法，其包含下列步驟：(a) 將廢菇包粉碎為渣料，並將該渣料與鹼液混合形成渣料/鹼液混合物，該渣料/鹼液混合物的pH值為pH 12至pH 14；(b) 將該渣料/鹼液混合物以70℃至110℃的溫度進行加熱處理2至4小時，以將該渣料/鹼液混合物製成廢菇包前處理物，該廢菇包前處理物中含有前處理液體與前處理固體，該前處理液體中溶有木質素；(c) 將該廢菇包前處理物進行固液分離處理，以取得該前處理液體；(d) 將酸液加入到該前處理液體中以將該前處理液體的pH值調整為pH 2至pH 3，使該前處理液體與該酸液進行酸沉澱反應，透過該酸沉澱反應使該前處理液體中的含木質素沉澱物沉澱；及 (e) 將已完成酸沉澱反應的前處理液體進行固液分離，取出該含木質素沉澱物。
如上所述之方法，在步驟a中，該渣料/鹼液混合物的pH值為pH 13至pH 14。
如上所述之方法，在步驟a中，該鹼液為0.5%至2%重量百分濃度的氫氧化鈉，該渣料與該鹼液的重量比為1：4~1：6。
如上所述之方法，在步驟a中，該鹼液的重量百分濃度為1.8%至2%。
如上所述之方法，在步驟b中，將該渣料/鹼液混合物以75℃至85℃的溫度進行加熱處理。
如上所述之方法，在步驟d中，該酸液為95%至97%重量百分濃度的硫酸。
如上所述之方法，在步驟c中，進一步回收該前處理固體以作為沼氣生產製程的原料。
藉由如上所述以廢菇包生產木質素的方法，可以提供一種新的廢菇包利用處理方式，藉此進一步提升廢菇包的處理量及回收利用率。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
本實施例之以廢菇包生產木質素的方法其生產流程係概述如下。首先，將廢菇包粉碎為渣料，並將該渣料與鹼液混合形成渣料/鹼液混合物，該渣料/鹼液混合物的pH值為pH 12至pH 14。接著，將該渣料/鹼液混合物以70℃至110℃的溫度進行加熱處理2至4小時，以將該渣料/鹼液混合物製成廢菇包前處理物，該廢菇包前處理物中含有前處理液體與前處理固體，該前處理液體中溶有木質素。然後，將該廢菇包前處理物進行固液分離處理，以取得該前處理液體。取得該前處理液體後，將酸液加入到該前處理液體中以將該前處理液體的pH值調整為pH 2至pH 3，使該前處理液體與該酸液進行酸沉澱反應，透過該酸沉澱反應使該前處理液體中的含木質素沉澱物沉澱。最後將已完成酸沉澱反應的前處理液體進行固液分離，取出該含木質素沉澱物。
本實施例之廢紙容器處理方法的具體製程將如下列所述。同時，為了測試不同廢菇包料源和處理條件所得到的木質素產率。因此，本實施例係根據前述之生產流程設計實驗組1-8，實驗組1-8所進行之以廢菇包生產木質素的方法大致相同，實驗組1-8之間的差別主要在於料源種類以及處理參數的改變。
首先，提供杏鮑菇廢菇包作為供實驗組1-6進行測試的廢菇包料源，該杏鮑菇廢菇包包括杏鮑菇廢棄部位以及含木質素介質材料（其中含有木屑、稻草、玉米桿及蔗渣）；並且提供金針菇廢菇包作為供實驗組7-8進行測試的廢菇包料源，該金針菇廢菇包包括金針菇廢棄部位以及含木質素介質材料（其中含有木屑、稻草、玉米桿及蔗渣）。上述實驗組1-6其所使用的廢菇包料源（杏鮑菇廢菇包）以及各組測試料源所取用的重量皆相同，其將用於測試不同處理參數下所可得到的木質素產率，實驗組7-8所使用的是與實驗組1-6不同的廢菇包料源（金針菇廢菇包），其將用於測試其他來源的廢菇包是否也可以用來生產木質素產率，並且測試當以金針菇廢菇包生產木質素時，其較佳的處理條件。
