一種微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于餐廚垃圾資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法。將一定粒徑的餐廚垃圾加入微波水熱反應(yīng)釜中并與去離子水配制的稀酸溶液混合；向微波水熱反應(yīng)釜中沖入N2進行吹掃，向反應(yīng)體系內(nèi)添加適量的添加劑，密閉反應(yīng)釜攪拌，設(shè)定特定微波功率，加熱使得反應(yīng)釜升溫至設(shè)定溫度并保持一段時間，冷卻反應(yīng)釜，經(jīng)過濾后收集含有還原糖的液相產(chǎn)物。本發(fā)明可通過對溫度、時間、微波功率的改變以及添加添加劑實現(xiàn)對還原糖產(chǎn)率的有效調(diào)控，該方法為餐廚垃圾的資源化利用提供了新的途徑。
【專利說明】一種微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于餐廚垃圾資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化步伐的加快和人民生活水平的提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量日益增大，尤其以餐廚垃圾增長最為迅猛。餐廚垃圾具有聞含水率(70%?90%)、聞有機質(zhì)含量(占干物質(zhì)的95%以上)、高含鹽量和易腐爛等特點，同時其組成和性質(zhì)均不穩(wěn)定，處置不當(dāng)會對環(huán)境造成極大污染。填埋、焚燒等傳統(tǒng)處理方式因各自存在的弊端越發(fā)不能適應(yīng)嚴(yán)格的環(huán)境保護要求；而餐廚垃圾飼料化、肥料化及厭氧消化等資源化工藝也存在一定的風(fēng)險；因此，尋求餐廚垃圾的無害化、減量化、穩(wěn)定化的處理新技術(shù)，實現(xiàn)餐廚垃圾的資源化，獲得高附加值產(chǎn)物具有重要的意義。
[0003]還原糖是指具有五元或者六元的小分子單糖，傳統(tǒng)以糧食為原料，水解或者酶解工藝生產(chǎn)的小分子還原糖，過程比較復(fù)雜，水解酶選擇困難，存在“與人爭糧”的問題，采用大量的酸堿為后續(xù)處理帶來困難，于此同時包括餐廚垃圾在內(nèi)的含纖維素、淀粉的生物質(zhì)廢棄物沒有得到很好地開發(fā)和利用，帶來了一系列嚴(yán)重的資源和環(huán)境問題。
[0004]水熱法是一種極具應(yīng)用前景的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，水熱條件下水的密度、離子積、粘度及介電常數(shù)隨溫度變化而明顯不同，是處理有機物的理想介質(zhì)并且能參與反應(yīng)進程，可以改變相行為、擴散速率和溶劑化效應(yīng)，可以變傳統(tǒng)溶劑條件下的多相反應(yīng)為均相反應(yīng)，增大擴散系數(shù)，降低傳質(zhì)、傳熱阻力，從而有利于擴散控制反應(yīng)，控制相分離過程，縮短反應(yīng)時間，還能用于控制產(chǎn)物的分布。與普通水相比，水熱條件下的水有著強烈的離子化傾向，更容易產(chǎn)生羥基自由基離子，從而在水解反應(yīng)過程成起到酸堿催化劑的作用，這為餐廚垃圾水熱降解生成還原糖提供了理論基礎(chǔ)。水熱技術(shù)業(yè)已在有機廢棄物處理和處置上獲得了廣泛的應(yīng)用，如水熱降解生物質(zhì)制備小分子有機酸，生物質(zhì)水熱氣化制備H2等。微波頻率在300MHZ到300GHz范圍之內(nèi)，微波能量是一種非離子輻射，主要是通過離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動來引起分子運動，微波作用電耗低且直接作用于極性分子，微波加熱的具有選擇性和內(nèi)部整體加熱的特點，研究者將微波技術(shù)應(yīng)用在水熱反應(yīng)過程中，在生物質(zhì)微波水熱碳化、微波耦合酶水解和微波熱解等生物質(zhì)廢棄物資源化領(lǐng)域獲得很大進展?