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方悅悅，陳諾，肖平，張森，劉海峰，宿樹蘭，郭盛，段金廒
（南京中醫(yī)藥大學(xué)、江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心、中藥資源產(chǎn)業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國家地方聯(lián)合工程研究中心、國家中醫(yī)藥管理局中藥資源循環(huán)利用重點研究室，江蘇南京210023）
摘要：近年來中藥產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，導(dǎo)致中藥資源產(chǎn)業(yè)化制造過程中產(chǎn)生大量的中藥藥渣。目前對中藥藥渣的處理方式以堆積、填埋、焚燒為主，這些粗放低值化利用方式造成巨大的資源浪費及潛在的環(huán)境污染。“碳達峰”“碳中和”（“雙碳”）成為國家戰(zhàn)略目標(biāo)，在“雙碳”的大背景之下，中藥產(chǎn)業(yè)正迎來新一輪“低碳”風(fēng)潮，中藥藥渣高值化利用成為中藥行業(yè)踐行低碳經(jīng)濟的突破口。該文在低碳經(jīng)濟視角下，通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻，對中藥藥渣的微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)、酶轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物質(zhì)熱解、氣化、水熱液化等高值化利用技術(shù)進行歸納總結(jié)。對中藥藥渣在飼料添加劑、生物有機肥、食用菌栽培基質(zhì)、制備活性炭處理廢水、新能源電池等方面的應(yīng)用進行綜述。結(jié)合中藥藥渣的資源利用現(xiàn)狀，提出切實可行的資源化開發(fā)利用策略和建議，以期為中藥資源產(chǎn)業(yè)鏈提質(zhì)增效與綠色發(fā)展，推動實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)提供研究思路和理論依據(jù)。
在大力提倡低碳經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟的背景下，實現(xiàn)中藥藥渣資源的健康和可持續(xù)發(fā)展，需要得到行業(yè)和全社會的共同關(guān)注[1]。發(fā)展低碳經(jīng)濟是實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排，解決能源安全問題，提高經(jīng)濟效益的重中之重。以消耗中藥及天然藥物資源為特征的產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，對社會的貢獻率逐漸提高，中藥產(chǎn)業(yè)貢獻率占全國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)總額的1/3[2]。中藥材作為中藥制藥產(chǎn)業(yè)的原料，藥材原料的利用率較低，中藥藥渣中仍殘留大量的有效成分。目前對中藥藥渣的處理主要采用傳統(tǒng)的焚燒、填埋、堆放，導(dǎo)致巨大的資源浪費和潛在的環(huán)境污染，與現(xiàn)階段國家積極倡導(dǎo)的低碳環(huán)保理念背道而馳。
我國中藥資源生產(chǎn)與深加工全產(chǎn)業(yè)鏈過程中仍存在資源利用效率低下、資源浪費嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境壓力不斷加劇等社會、經(jīng)濟和生態(tài)問題[3]，如何實現(xiàn)中藥資源最有效利用，保護生態(tài)環(huán)境已成為我國中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中亟須解決的問題。為應(yīng)對全球氣候變化問題，我國提出“碳達峰”“碳中和”（“雙碳”）目標(biāo)，在推動高質(zhì)量發(fā)展中促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型[4]。本團隊多年來致力于中藥資源副產(chǎn)物及廢棄物資源化利用研究，緊扣碳中和的時代主題，系統(tǒng)構(gòu)建了中藥資源循環(huán)利用模式及技術(shù)體系。本文在中藥資源循環(huán)利用理論體系的指引下，以低碳經(jīng)濟為切入點，對中藥藥渣高值化利用技術(shù)與途徑進行系統(tǒng)歸納總結(jié)。以期為中藥藥渣高值化利用，促進中藥藥渣循環(huán)利用與價值提升，實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供一定的參考依據(jù)。
