一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法技术

本发明专利技术公开了一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法，包括以下步骤：(1)向发酵残渣中加入含钾元素的碱性水溶液抽提木质素，固液分离，得到固体残渣和碱抽提液；(2)向得到的固体残渣中加入腐熟剂进行腐熟处理；(3)用含磷元素的酸性水溶液调节碱抽提液的pH至2～6，固液分离，固相经洗涤干燥后即得木质素；(4)将滤液进行干燥制得磷钾复合肥。本发明专利技术通过梯度调节碱抽提液的pH，控制缓释型磷钾复合肥的肥效肥效，从而满足不同农作物对磷钾复合肥的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法
本专利技术属于生物能源与生物化工领域，具体涉及一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法。
技术介绍
近年来，随着石油等化石资源的逐渐枯竭以及环境污染等问题日益突出，绿色低碳的发展理念不断深入人心，以生物质全组分利用的精炼技术已成为世界备受瞩目的研究开发领域，其中燃料乙醇作为一种可再生的生物质能源，正逐步渗透于人们的日常生活中。2015年全球燃料乙醇产量达到983亿升，占总生物液体燃料(包括乙醇、生物柴油和氢化植物油)产量(约1307亿升)的75％，是全球最主要的液体可再生燃料，也是交通领域公认的汽油替代燃料。迄今为止，燃料乙醇主要是以粮食作物、糖类作物和非粮淀粉等为原料通过发酵产生，为了节约粮食，以木质纤维素类生物质为原料生产纤维乙醇将成为今后的发展趋势。目前，纤维乙醇整体尚处于工业试验阶段，国内外已有多套示范装置。但是，其与粮食乙醇的成本竞争性一直是纤维乙醇商业化的限制性因素。木质素作为自然界中在总量上仅次于纤维素的可再生、可生物降解的天然有机高分子化合物，是唯一能大量提供可再生芳香基化合物的非石油资源，用其来制备高附加值化学品是提高生物质资源利用效率的关键。然而在实际应用中，只有很小一部分木质素被用于其他商业目的，绝大部分均被焚烧以回收部分热能。因此，若能有效的利用这部分木质素，不仅可以减轻环境污染，而且在一定程度上可以提高传统生物炼制的经济效益。土壤中的常量营养元素氮、磷、钾通常不能满足作物生长的需求，需要施用含氮、磷、钾的化肥来补足。但由于氮素易通过挥发、淋溶、反硝化损失；磷肥很容易被土壤中的A13+、Fe3+及Ca2+、Mg2+固定，形成稳定的沉淀或与铁、铝氧化物形成闭蓄态磷而逐步丧失有效性，造成化肥施用的当季利用率很低，因此，以减少肥料流失、防止施肥造成的环境污染、增加作物产量、提高肥料利用率为目的的“高效、缓效、复合、专用化”发展方向的肥料研制及其应用技术研究，成为保护生态环境、推动农业经济持续发展的热点研究课题。木质素的比表面积大，易降解，在土壤中通过微生物降解可以生成腐殖酸，改善土壤理化性质，提高土壤通透性，防止板结，用木质素作为肥料的载体，吸附、包囊肥料，可达到肥料缓释的目的。总之，它的开发利用既是对纤维乙醇发酵残渣中木质素资源的综合利用，又同时解决了化肥的流失和污染，并能为降低农业生产成本提供一种新的产品。CN200910014038.3公开了以棉籽壳为原料联产纤维素、木质素、复合肥的方法。该专利技术改变了国内现有技术在水资源浪费和环境污染上的弊端，但是其木质素提取率低、木质素溶脱剂中含有高锰酸钾，对木质素天然结构破坏较大，且整体工艺复杂，成本较高。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法，解决了传统木质素生产过程中产生的含酸或高盐废水，是一种经济且节能环保的木质素分离提取方法。技术方案：本专利技术所述一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法，包括以下步骤：(1)向纤维乙醇发酵残渣中加入含钾元素的碱性水溶液进行抽提，固液分离得到固体残渣和碱抽提液；(2)向步骤(1)得到的固体残渣中加入腐熟剂进行腐熟处理；(3)用含磷元素的酸性水溶液调节步骤(1)得到的碱抽提液的pH至2～6，固液分离得到固相和滤液，固相经洗涤干燥即得木质素；(4)将步骤(3)得到的滤液进行干燥制得磷钾复合肥。步骤(1)中所述纤维乙醇发酵残渣包括玉米秸秆、麦秆或稻草发酵残渣，所述纤维乙醇发酵残渣由固形物和水组成，所述水的含量为45～55wt.％。所述固形物是指绝干的纤维乙醇发酵残渣。纤维乙醇发酵残渣是指玉米秸秆、麦秆或稻草经蒸汽爆破、酶解糖化、带渣发酵和粗塔精馏后釜底混合物固液分离所得的固体残渣，所得纤维乙醇发酵残渣立即进行碱抽提；所述含钾元素的碱性水溶液包括KOH、K2CO3、KHCO3或K2HPO4水溶液；所述纤维乙醇发酵残渣中的水和所述含钾元素的碱性水溶液混合得到碱浓度为1～10wt.％的混合液；所述固形物和混合液的固液比为1kg:4～25L；所述抽提温度为25～130℃，抽提时间为0.5～5h。步骤(2)中所述腐熟剂为HM秸秆腐熟剂、微生物催腐剂或酵素菌速腐剂，所述腐熟剂与固体残渣的质量比为0.01～1g:1kg，所述腐熟温度为室温，所述腐熟时间为7～45天。