前述供實驗組1-8進行測試的杏鮑菇廢菇包及金針菇廢菇包分別以粉碎機進行粉碎處理，以將廢菇包粉碎成呈顆粒狀的廢菇包渣料，並取6份濕重皆為172克的杏鮑菇廢菇包渣料（含水率58.08%）分別作為實驗組1-6的料源，並取2份濕重皆為195克的金針菇廢菇包渣料（含水率64.08%）分別作為實驗組7-8的料源，實驗組1-8的渣料顆粒直徑皆粉碎至約為0.5 cm，但在其他製程可視需求將渣料顆粒粉碎至不同粒徑大小。然後，在實驗組1-6的渣料中分別加入928克的作為鹼液之氫氧化納，進而形成渣料/鹼液混合物，實驗組1-6的氫氧化納重量百分濃度條件見下表1；並且，在實驗組7-8的渣料中分別加入875克的作為鹼液之氫氧化納，進而形成渣料/鹼液混合物，實驗組7-8的氫氧化納重量百分濃度條件見下表1。
表1-實驗組1-8的氫氧化鈉重量百分濃度
| 組別 | 氫氧化鈉重量百分濃度 |
| 實驗組1 | 2% |
| 實驗組2 | 2% |
| 實驗組3 | 1% |
| 實驗組4 | 1% |
| 實驗組5 | 0.5% |
| 實驗組6 | 0.5% |
| 實驗組7 | 1% |
| 實驗組8 | 1% |
在實驗組1-8中，係透過設定特定濃度的氫氧化納與渣料之間的重量比來設定渣料/鹼液混合物的pH值，實驗組1、2的pH值為13.7，實驗組3、4的pH值為13.4，實驗組5、6的pH值為13.1，實驗組7、8的pH值為13.4。上述渣料/鹼液混合物的pH值可能會因為操作方式和不同批次渣料料源特性而會略微改變。在本實施例中，係透過將渣料與特定濃度的氫氧化納（0.5%至2%重量百分濃度的氫氧化鈉，氫氧化鈉濃度係以水稀釋調整）的重量比調整為1：4.5~1：5.4（在其他製程中，重量比可視需求在1：4~1：6之間調整）來將渣料/鹼液混合物的pH值設定為pH 12至pH 14，但在其他製程中，也可選用其他種類的鹼液以不同的渣料/鹼液重量比來將渣料/鹼液混合物的pH值設定為pH 12至pH 14，例如氫氧化鉀、碳酸鈉，而不以本實施例為限。
在製程實驗組1-8的渣料/鹼液混合物後，對其進行熱鹼處理，即使實驗組1-8的渣料在鹼性環境中進行加熱處理，透過對廢菇包的渣料進行熱鹼處理可以有效破壞廢菇包中的纖維結構，並將木質素萃取出來。實驗組1-8的加熱溫度見下表2（在其他製程中，加熱溫度可視需求在70℃至110℃之間調整），實驗組1-8皆為加熱3小時（在其他製程中，加熱時間可視需求在2至4小時之間調整）。實驗組1-8在熱鹼處理完成後，即可將渣料/鹼液混合物製成廢菇包前處理物，該廢菇包前處理物中含有前處理液體與前處理固體，該前處理液體中溶有透過前述熱鹼處理而從廢菇包的渣料中萃取出的木質素。
表2-實驗組1-8的加熱溫度
| 組別 | 溫度(℃) |
| 實驗組1 | 100 |
| 實驗組2 | 80 |
| 實驗組3 | 100 |
| 實驗組4 | 80 |
| 實驗組5 | 100 |
| 實驗組6 | 80 |
| 實驗組7 | 100 |
| 實驗組8 | 80 |
在製得實驗組1-8的廢菇包前處理物後，分別將實驗組1-8的廢菇包前處理物以孔徑小於100網目的濾布過濾進行固液分離處理，進而從實驗組1-8的廢菇包前處理物中分離取得其前處理液體（實驗組1-6的前處理液體重量約為920克，實驗組7-8的前處理液體重量約為880克）。在其他製程，亦可選用其他方式對廢菇包前處理物進行固液分離處理，例如透過離心方式。
此外，實驗組1-8的前處理固體可以被回收以作為沼氣生產製程的原料，前述沼氣生產製程為以廢菇包的前處理固體作為料源進行厭氧發酵來生產沼氣，所生產的沼氣可以用來提供本實施例的製程中所需要的能源。