1中藥藥渣處理現(xiàn)狀及迫切需求
1.1中藥藥渣處理現(xiàn)狀 “健康中國”已上升為國家戰(zhàn)略，中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來天時、地利、人和的大好時機[5]。近年來，隨著中醫(yī)藥在國際認(rèn)可度的不斷提高[6]以及我國政府支持力度的加大[7]，中藥產(chǎn)業(yè)快速增長、產(chǎn)值穩(wěn)步提高[8]。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國中藥材種植面積為240余萬h㎡，藥材年產(chǎn)量為7000萬噸。產(chǎn)生的中藥藥渣等廢棄物高達3500萬噸[9]。中醫(yī)藥事業(yè)快速發(fā)展，中藥及中成藥的市場需求逐漸加大，醫(yī)藥企業(yè)數(shù)量也隨之劇增。中藥制藥企業(yè)一般對其產(chǎn)生的中藥藥渣進行直接排放或簡單的低附加值轉(zhuǎn)化，中藥藥渣的資源價值未得到有效釋放[10]。中藥藥渣傳統(tǒng)的粗放低值化處理方式不僅投入大量資金，而且導(dǎo)致生物質(zhì)資源的浪費以及生態(tài)環(huán)境的潛在污染[11]，同時可能會造成二次污染，如土壤、大氣、水資源污染，最終危害人類健康并阻礙中藥資源產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。中醫(yī)藥事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有賴于中藥資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展，有賴于藥用生物資源可利用物質(zhì)、潛在利用價值的發(fā)現(xiàn)技術(shù)和手段[12]。因此，亟須通過行之有效的方法對中藥藥渣進行高值化利用，秉承“低碳經(jīng)濟”理念，應(yīng)用先進的生產(chǎn)技術(shù)，減少廢棄中藥藥渣對環(huán)境造成的污染，實現(xiàn)資源節(jié)約、循環(huán)利用目標(biāo)，為中藥產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效注入新動能。
1.2中藥企業(yè)節(jié)能減排、踐行低碳環(huán)保理念迫在眉睫 當(dāng)前，中藥藥渣科學(xué)處置與循環(huán)利用成為行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題[13-14]。有效地綜合利用中藥藥渣，減少其對生態(tài)環(huán)境的污染破壞是醫(yī)藥工作者必須思考并予以解決的問題[15]。中藥藥渣資源化是一個涉及經(jīng)濟、環(huán)境、社會效益等多方面的連續(xù)過程[16]。當(dāng)前中藥藥渣已被用作飼料添加劑、食用菌栽培基質(zhì)、制備活性炭、造紙原料等[17]，部分實現(xiàn)其資源化利用。但這僅是對中藥藥渣的粗放低值轉(zhuǎn)化，且尚停留在初級階段，未充分挖掘其潛在的資源利用價值。目前，由于對能源的需求不斷增加，人們正在尋找廉價、環(huán)保、可再生且能替代化石燃料的能源。研究表明，中藥藥渣含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等生物質(zhì)能高分子[18]。生物質(zhì)經(jīng)過熱解、氣化、水熱液化等技術(shù)可產(chǎn)生燃氣、生物燃油、煤焦油等。因此，中藥制藥企業(yè)可采取各項生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)，將中藥藥渣中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成清潔能源供企業(yè)常規(guī)生產(chǎn)用能，替代部分煤炭。這樣既能實現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)利用、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益，又能實現(xiàn)低碳排放，助推低碳節(jié)能減排。