，F(xiàn)有技術(shù)利用水熱降解生物質(zhì)獲得小分子單糖多集中在亞臨界反應(yīng)區(qū)間，溫度較高且所得小分子還原糖的產(chǎn)率很低且不穩(wěn)定，容易進一步分解為乳酸、乙酸等小分子酸，而利用微波耦合酶水解方法制備還原糖需要復(fù)雜的酶反應(yīng)過程，酶選取困難且條件苛刻，目前現(xiàn)在沒有專門用微波輔助水熱技術(shù)生產(chǎn)還原糖的【背景技術(shù)】。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種高效率、能耗低、污染小的餐廚垃圾生產(chǎn)還原糖的方法。[0006]本發(fā)明提出的一種微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法，具體步驟如下:
將餐廚垃圾加入微波水熱反應(yīng)釜中并與去離子水配制的稀酸溶液混合；向微波水熱反應(yīng)釜中沖入N2進行吹掃，向反應(yīng)體系內(nèi)加入添加劑，密閉微波水熱反應(yīng)釜攪拌，設(shè)定微波輻射功率為100?2000KW，加熱使得微波水熱反應(yīng)釜升溫至110?300° C，并保持10?180min ;冷卻微波水熱反應(yīng)釜，經(jīng)過濾后收集含有還原糖的液相產(chǎn)物。
[0007]本發(fā)明中，所述餐廚垃圾采用20?200目的餐廚垃圾為反應(yīng)物，反應(yīng)物的含水率為1.0?20.0%;以去離子水配制的稀酸溶液為溶劑，反應(yīng)物和溶劑的固液比為I?50:100，溶劑的加入量為微波水熱反應(yīng)釜體積的30?80%。
[0008]本發(fā)明中，所述稀酸為H2S04、HN03、H3PO4或HCl中任一種；稀酸溶液的質(zhì)量濃度為
0.5 ?5.0%。
[0009]本發(fā)明中，所述添加劑為Cr2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+或Zn2+中任一種，添加劑的質(zhì)量濃度為0.1?5.0%。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:
1.本發(fā)明利用微波協(xié)同水熱技術(shù)直接降解餐廚垃圾生產(chǎn)還原糖，突破了以往以糧食為原料的還原糖生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝，為還原糖的生產(chǎn)提供了一條新的途徑。
[0011]2.本發(fā)明采用的原料為餐廚垃圾，避免了“與人爭糧”問題的出現(xiàn)，在產(chǎn)生高附加值還原糖的同時，實現(xiàn)了餐廚垃圾的資源化處理與處置；
3.本發(fā)明采用微波協(xié)同水熱處理工藝，充分發(fā)揮微波輻射和水熱反應(yīng)的各自優(yōu)勢和特點，反應(yīng)體系容易構(gòu)建，反應(yīng)溫度低，還原糖產(chǎn)率高且容易分離，具有高效、低耗、省時、減污的特點，添加劑便宜易得，過程成本低，具有良好經(jīng)濟效益和社會效益。
[0012]4.本發(fā)明生產(chǎn)的還原糖可以廣泛用于醫(yī)藥、保健品和食品等行業(yè)，可以作為糖類相關(guān)產(chǎn)品的基體，用來生產(chǎn)其他的多種產(chǎn)品，具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。
【具體實施方式】
[0013]下面通過實施實例進一步描述本發(fā)明。
[0014]實施例1
將粒徑為120目、含水率為5.0%的玉米芯加入微波水熱反應(yīng)釜中，將其與去離子水配制的質(zhì)量濃度為2.0%的H2SO4溶液混合，向反應(yīng)體系內(nèi)添加質(zhì)量濃度為2.0%的Fe2+的添加劑，向微波水熱反應(yīng)釜中沖入N2進行吹掃，密閉反應(yīng)釜攪拌，設(shè)定特定微波輻射功率為300W，加熱使得反應(yīng)釜升溫至130° C并保持10.0min，冷卻反應(yīng)釜，經(jīng)過濾后收集含有還原糖的液相產(chǎn)物，還原糖的產(chǎn)率(還原糖的質(zhì)量與玉米芯的質(zhì)量之比)可以達到26.70%。
