本發(fā)明涉及天然產(chǎn)物提取與低釋出物生物炭制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法。

背景技術(shù)：

1、生物炭主要是由無(wú)定形碳、芳香族碳和灰分組成。生物炭含有較高的碳含量，主要以芳香族碳的形式存在，具有多孔性結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積。生物炭表面有大小不一的孔隙，小到納米，大到微米。這些微孔決定了生物炭具有較高的比表面積。生物炭可以通過(guò)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)熱解獲得。但是，熱解過(guò)程中生物質(zhì)中大量生物活性物質(zhì)受熱分解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

2、靛藍(lán)是牛仔服裝行業(yè)的重要染料。根據(jù)預(yù)測(cè)，2022年至2028年的靛藍(lán)需求量將由86000噸/年增長(zhǎng)至127000噸/年。隨著綠色環(huán)保的觀念深入人心，植物靛藍(lán)憑借其生物可降解性、環(huán)境相容性與抗菌殺毒的保健功效重新受到人們的關(guān)注。然而，植物靛藍(lán)的市場(chǎng)化進(jìn)程受到了一系列問(wèn)題的限制，如生產(chǎn)低效性、原料利用率低以及生產(chǎn)成本高。當(dāng)前植物靛藍(lán)生產(chǎn)工藝中，藍(lán)草植物莖與葉一并進(jìn)入發(fā)酵容器進(jìn)行發(fā)酵。然而，莖的主要構(gòu)成為木質(zhì)纖維素，致密的結(jié)構(gòu)將使得在發(fā)酵過(guò)程中從莖中釋放吲哚酚的速率會(huì)明顯慢于從葉中的釋放速率。發(fā)酵結(jié)束后的莖并未得到有效利用，通常將殘?jiān)苯觼G棄，造成了大量的附加產(chǎn)物的損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了解決植物靛藍(lán)生產(chǎn)中的生物質(zhì)利用率低的問(wèn)題而提供一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法。本發(fā)明將難以在靛藍(lán)生產(chǎn)中利用的莖為原料，通過(guò)預(yù)處理提取莖中靛苷，利用外源酶水解法制備靛藍(lán)，剩余固體殘?jiān)ㄟ^(guò)熱解制備生物炭，進(jìn)而提高了生物質(zhì)的利用率。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，具體步驟如下：

4、s1、從藍(lán)草生物質(zhì)中提取靛苷，制備得到靛苷溶液和固體殘?jiān)?/p>

5、s2、在步驟s1中得到的靛苷溶液中添加酶進(jìn)行水解，得到吲哚酚溶液；

6、s3、將步驟s2中得到的吲哚酚溶液進(jìn)行氧化，得到懸浮液；

7、s4、將步驟s2中得到的懸浮液進(jìn)行固液分離，獲得靛藍(lán)固體；

8、s5、將步驟s1中得到的固體殘?jiān)稍锖筮M(jìn)行熱解，得到低釋出物生物炭。

9、進(jìn)一步地，步驟s1中，從藍(lán)草生物質(zhì)中提取靛苷的方法選自水熱法或有機(jī)溶劑萃取法。

10、上述更進(jìn)一步地，所述水熱溫度為60-100℃。

11、上述更進(jìn)一步地，所述有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇或丙酮等，萃取條件為溫度60-100℃，時(shí)間10分鐘至1.5小時(shí)，固液比為5％-30％(w/v)。

12、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述藍(lán)草生物質(zhì)包括馬藍(lán)生物質(zhì)、蓼藍(lán)生物質(zhì)和菘藍(lán)生物質(zhì)等。

13、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述藍(lán)草生物質(zhì)為預(yù)處理后的藍(lán)草生物質(zhì)，預(yù)處理方法為：分離藍(lán)草生物質(zhì)的莖葉，分別對(duì)莖葉進(jìn)行微波干燥，粉碎混合后得到預(yù)處理后的藍(lán)草生物質(zhì)。

14、進(jìn)一步地，步驟s2中的酶包括β-葡萄糖苷酶和具有β-葡萄糖苷酶活性的蛋白混合物，水解溫度為30-50℃，ph值為4-10，攪拌速度為0-1000rpm。