2低碳經(jīng)濟視角下中藥藥渣的開發(fā)利用技術(shù)
2.1微生物發(fā)酵技術(shù) 微生物發(fā)酵作為一種通過真菌生產(chǎn)各種產(chǎn)品的技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用[19]。中藥藥渣的微生物發(fā)酵是一種雙向轉(zhuǎn)化技術(shù)，一方面微生物需要依靠中藥藥渣中殘留的營養(yǎng)成分進行生長、繁殖、代謝，另一方面微生物產(chǎn)生的各種酶能破壞中藥藥渣細胞壁的完整性和致密性，提高藥渣中有效成分的提取效率。中藥藥渣經(jīng)過各種微生物進行分解之后可用于菌種栽培，作為生物有機肥，動物飼料添加劑，用于生物能源以及環(huán)境污染治理等領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，中藥藥渣經(jīng)過微生物發(fā)酵后纖維孔隙率提高，易于菌絲體著生和繁殖，能將其作為優(yōu)良的培養(yǎng)基質(zhì)用于各種食用菌的栽培;在畜牧業(yè)領(lǐng)域，利用微生物尤其是益生菌發(fā)酵中藥藥渣，可以促進關(guān)鍵營養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)變，提高蛋白含量，制成動物飼料添加劑，促進動物生長發(fā)育;在生物能源領(lǐng)域，富含淀粉、半纖維素和纖維素等碳水化合物的中藥藥渣經(jīng)過微生物發(fā)酵后得到發(fā)酵糖，發(fā)酵糖可用作制備乙醇、沼氣和生物油等生物能源的原料;在環(huán)保領(lǐng)域，利用微生物發(fā)酵對中藥藥渣進行改性處理，使其比表面積增大，制備成生物絮凝劑，能夠?qū)U水混懸溶液起到有效的絮凝作用，見圖1。
微生物作為自然界的“清道夫”，在中藥藥渣的綠色轉(zhuǎn)化和利用方面具有一定的優(yōu)勢[20]。微生物發(fā)酵技術(shù)與其他處理技術(shù)相比，其具有綠色環(huán)保、成本低廉、操作簡單等優(yōu)點。中藥藥渣作為中藥材生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的廢棄物，其以環(huán)保的方式轉(zhuǎn)化為可用于生產(chǎn)增值產(chǎn)品的新資源[21]。中藥藥渣含有粗蛋白、粗纖維、粗脂肪等營養(yǎng)成分，直接作為動物飼料蛋白含量低、適口性較差。經(jīng)微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化的中藥藥渣蛋白質(zhì)含量顯著提高，用于制備蛋白飼料可改善飼喂動物的肉質(zhì)品質(zhì)、繁殖性能。利用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白飼料，可為養(yǎng)殖業(yè)提供高蛋白飼料，解決傳統(tǒng)飼料無法滿足飼料短缺的矛盾，使中藥藥渣成為新型蛋白飼料資源，實現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)利用。中藥藥渣經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后可顯著增加蛋白質(zhì)、多糖、藥效成分的含量，同時降低纖維素含量，見表1。
2.2酶轉(zhuǎn)化技術(shù) 中藥藥渣的酶轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的酶對中藥藥渣中殘留的營養(yǎng)成分或活性成分進行生物轉(zhuǎn)化。中藥藥渣發(fā)酵過程需要微生物的參與，微生物會分泌纖維素分解酶、半纖維素分解酶和木質(zhì)素分解酶分解木質(zhì)纖維素[32-33]。中藥藥渣因為存在植物細胞壁，直接用于飼料添加劑、食用菌栽培等殘留的有效成分無法全部釋放，經(jīng)過微生物發(fā)酵產(chǎn)生的大量酶系可破壞中藥藥渣細胞壁的完整性和致密性，極大提高活性成分的轉(zhuǎn)化和釋放。中藥藥渣的酶轉(zhuǎn)化技術(shù)在減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟效益等方面具有應(yīng)用潛力。