[0015]實施例2
將粒徑為80目、含水率為8.0%的剩米飯加入微波水熱反應(yīng)釜中，將其與去離子水配制的質(zhì)量濃度為2.0%的HCl溶液混合，向反應(yīng)體系內(nèi)添加質(zhì)量濃度為3.0%的Cu2+的添加劑，向微波水熱反應(yīng)釜中沖入N2進行吹掃，密閉反應(yīng)釜攪拌，設(shè)定特定微波輻射功率為600W，加熱使得反應(yīng)釜升溫至150°C并保持5.0min，冷卻反應(yīng)釜，經(jīng)過濾后收集含有還原糖的液相產(chǎn)物，還原糖的產(chǎn)率(還原糖的質(zhì)量與剩米飯的質(zhì)量之比)可以達到31.20%。
[0016]實施例3 將粒徑為60目、含水率為10.0%的青菜葉加入微波水熱反應(yīng)釜中，將其與去離子水配制的質(zhì)量濃度為1.0%的HNO3溶液混合，向反應(yīng)體系內(nèi)添加質(zhì)量濃度為1.5%的Co2+的添加劑，向微波水熱反應(yīng)釜中沖入N2進行吹掃，密閉反應(yīng)釜攪拌，設(shè)定特定微波輻射功率為225W，加熱使得反應(yīng)釜升溫至120° C并保持12.0min，冷卻反應(yīng)釜，經(jīng)過濾后收集含有還原糖的液相產(chǎn)物，還原糖的產(chǎn)率(還原糖的質(zhì)量與青菜葉的質(zhì)量之比)可以達到27.20%。
[0017]實施例4
將粒徑為40目、含水率為6.0%的剩面條加入微波水熱反應(yīng)釜中，將其與去離子水配制的質(zhì)量濃度為1.5%的4504溶液混合，向反應(yīng)體系內(nèi)添加質(zhì)量濃度為2.5%的Ni2+的添加劑，向微波水熱反應(yīng)釜中沖入N2進行吹掃，密閉反應(yīng)釜攪拌，設(shè)定特定微波輻射功率為2000KW，加熱使得反應(yīng)釜升溫至135° C并保持180.0min，冷卻反應(yīng)釜，經(jīng)過濾后收集含有還原糖的液相產(chǎn)物，還原糖的產(chǎn)率(還原糖的質(zhì)量與剩面條的質(zhì)量之比)可以達到25.18%。
【權(quán)利要求】
1.一種微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法，其特征在于具體步驟如下: 將餐廚垃圾加入微波水熱反應(yīng)釜中并與去離子水配制的稀酸溶液混合；向微波水熱反應(yīng)釜中沖入N2進行吹掃，向反應(yīng)體系內(nèi)加入添加劑，密閉微波水熱反應(yīng)釜攪拌，設(shè)定微波輻射功率為100?2000KW，加熱使得微波水熱反應(yīng)釜升溫至110?300° C，并保持10?180min ;冷卻微波水熱反應(yīng)釜，經(jīng)過濾后收集含有還原糖的液相產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法，其特征在于，所述餐廚垃圾采用20?200目的餐廚垃圾為反應(yīng)物，反應(yīng)物的含水率為1.0?20.0% ；以去離子水配制的稀酸溶液為溶劑，反應(yīng)物和溶劑的固液比為I?50:100，溶劑的加入量為微波水熱反應(yīng)釜體積的30?80%。
3.如權(quán)利要求1所述的微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法，其特征在于，所述稀酸為H2S04、HN03、H3PO4或HCl中任一種；稀酸溶液的質(zhì)量濃度為0.5?5.0%。
4.如權(quán)利要求1所述的微波協(xié)同下的餐廚垃圾水熱反應(yīng)生產(chǎn)還原糖的方法，其特征在于，所述添加劑為Cr2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+或Zn2+中任一種，添加劑的質(zhì)量濃度為0.1 ?5.0%。
【文檔編號】C13K13/00GK103446977SQ201310411009
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】李光明, 安瑩, 賀文智, 黃菊文, 李斐, 王凡 申請人:同濟大學(xué)