15、進(jìn)一步地，步驟s3中，所述氧化溫度為10-80℃，氧化時(shí)間為10分鐘至120分鐘，ph值為2-13，攪拌速度為0-1000rpm。

16、進(jìn)一步地，步驟s4中，所述固液分離方法選自沉降、抽濾或壓濾等方法。

17、進(jìn)一步地，步驟s5中，所述干燥方法選自陰干或熱烘干等方法。

18、進(jìn)一步地，步驟s5中，所述熱解溫度400-800℃，熱解時(shí)間為1-6h。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下所示：

20、(1)本發(fā)明的制備方法中，在提取靛苷的過(guò)程中除去生物質(zhì)中非結(jié)構(gòu)性物質(zhì)，減少生物炭制備過(guò)程中釋出物的生成，實(shí)現(xiàn)低釋出物生物炭的制備。

21、(2)在外源酶的作用下靛苷可以轉(zhuǎn)化為靛藍(lán)，解決藍(lán)草生物質(zhì)中莖不能轉(zhuǎn)化靛藍(lán)的行業(yè)難題，降低靛藍(lán)生產(chǎn)成本。

22、(3)靛藍(lán)與生物炭的耦合制備可以提高生物質(zhì)的利用率，實(shí)現(xiàn)廢棄物的零排放及資源的全利用。

23、(4)本發(fā)明通過(guò)利用莖的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)組分特性，實(shí)現(xiàn)靛藍(lán)生產(chǎn)與生物炭制備的生物煉制工藝一體化，形成生物質(zhì)的資源全利用/廢棄物零排放的生產(chǎn)模式，為生物質(zhì)的高效利用提供理論基礎(chǔ)及方法依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，步驟s1中，從藍(lán)草生物質(zhì)中提取靛苷的方法選自水熱法或有機(jī)溶劑萃取法。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，所述水熱溫度為60-100℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇或丙酮，萃取條件為溫度60-100℃，時(shí)間10分鐘至1.5小時(shí)，固液比為5％-30％(w/v)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，步驟s1中，所述藍(lán)草生物質(zhì)包括馬藍(lán)生物質(zhì)、蓼藍(lán)生物質(zhì)和菘藍(lán)生物質(zhì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，步驟s1中，所述藍(lán)草生物質(zhì)為預(yù)處理后的藍(lán)草生物質(zhì)，預(yù)處理方法為：分離藍(lán)草生物質(zhì)的莖葉，分別對(duì)莖葉進(jìn)行微波干燥，粉碎混合后得到預(yù)處理后的藍(lán)草生物質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，步驟s2中的酶包括β-葡萄糖苷酶和具有β-葡萄糖苷酶活性的蛋白混合物，水解溫度為30-50℃，ph值為4-10，攪拌速度為0-1000rpm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，步驟s3中，所述氧化溫度為10-80℃，氧化時(shí)間為10分鐘至120分鐘，ph值為2-13，攪拌速度為0-1000rpm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，步驟s4中，所述固液分離方法選自沉降、抽濾或壓濾方法。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，其特征在于，步驟s5中，所述干燥方法選自陰干或熱烘干方法；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種同時(shí)制備靛藍(lán)和低釋出物生物炭的方法，具體步驟如下：S1、從藍(lán)草生物質(zhì)中提取靛苷，制備得到靛苷溶液和固體殘?jiān)?；S2、在步驟S1中得到的靛苷溶液中添加酶進(jìn)行水解，得到吲哚酚溶液；S3、將步驟S2中得到的吲哚酚溶液進(jìn)行氧化，得到懸浮液；S4、將步驟S2中得到的懸浮液進(jìn)行固液分離，獲得靛藍(lán)固體；S5、將步驟S1中得到的固體殘?jiān)稍锖筮M(jìn)行熱解，得到低釋出物生物炭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在提取靛苷的過(guò)程中除去生物質(zhì)中非結(jié)構(gòu)性物質(zhì)，減少生物炭制備過(guò)程中釋出物的生成，實(shí)現(xiàn)低釋出物生物炭的制備，提高生物質(zhì)的利用率，實(shí)現(xiàn)廢棄物的零排放及資源的全利用等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：高旻天,陳志浩,姚程,程澤彤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2