文/商静

摘  要：本文基于多尺度资源转化技术体系，研究突破传统生物质能源化局限，开发功能吸附材料和纳米纤维素基复合材料等，构建热解-催化联产工艺。通过深入分析当前的研究与应用，推动中药资源向“零废弃-全组分利用”的新范式转变，为中药产业的绿色升级提供可持续发展方案。

关键词：中药渣；生物质能源；多尺度资源化；高值化利用

随着中医药产业规模的持续扩大，中药渣处理问题已经成为制约行业发展的关键瓶颈。根据华经情报网和中国中医药报的数据，我国中药材年产量突破450万吨，而深加工环节产生的固体废弃物超过了5000万吨。

传统填埋、焚烧等粗放处理方式不仅造成了资源浪费，还导致严重的环境污染。近年来，国家层面相继出台了一系列政策引导，提出加强药渣的综合利用和推动中医药产业的绿色转型。本文通过分子尺度界面工程调控、工艺尺度能质网络优化，实现中药渣从纳米功能材料到分布式能源系统全链条增值。

1中药渣多相特性解析

1.1组分特征

中药渣富含纤维素、半纤维素、木质素等有机组分，同时含有蛋白质、多糖及氮、磷、铁、镁、锌等微量元素。这种多孔性有机基质赋予其独特的理化特性，为资源化利用奠定物质基础。

1.2功能特性

吸附性能：含碳有机物成分富含羟基、羧基等活性基团，能够有效地与重金属离子、甲醛以及四环素等污染物形成络合物。

生物活性：有机质与微量元素构成微生物生长的理想基质。通过利用中药渣发酵过程中不同时期的优势菌群，可以提高堆肥的成熟速度和成熟程度。此外，腐殖质可以转化为土壤中的有机质和养分。

能源属性：具备高热值与低灰分的特性，适合进行能源转化，尤其是通过提高氧含量和降低含水率，能够实现较高的碳转换效率和燃烧性能。

2中药渣多尺度资源化技术体系构建

2.1吸附材料定向制备

生物质热解产生的生物炭相较于传统煤焦炭具有显著优势，其具备较低的灰分含量、较大的比表面积以及丰富的表面官能团，这些特性使得生物炭成为一种高效的吸附材料。

谢青霞等研究者^[1]采用限氧控温法制备的板蓝根生物炭（BC300/BC500）展现出优异的土壤修复性能：施加后，土壤有机质、碱解氮和速效磷含量分别提升了8.88mg/kg和7.39mg/kg、13.83mg/kg和10.79mg/kg、2.94mg/kg和2.69mg/kg。同时，铜残渣态的占比提高了22.38%和20.11%。

蔡思颖等研究者^[2]系统揭示了热解温度对吸附性能的影响规律，发现700℃下制备的生物炭对四环素吸附量达93.46mg/g，比300℃制备的样品提升了183%。这归因于高温热解促进了芳香化结构的形成（H/C比从0.0588降至0.0113）和孔隙结构的发育。

Yuanchuan等研究者^[3]采用KOH-HCl协同活化策略，显著提升了生物炭表面含氧官能团（C-O、CO和O-H）密度，对Pb²⁺的吸附容量达到74.38 mg/g，即便经过8次再生，吸附容量仍保持在87.22%，这证实其良好的工程应用潜力。

此外，利用中药渣来制备纳米纤维素材料，不仅能够减轻中药渣排放带来的环境负担，还能产生一定的经济效益，且制备成品优于许多生物质原料。李晨等人^[4]开发的电化学法制备的纳米纤维素水凝胶，在经过三次吸附与解吸循环后，仍能保持80%的甲醛去除率，这一结果显著优于改性硅藻土在三次处理后的去除率（70.96%）。

Qiang等研究者^[5]采用高碘酸盐-氯酸盐连续氧化法制备的羧基化纳米纤维素（CNCs），其热稳定性相较于中药残基纯化纤维素有所下降，这可能是由于颗粒尺寸减小和比表面积增加所致。然而，X射线衍射分析进一步证实，纤维素的结晶度指数随着高酸盐和绿泥石氧化程度的增加而降低，为复合材料界面设计提供了新思路。

2.2多菌系协同厌氧发酵

Xu等研究者^[6]采用定制化半固相厌氧反应器，通过金银花-午时茶药渣共发酵实验发现：在接种比例为1:2、温度维持在37±1℃的条件下，体系在192h内实现甲烷产率9110mL/100g，其零级动力学模型[k=50.49mL/（g·h）]能够精准描述0~108 h阶段的底物降解规律，证实该阶段底物浓度是限制产甲烷速率的主要因素。习彦花等研究者^[7]构建的全混式厌氧系统研究表明，当人参-赤芍-桂皮混合药渣的有机负荷达到最高值8g·TS/（L·d）时，系统呈现出容积产气率1.68L/(L·d)、原料比产气量262mL/(g·TS·d)、挥发性固体去除率20.69%。

研究进一步揭示，通过微生物强化预处理，可以提高水解菌的丰度和挥发性脂肪酸（VFA）的浓度，这为湿式发酵工艺的工程放大提供了关键参数依据。该成果标志着中药渣厌氧发酵技术已具备产业化应用条件。