曾飛等[34]篩選可有效降解甘草藥渣的菌株并優(yōu)化其纖維素酶生產(chǎn)工藝。結(jié)果表明，草酸青霉G液體發(fā)酵甘草藥渣可以產(chǎn)生活力較高的纖維素酶，該酶可使甘草藥渣糖化，提高其有效成分的提取率。研究表明靈芝藥渣在發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶轉(zhuǎn)化人參皂苷，顯著提高人參皂苷的含量[35]。通過酶轉(zhuǎn)化技術(shù)對中藥藥渣進行轉(zhuǎn)化，可以再次提取和挖掘其殘留的有效成分，提升中藥藥渣的利用價值，實現(xiàn)中藥藥渣資源高值化利用目標(biāo)。
2.3生物質(zhì)熱裂解技術(shù) 生物質(zhì)熱解是一種高溫?zé)o氧過程，溫度范圍為300~1000℃[36]。中藥藥渣是一種典型的廢棄生物質(zhì)，其含有的纖維素和半纖維素?zé)峤猱a(chǎn)生揮發(fā)分，木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)生焦炭。研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)熱解可以產(chǎn)生不同產(chǎn)量和不同質(zhì)量的生物燃氣、生物油和生物炭[37]。生物質(zhì)熱解可產(chǎn)生生物燃氣、生物油以及固體生物炭。生物燃氣可直接進行發(fā)電轉(zhuǎn)化為液體燃油，為居民生活及企業(yè)加工生產(chǎn)供電;生物油可轉(zhuǎn)化為綠色化學(xué)品;固體生物炭可加工成吸附劑、活性炭等，用于廢水處理、化工和冶煉等領(lǐng)域。對中藥藥渣進行熱裂解，變廢為寶的同時大大減少了中藥制藥企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物的量，同時減少了企業(yè)對化石燃料的依賴，踐行“低碳環(huán)保、經(jīng)濟節(jié)約”理念，具有經(jīng)濟、環(huán)境和社會3個方面的綜合效益。
王攀等[38]研究丹參藥渣催化熱解制取生物燃油的可行性，考察熱解溫度對產(chǎn)物的影響。結(jié)果顯示，在溫度為445℃時，液體產(chǎn)物生物油產(chǎn)率最高為39%。張銳等[39]從美洲大蠊藥渣中提取殘油，對得到的殘油進一步制備生物柴油。研究發(fā)現(xiàn)生物柴油的轉(zhuǎn)化率可達94.37%。孟小燕等[40]采用沸石分子篩、介孔分子篩、Al2O3研究中藥藥渣催化裂解資源化技術(shù)。通過實驗得出，燃油產(chǎn)率最高為34.26%，催化裂解技術(shù)將成為中藥行業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟的重要途徑。
2.4生物質(zhì)氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化是在1100℃下將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為合成氣的熱化學(xué)過程[41]。中藥藥渣氣化產(chǎn)生的燃氣可為中藥制藥企業(yè)生產(chǎn)供能，降低企業(yè)對煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的依賴，降低大氣中溫室氣體的排放量，保護生態(tài)環(huán)境的同時實現(xiàn)中藥藥渣資源化循環(huán)利用，有利于中藥產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展。中藥藥渣氣化發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用見圖2，中藥藥渣作為一種廢棄生物質(zhì)經(jīng)過脫水、高溫干燥、粉碎等處理后進入循環(huán)流化床氣化爐，在氣化爐內(nèi)進行燃燒、氧化、還原反應(yīng)。中藥藥渣中的纖維素、半纖維素經(jīng)過不完全燃燒、氧化、還原成燃料氣體。燃氣在發(fā)電機的作用下將產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成機械能，再被轉(zhuǎn)化成電能。發(fā)電機產(chǎn)生的熱能可用于中藥藥渣的干燥環(huán)節(jié)，電能可為工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等供電。