步骤(3)中所述含磷元素的酸性水溶液为磷酸、焦磷酸、偏磷酸、磷酸酐、多聚磷酸或磷酸的酸式盐水溶液，所述酸性水溶液浓度为75～95wt.％。当步骤(3)中调节碱抽提液的pH为2≤pH≤3，步骤(4)制得的磷钾复合肥的肥效为大于等于2周小于等于6周；当步骤(3)中调节碱抽提液的pH为3＜pH≤4，步骤(4)制得的磷钾复合肥的肥效为大于6周小于等于14周；当步骤(3)中调节碱抽提液的pH为4＜pH≤5，步骤(4)制得的磷钾复合肥的肥效为大于14周小于等于23周；当步骤(3)中调节碱抽提液的pH为5＜pH≤6，步骤(4)制得的磷钾复合肥的肥效为大于等于5周小于23周。步骤(1)和(3)中所述固液分离使用的设备为压力筛、螺旋挤浆机、双锥卧螺离心机、碟式离心机或板框压滤机。步骤(3)和(4)中所述干燥使用的设备为工业烘干机、喷雾干燥机或微波干燥机。本专利技术中的碱抽提步骤、调节碱抽提液的pH步骤，都需要进行常规搅拌，使得物料充分混匀。有益效果：本专利技术以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥，实现了生物质的全组分利用；本专利技术通过使用含钾的碱性水溶液抽提木质素，并利用含磷的酸性水溶液调节碱抽提液的pH为2～6，既保证了木质素的提取量，又解决了传统木质素提取方法中会产生含酸或高盐废水的问题，并联产了高附加值的缓释型磷钾复合肥。由于复合肥中含有一定量的木质素，提高了磷钾复合肥的利用率和可持续周期；当调节碱抽提液的pH为2≤pH≤3，制得的磷钾复合肥的肥效为大于等于2周小于等于6周；当调节碱抽提液的pH为3＜pH≤4，制得的磷钾复合肥的肥效为大于6周小于等于14周；当调节碱抽提液的pH为4＜pH≤5，制得的磷钾复合肥的肥效为大于14周小于等于23周；当调节碱抽提液的pH为5＜pH≤6，制得的磷钾复合肥的肥效为大于等于5周小于23周。本专利技术充分利用纤维乙醇粗塔精馏后的残渣余热参与抽提，降低了反应能耗，提高了反应的经济性；本专利技术采用碱法提取木质素，与有机溶剂或离子液体萃取法相比提高了木质素的提取率，并且大幅降低了生产成本。附图说明图1为碱抽提木质素的二维核磁图；图2为碱抽提液的pH与磷钾复合肥中磷酸二氢钾含量、木质素含量和缓释周期的关系。具体实施方式本专利技术实施例使用的纤维乙醇发酵残渣是指玉米秸秆蒸汽爆破、酶解糖化、带渣发酵和粗塔精馏后釜底混合物固液分离所得的固体，固含量为52.3wt.％。其绝干物料中木质素含量为62.35wt.％，纤维素含量为9.60wt.％，硅酸盐灰分含量为11.53wt.％，酵母菌含量为12.71wt.％，其他可溶性杂质为3.56wt.％，发酵残渣余温50～80℃，所得纤维乙醇发酵残渣立即进行碱抽提。本专利技术中wt.％为质量分数。实施例1取玉米秸秆纤维乙醇发酵残渣1kg投入到8L的反应罐中，并向其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)向纤维乙醇发酵残渣中加入含钾元素的碱性水溶液进行抽提，固液分离得到固体残渣和碱抽提液；(2)向步骤(1)得到的固体残渣中加入腐熟剂进行腐熟处理；(3)用含磷元素的酸性水溶液调节步骤(1)得到的碱抽提液的pH至2～6，固液分离得到固相和滤液，固相经洗涤干燥即得木质素；(4)将步骤(3)得到的滤液进行干燥制得磷钾复合肥。

【技术特征摘要】
1.一种以纤维乙醇发酵残渣为原料提取木质素并联产磷钾复合肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)向纤维乙醇发酵残渣中加入含钾元素的碱性水溶液进行抽提，固液分离得到固体残渣和碱抽提液；(2)向步骤(1)得到的固体残渣中加入腐熟剂进行腐熟处理；(3)用含磷元素的酸性水溶液调节步骤(1)得到的碱抽提液的pH至2～6，固液分离得到固相和滤液，固相经洗涤干燥即得木质素；(4)将步骤(3)得到的滤液进行干燥制得磷钾复合肥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述纤维乙醇发酵残渣包括玉米秸秆、麦秆或稻草发酵残渣，所述纤维乙醇发酵残渣由固形物和水组成，所述水的含量为45～55wt.％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述含钾元素的碱性水溶液包括KOH、K2CO3、KHCO3或K2HPO4水溶液。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述纤维乙醇发酵残渣中的水和所述含钾元素的碱性水溶液混合得到碱浓度为1～10wt.％的混合液。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述固形物和混合液的固液比为1kg:4～25...

【专利技术属性】
技术研发人员：应汉杰，陈彦君，朱晨杰，唐成伦，单军强，陈勇，吴菁岚，柳东，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32