2.3纤维素乙醇联产系统

珍贵的药材渣被认为是发酵乙醇的原料。Ma等研究者^[8]发现，由于贯叶连翘中药渣富含高浓度纤维素，利用其进行乙醇生产是可行的。结果表明，在乙醇发酵过程中使用无机氮化合物和一些有机氮化合物能有效提高乙醇产量。例如，添加丹参药渣72h后乙醇浓度为6.0g/L，相当于理论产量的44.8%。Yu等研究者^[9]以木通药渣作为原料发酵制备乙醇，研究了五种半纤维素衍生酸的低共熔溶剂对木质素清除率的效果。

研究发现，经过氯化胆碱-甲酸预处理，葡聚糖保留率达97.8%，木质素去除率为40.7%，乙醇回收率可达100%。这为中药药渣的生物转化制备乙醇提供了新的资源化利用途径。

2.4清洁燃料联产工艺

针对年处理量达到8万吨药渣的工程需求，岳建强等研究者^[10]开发了集成机械脱水、太阳能干燥以及三级燃烧的循环流化床系统。

该工艺实现了标准煤替代量1万吨/年，烟气排放中粉尘、二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOx）等指标达到超低排放标准，验证了规模化清洁燃烧的可行性。产业化进程方面，华纳大药业建成的首套自动化处理系统（处理能力2t/h）使得生物质颗粒的自产成本降低66%，蒸汽燃料费用缩减50%。

郑州锅炉厂研发的专利型含水生物质锅炉，通过飞灰内循环技术，烟尘排放浓度下降40%。将药渣与原煤混合燃烧，并利用高温炉膛实现无害化处置，也是一种有效的处理途径。

气化研究表明，空气中的水蒸气作为气化剂，能够产生合成气中的H₂作为主要终产物，并且气化效果基本上不受环境气化温度和空气中水蒸气与颗粒生物质燃料质量比的影响。陈冠义等人^[11]研究了不同含水率、热解环境温度及速率条件下的中药渣热解产物。

结果表明，在650~850℃的温度范围内，提高温度有利于中药渣的完全热解，提升了热解效率和H₂质量，热解油量上升，N含量下降。这说明水蒸气气化技术可有效地将中药渣转化为洁净燃气，为中药渣资源化利用提供了新思路。

构建双循环流化床系统在最佳工况（含水率5%~10%、温度750~800℃、ER 0.23~0.26、S/B 0.4~0.6）下，燃气热值稳定在8 MJ/m³以上，气化效率达75%^[12]。

3结语

技术升级：突破传统生物质能源转化路径，融合纳米界面工程与靶向提取技术，构建中药渣多相组分的能量与质量转化网络。通过纳米纤维素的功能化修饰，推动药渣向纳米复合材料等高附加值产品转化。

系统优化：建立“种植-加工-转化”全生命周期管理模型，通过多流耦合分析，构建闭环产业链。热解联产技术提高了木质素的解聚效率，生态设计策略降低了碳足迹，实现了资源与环境效益的协同。

风险管控：创新“过程-产物”双通道调控机制，降低重金属迁移率，控制裂解过程中多环芳烃的生成量，智能传感系统确保排放符合相关国家标准。

参考文献

[1]谢青霞,丁园.中药渣生物炭对污染土壤中Cu的修复[J].江西科学,2018,36(03):476-479+505.

[2]蔡思颖,张伟军,陈康,等.中药渣生物炭的制备及其对水中四环素的吸附特性研究[J].安全与环境工程,2022,29(03):178-186.

[3]Yuanchuan R ,Yuyi Y ,Guangfei Q , et al.HCl-assisted KOH activated Chinese medicine residue biochar as a new method to improve the purification capacity of lead-containing wastewater: Experimental and mechanism studies[J].Sustainable Chemistry and Pharmacy,2023,33.

[4]李晨,蒋雨欣,郑卓含,等.中药渣纳米纤维素的制备及其对有害气体的吸附研究[J].环境科学与管理,2022,47(11):114-119.

[5]Qiang H ,Yu B ,Yuxi L , et al.Isolation and characterization of cellulose nanocrystals from Chinese medicine residues.[J].Biomass conversion and biorefinery,2022,14(21):11-10.

[6]Xu H J ,Chen F X ,Mu L L , et al.Mesophilic Anaerobic Study on Chinese Herbs Residues of Honeysuckle and Midday Tea[J].Advanced Materials Research,2014,2930(878-878):481-488.

[7]习彦花,张丽萍,崔冠慧,等.中药渣不同有机负荷厌氧发酵工艺参数分析[J].环境工程学报,2017,11(04):2433-2438.

[8]Ma H ,Li H ,Zhang F , et al.Effects of nitrogen substitute and Hypericum perforatum extract on the ethanol fermentation of traditional Chinese medicine dregs[J].Industrial Crops & Products,2019,128385-390.

[9]Yu Q ,Zhang A ,Wang W , et al.Deep eutectic solvents from hemicellulose-derived acids for the cellulosic ethanol refining of Akebia’ herbal residues[J].Bioresource Technology,2018,247705-710.

[10]岳建强,王卫良,王小易,等.中药渣的循环流化床环保处理[J].中国粉体技术,2020,26(04):59-64.

[11]陈冠益,邱旭辉,郭倩倩,等.含水率及温度对中药渣热解特性影响[J].过程工程学报,2021,21(09):1108-1116.

[12]Guan H ,Fan X ,Zhao B , et al.An experimental investigation on biogases production from Chinese herb residues based on dual circulating fluidized bed[J].International Journal of Hydrogen Energy,2018,43(28):12618-12626.

（作者单位：辽宁大学）