在取得實驗組1-8的前處理液體後，從實驗組1-8的前處理液體中分別取出50克的樣本，再將重量百分濃度為97%的硫酸（硫酸的重量百分濃度可視製程需求在95%至97%的範圍之間調整）分別加入實驗組1-8的前處理液體樣本中（實驗組1-8所添加的硫酸量參見下表3），以將該前處理液體的pH值調整為pH3（在其他製程中，pH值可視需求在pH 2至pH 3的範圍之間調整），使該前處理液體與該酸液進行酸沉澱反應，前述酸沉澱反應的進行時間為24小時（在其他製程中，酸沉澱反應時間可視需求調整，例如可在16小時至24小時的範圍之間，若使用其他濃度或其他種類的酸液，亦可視需求調整為其他反應時間），透過該酸沉澱反應可使實驗組1-8的前處理液體樣本中的木質素沉澱出來，此時實驗組1-8的前處理液體樣本中的沉澱物即為含木質素沉澱物（其中含有木質素以及其他雜質沉澱物，即木質素粗產物）。
表3-實驗組1-8的硫酸量
| 組別 | 添加硫酸量(ml) |
| 實驗組1 | 0.5 |
| 實驗組2 | 0.5 |
| 實驗組3 | 0.25 |
| 實驗組4 | 0.25 |
| 實驗組5 | 0.1 |
| 實驗組6 | 0.1 |
| 實驗組7 | 0.3 |
| 實驗組8 | 0.3 |
在本實施例中是透過重量百分濃度為97%的硫酸將實驗組1-8的前處理液體樣本pH值調整為pH 3，但在其他製程中，也可選用其他種類的酸液來將前處理液體的pH值調整為pH 2至pH 3，例如鹽酸、硝酸，而不以本實施例為限。
最後，將已完成酸沉澱反應的實驗組1-8的前處理液體樣本放入離心機中以4000 rpm的轉速離心15分鐘，離心完畢後，去除上清液，取出實驗組1-8的含木質素沉澱物，並將實驗組1-8的含木質素沉澱物放入烘箱中以105℃的溫度加熱烘乾，烘乾後秤取實驗組1-8的含木質素沉澱物的重量，即可計算出實驗組1-8的木質素粗產物產率，即從每單位重量的廢菇包可以得出多少的木質素粗產物，同時，以標準方法(NREL/TP-510-42619)分析實驗組1-8的含木質素沉澱物中木質素純度，分析結果顯示實驗組1-8的含木質素沉澱物中木質素純度皆大於30%以上。
實驗組1-8的木質素粗產物產率如下表4及圖1所示，實驗組1-8皆有產出木質素粗產物，並且實驗組2的木質素粗產物產率最高，亦即，在相同料源條件下，以重量百分濃度為1.8%至2%（實驗組2中使用2%重量百分濃度的氫氧化鈉）的氫氧化鈉與渣料製成pH值為pH 13至pH 14的渣料/鹼液混合物（實驗組2的渣料/鹼液混合物pH值為14），並將該渣料/鹼液混合物以75℃至85℃的溫度（實驗組2以80℃的溫度進行加熱處理）進行加熱處理，可以得到較高的木質素粗產物產率。
表4-實驗組1-8的木質素粗產物產率
| 組別 | 木質素粗產物產率(mg(木質素)/g(廢菇包)) |
| 實驗組1 | 110 |
| 實驗組2 | 152 |
| 實驗組3 | 82 |
| 實驗組4 | 93 |
| 實驗組5 | 57 |
| 實驗組6 | 58 |
| 實驗組7 | 62 |
| 實驗組8 | 60 |
在本實施例的測試中係以杏鮑菇廢菇包及金針菇廢菇包為例，由於上述測試已證明不同種類的廢菇包都可以用來產生木質素，因此本實施例的方法中所可使用的廢菇包種類可以為其他菇類，例如珊瑚菇、秀珍菇等菇類的廢菇包，而不以本實施例為限。
如上所述，藉由如上所述之以廢菇包生產木質素的方法，可以提供一種新的廢菇包利用處理方式，藉此進一步提升廢菇包的處理量及回收利用率。同時，廢菇包經由熱鹼處理所得到之前處理固體可以被回收作為厭氧發酵的原料來生產沼氣，所生產的沼氣可以用來提供廢菇包處理製程中所需要的能源。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
無
圖1示出本發明實施例之以廢菇包生產木質素的方法在不同處理條件下的木質素粗產物產率比較。
無