冼萍等[42]分析兩面針?biāo)幵臒峤鈿饣卣鳎l(fā)現(xiàn)可通過熱解氣化技術(shù)從木質(zhì)中藥藥渣中制取潔凈燃氣。郭飛強等[43]以玉米秸稈作為比較，對枸菊地黃丸、六味地黃丸、香砂養(yǎng)胃丸3種藥渣進行氣化實驗。結(jié)果顯示3種中藥藥渣熱解氣化均可產(chǎn)生較多的焦油，燃氣熱值均達到5300kJ·m-3以上。范鵬飛等[44]在雙回路循環(huán)流化床設(shè)備中，以感冒清顆粒藥渣為原料進行熱解氣化實驗。研究發(fā)現(xiàn)，在特定的實驗條件下，感冒清顆粒藥渣的氣化效率較高，具有較好的氣化特性。張彤輝等[45]研究空氣當(dāng)量比對六味地黃丸藥渣氣化特性的影響。研究表明，在水蒸氣配比為0.4時，六味地黃丸藥渣燃氣熱值可達6100kJ·m-3。
2.5生物質(zhì)水熱液化技術(shù) 生物質(zhì)熱解、氣化、液化都屬于熱化學(xué)加工，但三者在操作方法上有所不同。生物質(zhì)熱解、氣化需要對原材料進行干燥并且在較高的溫度下進行反應(yīng)，生物質(zhì)水熱液化不需要干燥。生物質(zhì)水熱液化處理技術(shù)是指加工過的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為壓縮的熱水的熱化學(xué)過程[46]，可直接利用濕質(zhì)原料，實現(xiàn)原料全組分轉(zhuǎn)化，具有較強的應(yīng)用潛力。
生物質(zhì)水熱液化過程中會產(chǎn)生生物油、水相產(chǎn)物、固體殘渣和氣體[47]。在4種產(chǎn)物中，生物油可用作燃料或生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，減少企業(yè)對石油的消耗;水相產(chǎn)物可用于藻類培養(yǎng)，通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷等;固體殘渣進一步處理可作生物炭;氣相產(chǎn)物可作為溫室的氣體燃料。比起中藥藥渣傳統(tǒng)的處理方式，生物質(zhì)水熱液化可實現(xiàn)中藥藥渣資源的循環(huán)再利用，減少自身產(chǎn)生的環(huán)境污染、為企業(yè)生產(chǎn)供能，減少溫室氣體的排放量，有助于實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”目標(biāo)。丁文冉[48]以當(dāng)歸藥渣為原料，開展水熱液化制取生物油研究。結(jié)果表明，水熱液化技術(shù)能有效脫除當(dāng)歸藥渣中的氧元素，富集碳元素至生物油。丁世磊等[49]以水為反應(yīng)介質(zhì)，以粉防己藥渣作為原料，研究粉防己藥渣直接低溫液化制備生物油的工藝條件。結(jié)果表明，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，有助于液化效率的提高。
3中藥藥渣高值化利用途徑
中藥藥渣主要來源于中成藥原料生產(chǎn)、配方顆粒生產(chǎn)、醫(yī)院制劑加工與煎藥等。中藥藥渣通過固態(tài)發(fā)酵進行轉(zhuǎn)化，原料中蛋白質(zhì)含量明顯增加，可作為飼料添加劑飼喂畜禽，畜禽產(chǎn)生的糞便等回歸于農(nóng)田用于藥材種植基地，見圖3。中藥藥渣中的營養(yǎng)成分和活性成分在微生物轉(zhuǎn)化過程中被極大釋放與轉(zhuǎn)化，其有效成分的提取效率明顯提高，發(fā)酵后的藥渣可作為生物有機肥回歸于藥材種植基地，為土壤提供養(yǎng)分。中藥藥渣中含有大量的生物質(zhì)能，通過熱裂解、氣化、液化技術(shù)可將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成生物燃油、可燃氣、乙醇等能源物質(zhì)為企業(yè)供能、供電、供熱，在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)中藥藥渣資源化利用，變廢為寶的同時減少各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的溫室氣體的量，為早日實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出貢獻。
