Fra affald til rigdom:Omdannelse af biomasse til humussyre med to-trins hydrotermisk proces via hydrochar

Humussyre (HA) er et makromolekylært organisk stof, der er meget udbredt inden for landbrug, skovbrug, husdyrhold, kemisk industri, byggematerialer, medicin, miljøbeskyttelse og en række andre områder. Men produktionen af ​​kemisk HA på markedet er afhængig af ikke-fornybare ressourcer, såsom tørv, brunkul og kul, som kræver lange perioder at danne. Og det udvundne HA-udbytte afhænger af fossilernes type og kvalitet.

Lavkvalitets brunkul og kul fører normalt til lav HA-ekstraktionseffektivitet. Selvom traditionelle komposteringsmetoder kan omdanne frisk bioaffald til gødning med højt HA-indhold, er de ineffektive og tager lang tid.

Hydrotermisk teknologi kan skabe høje temperaturer (>160°C) og højtryksforhold (5-250 bar) i et lufttæt miljø, derfor kan den hydrotermiske behandling af biomasse betragtes som en kemisk proces, der simulerer naturlig forkulning, hvilket giver en vedvarende og miljøvenlig vej til HA-produktion.

Under hydrotermiske forhold kan hydrochar og hydrotermiske opløsninger afledt af bioaffald undergå befugtning, og alkalisk hydrotermisk behandling kan yderligere forbedre hydrotermisk humussyre (HHA) udbytte. Udbyttet af HA ved brug af alkalisk hydrotermisk behandling af biomasseaffald er dog normalt lavt. Begrænsningen af ​​det lave HHA-udbytte skyldes dannelsen af ​​en stor mængde hydrochar med lav befugtningskapacitet.

Så for at overvinde dette problem blev der i en tidligere undersøgelse udviklet en let to-trins hydrotermisk befugtningsmetode for at maksimere HA-udbyttet ved yderligere at omdanne hydrochar til HA ved hjælp af en to-trins hydrotermisk behandling.

Undersøgelser har vist, at både den sure hydrotermiske befugtning af bioaffald og den alkaliske hydrotermiske behandling af hydrochar bidrog til det høje udbytte af HHA. Der mangler dog forskning i at optimere sure hydrotermiske befugtningsforhold for yderligere at forbedre HHA-udbyttet. Desuden er virkningsmekanismen, der påvirker hydrotermisk kuls befugtningsevne ved alkalisk hydrotermisk behandling, ikke undersøgt.

Forskere fra Tsinghua University og Hong Kong Baptist University optimerede en let to-trins hydrotermisk humificeringsmetode udviklet i en tidligere undersøgelse. Effekten af ​​hydrotermiske temperaturer og pH på hydrochar-egenskaberne og den yderligere indflydelse af den hydrochar-afledte HA-dannelse blev undersøgt.

Undersøgelsen, med titlen "To-trins hydrotermisk konvertering af biomasseaffald til humussyre ved hjælp af hydrochar som mellemprodukt," er offentliggjort online i Grænser for miljøvidenskab og teknik .

I undersøgelsen blev flere biomasse-afledte hydrochar fremstillet og opnået af forskerholdet ved forskellige hydrotermiske pH-værdier og temperaturer. Ændringer i hydrocharens kemiske egenskaber under hydrotermiske betingelser blev analyseret. Desuden blev graden af ​​befugtning af hydrochar under alkaliske hydrotermiske betingelser undersøgt.

Korrelationer mellem graden af ​​hydrochar-umættethed og deres grad af befugtning blev bestemt.

Deres resultater viste, at hydrocharerne fremstillet under de hydrotermiske forhold med høj temperatur og lav pH viste høj befugtningskapacitet og til sidst opnåede høj HHA_alk udbytter. Det afslørede også, at kilderne til hydrochar-afledt HHA_alk blev afsløret:1) produktion i fase af hydrochar-fremstilling; 2) stigning under alkalisk hydrotermisk behandling af hydrochar. RS i hydrochar spillede en nøglerolle i HHA_alk dannelse.

Disse resultater giver et videnskabeligt grundlag for bæredygtig behandling af biomasseaffald og afslører forholdet mellem biomasseafledt hydrochar og dets humificeringspotentiale. Denne innovative tilgang forventes at lette produktionen af ​​vedvarende HA, reducere afhængigheden af ​​ikke-vedvarende ressourcer og levere mere bæredygtige løsninger på flere områder.

Flere oplysninger: Yuchao Shao et al., To-trins hydrotermisk omdannelse af biomasseaffald til humussyre ved brug af hydrochar som mellemprodukt, Grænser for miljøvidenskab og teknik (2023). DOI:10.1007/s11783-023-1719-8

Leveret af Frontiers Journals