Claims (10)
- 一種以廢菇包生產木質素的方法，其包含下列步驟： (a) 將廢菇包粉碎為渣料，並將該渣料與鹼液混合形成渣料/鹼液混合物，該渣料/鹼液混合物的pH值為pH 12至pH 14； (b) 將該渣料/鹼液混合物以70℃至110℃的溫度進行加熱處理2至4小時，以將該渣料/鹼液混合物製成廢菇包前處理物，該廢菇包前處理物中含有前處理液體與前處理固體，該前處理液體中溶有木質素； (c) 將該廢菇包前處理物進行固液分離處理，以取得該前處理液體； (d) 將酸液加入到該前處理液體中以將該前處理液體的pH值調整為pH 2至pH 3，使該前處理液體與該酸液進行酸沉澱反應，透過該酸沉澱反應使該前處理液體中的含木質素沉澱物沉澱；及 (e) 將已完成酸沉澱反應的前處理液體進行固液分離，取出該含木質素沉澱物。
- 如請求項1所述之方法，其中，在步驟a中，該渣料/鹼液混合物的pH值為pH 13至pH 14。
- 如請求項2所述之方法，其中，在步驟a中，該鹼液為0.5%至2%重量百分濃度的氫氧化鈉，該渣料與該鹼液的重量比為1：4~1：6。
- 如請求項3所述之方法，其中，在步驟a中，該鹼液的重量百分濃度為1.8%至2%。
- 如請求項4所述之方法，其中，在步驟b中，將該渣料/鹼液混合物以75℃至85℃的溫度進行加熱處理。
- 如請求項4所述之方法，其中，在步驟d中，該酸液為95%至97%重量百分濃度的硫酸。
- 如請求項1所述之方法，其中，在步驟a中，該鹼液為0.5%至2%重量百分濃度的氫氧化鈉，該渣料與該鹼液的重量比為1：4~1：6。
- 如請求項1所述之方法，其中，在步驟b中，將該渣料/鹼液混合物以75℃至85℃的溫度進行加熱處理。
- 如請求項1所述之方法，其中，在步驟c中，進一步回收該前處理固體以作為沼氣生產製程的原料。
- 如請求項1所述之方法，其中，在步驟d中，該酸液為95%至97%重量百分濃度的硫酸。
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|---|---|---|---|---|
| CN102561082A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-11 | 北京林业大学 | 从木质纤维原料提取半纤维素、纤维素和木质素的方法 |
-
2022
- 2022-12-30 TW TW111150874A patent/TWI831548B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102561082A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-11 | 北京林业大学 | 从木质纤维原料提取半纤维素、纤维素和木质素的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 期刊 薛佑光、張勝智 菇包栽培後介質再利用與 製作生物炭之探討 種苗科技專訊 No.107 12 行政院農業委員會種苗改良繁殖場 2019.09 9~12; * |
| 網路文獻 伍世民 香菇培養基廢棄物之生質精煉前處理法的探討 明新科技大學 2015 * |
| 網路文獻 陳文華,詹明峯,王蔚 使沼氣產量翻倍之生質物解聚暨共消化技術 工業材料雜誌 2022/06/05; * |
| 網路文獻 林曉洪 廢棄香菇太空包應用於固態生質燃料之製造 台灣環境資源永續發展研討會 20071213; * |
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