3.1飼料及添加劑 目前，中藥藥渣在豬、牛、羊、雞等經(jīng)濟畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。由于生產(chǎn)工藝等原因，中藥材經(jīng)提取加工后仍殘留一定的營養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)，但因為植物細胞壁的存在，中藥藥渣中很多營養(yǎng)成分難以被非草食性動物吸收利用。通過對中藥藥渣進行微生物發(fā)酵，分解中藥藥渣中含有的纖維素類物質(zhì)產(chǎn)生低聚糖等功能性次級代謝產(chǎn)物。將發(fā)酵中藥藥渣用作畜禽飼料，不僅能夠促進動物生長發(fā)育、改善肉質(zhì)，亦能提高動物機體免疫力、調(diào)節(jié)代謝，見表2。因此，將中藥藥渣用作飼料添加劑在避免其本身堆放產(chǎn)生的環(huán)境污染、降低企業(yè)養(yǎng)殖成本和推動實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)等方面具有應(yīng)用潛力。
3.2作為生物有機肥 普通化肥易造成土壤板結(jié)、鹽漬化程度高。尋找兼顧土壤理化性質(zhì)和提高中藥材質(zhì)量及品質(zhì)的有機肥料成為研究熱點。中藥藥渣木質(zhì)素含量高，腐殖化速度快，可用于堆肥育苗[62]。中藥藥渣含有大量氮、磷、鉀等微量元素，在適宜的溫度和pH條件下，經(jīng)過微生物發(fā)酵且腐熟以后，能滿足植物苗期所需養(yǎng)分，是一種優(yōu)質(zhì)的有機肥料和栽培基質(zhì)，見表3。將中藥藥渣作為生物有機肥用于中藥生態(tài)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，對生態(tài)系統(tǒng)的平衡和可持續(xù)發(fā)展具有顯著效果[63]。中藥藥渣殘留營養(yǎng)成分高，可作為生物有機肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，替代化學(xué)合成的肥料，實現(xiàn)中藥藥渣的循環(huán)利用，減少廢棄物的產(chǎn)生，對生態(tài)環(huán)境破壞較小。
3.3作為食用菌栽培基質(zhì) 棉籽殼、雜木屑、玉米芯、稻草等是食用菌常用的栽培基質(zhì)。近年來，由于木屑價格的不斷上漲以及棉籽殼存在安全問題，亟需尋找可替代的栽培基質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，中藥藥渣含有大量益于食用菌生長的營養(yǎng)成分，能為微生物的生長提供碳源、氮源、無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，可用于栽培食用菌。相比于棉籽殼、玉米芯等傳統(tǒng)栽培基質(zhì)，中藥藥渣具有纖維孔隙率高，易于菌絲著生和繁殖等特點[72]，培育的食用菌生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量高、生長狀態(tài)良好、營養(yǎng)成分含量高，見表4。因此，中藥藥渣與食藥用菌產(chǎn)業(yè)結(jié)合是可持續(xù)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的必然趨勢，不僅實現(xiàn)中藥藥渣的資源循環(huán)利用，也間接減少農(nóng)業(yè)肥料的使用，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出一定貢獻。
3.4制備吸附材料處理廢水 活性炭具有較強的吸附功能，主要是由含碳的原材料經(jīng)過熱解、活化加工制備而成。廢棄中藥藥渣中含有大量碳，可用于制備活性炭。于穎等[79]以Na2CO3為活化劑，香櫞、桂枝、板藍根3種藥渣為原料，制備活性炭。掃描電子顯微鏡結(jié)果顯示，制備的活性炭存在大量的孔結(jié)構(gòu)，具有較好的吸附性。葛曉利等[80]以磷酸為活化劑，大黃藥渣為原料，制備超級活性炭。結(jié)果表明，用60%的磷酸浸漬，在600℃下活化60min，產(chǎn)生的活性炭的表面積為2413c㎡·g-1，具有較好的吸附性能。YANGJ等[81]在真空條件下以ZnCl2為活化劑，以中藥藥渣作為原料，制備活性炭。結(jié)果表明，在真空條件下，從堿浸漬過的中藥藥渣中獲得的活性炭吸附性能較好，其表面積增加125.3%、總孔體積增加64.9%。
