从废物到财富通过氢炭通过两步水热工艺将生物质转化为腐植酸

腐植酸(HA)是一种高分子有机物质，广泛应用于农、林、牧、化工、建材、医药、环保等众多领域。然而，市场上化学HA的生产依赖于泥炭、褐煤、煤炭等不可再生资源，形成周期较长。提取的HA产量取决于化石的类型和质量。

低品位褐煤和煤炭通常导致HA提取效率低。传统的堆肥方法虽然可以将新鲜的生物垃圾转化为HA含量高的肥料，但效率低且耗时长。

水热技术可以在密闭环境中创造高温(>160°C)和高压(5-250bar)条件，因此生物质的水热处理可以被认为是模拟自然煤化的化学过程，它提供了可再生能源和环保的HA生产途径。

在水热条件下，来自生物废物的水热炭和水热溶液可以发生腐殖化，碱性水热处理可以进一步提高水热腐殖酸(HHA)的产量。然而，利用碱性水热处理生物质废物的HA产率通常较低。HHA产量低的限制是由于形成大量腐殖化能力低的水炭。

因此，为了克服这个问题，在之前的研究中，开发了一种简便的两步水热腐殖化方法，通过使用两步水热处理进一步将水炭转化为HA来最大化HA产量。

研究表明，生物废物的酸性水热腐殖化和水炭的碱性水热处理都有助于HHA的高产率。然而，目前缺乏优化酸性水热腐殖化条件以进一步提高HHA产量的研究。此外，尚未探讨影响碱性水热处理中水热炭腐殖化能力的作用机制。

清华大学和香港浸会大学的研究人员优化了之前研究中开发的一种简便的两步水热腐殖化方法。研究了水热温度和pH对水炭性质的影响以及水炭衍生的HA形成的进一步影响。

该研究题为“使用氢炭作为中间体将生物质废物两步水热转化为腐殖酸”，在线发表在《环境科学与工程前沿》上。

在研究中，研究团队在不同的热液pH值和温度下制备并获得了几种生物质来源的水炭。分析了水热条件下水炭化学特性的变化。此外，还研究了碱性水热条件下水炭的腐殖化程度。

确定了水炭不饱和程度与其腐殖化程度之间的相关性。

结果表明，在高温、低pH值的水热条件下制备的水炭表现出较高的腐殖化能力，并最终实现了较高的HHA烷产率。还揭示了氢炭衍生的HHAalk的来源：1)氢炭制备阶段的生产;2)水炭碱性水热处理下的增量。氢炭中的RS在HHAalk的形成中起着关键作用。

这些结果为生物质废物的可持续处理提供了科学依据，并揭示了生物质来源的水炭与其腐殖化潜力之间的关系。这种创新方法预计将促进可再生HA的生产，减少对不可再生资源的依赖，并在多个领域提供更可持续的解决方案。