重金屬廢水排放量大、來源廣、危害大。當(dāng)前，由于鋼鐵及有色金屬的冶煉、礦山開采等行業(yè)的快速發(fā)展，水源中重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，危害人類及水生生物的生命健康。中藥藥渣用于重金屬廢水處理具有成本低、環(huán)境友好、吸附力強等優(yōu)點。中藥藥渣通過氣化、熱解、水熱液化等技術(shù)將其所含的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成燃料氣體，燃氣在發(fā)電機的作用下發(fā)電為污水預(yù)處理、生物處理、深度處理等環(huán)節(jié)供電，中藥藥渣經(jīng)過微生物轉(zhuǎn)化制備的活性炭、生物絮凝劑可吸附廢水中的重金屬離子，減少廢水生物處理環(huán)節(jié)外加劑的使用，見圖4。經(jīng)過處理的再生水資源可用于居民生活、工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)補水等，減少水資源的浪費。
CHENX等[82]用磷酸二氫鉀對雞糞和中藥藥渣進行改性，熱解以獲得在水溶液中處理Pb（Ⅱ）的改性材料（PBC）。根據(jù)Langmuir模型分析，PBC對Pb（Ⅱ）的最大吸附量為599.4mg·mL-1，可以作為廢水中Pb（Ⅱ）的有效吸附劑。曹陽等[83]以雞血藤藥渣為生物吸附劑，吸附廢水中的Cu2+。結(jié)果表明，雞血藤藥渣對Cu2+有較好的吸附處理作用。陳月芳等[84]研究發(fā)現(xiàn)中藥藥渣和麥麩對模擬礦山酸性廢水中的Cu2+具有吸附作用。ZHANGL等[85]以KOH為活化劑，中藥藥渣為碳源，采用碳化及活化的方法制備高比表面積介孔碳材料。結(jié)果表明，制備的介孔碳材料吸附功能較強，可吸附大分子和自由基。LIUYW等[86]研究胖大海藥渣作為吸附劑對鉻和鉛的吸附行為。胖大海對鉛和鉻有較好的吸附性能，是一種良好的天然吸附劑。ZHAOS等[87]研究表明丹參殘渣可作為污水中亞甲基藍的有效生物吸附劑，其最大單層生物吸附量為100.0mg·g-1。綜上所述，中藥藥渣可以被資源化利用處理重金屬廢水，達到“以廢治廢”的效果，為推動環(huán)境與中藥產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展助力。
3.5制備新能源電池 在“雙碳”的大背景之下，與新能源相關(guān)的產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展。然而太陽能、水能、風(fēng)能等新能源面臨著隨機性和嚴(yán)重的氣候依賴性等問題，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的高效利用。研究大規(guī)模穩(wěn)定的能源儲存系統(tǒng)勢在必行。鋰電池和超級電容器是目前應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速的2種儲能方式。查閱相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，中藥藥渣可通過活化制備成活性炭用于鋰電池或超級電容材料。
LIANGJF等[88]利用刺五加廢棄根制備富含微孔和氮摻雜的多孔碳框架，其優(yōu)良的蜂窩狀結(jié)構(gòu)有利于電解質(zhì)的滲透和Li+向電極材料的滲透，該電極材料的優(yōu)異性在促進鋰硫電池的發(fā)展方面有一定潛力。趙悅等[89]以廢棄生物質(zhì)中藥藥渣為原料，ZnCl2為活化劑，制備生物炭碳基氧還原電催化劑。結(jié)果表明，其具有出色的長期穩(wěn)定性。張慶武等[90]以土茯苓藥渣制備含鐵、硫化合物等多孔炭材料。該材料含有的中孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積為離子傳輸提供了良好的通道。
中藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展依賴于中藥資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展。中藥藥渣循環(huán)利用無疑也是中藥資源高效利用的方式之一。綜上所述，無論是將廢棄中藥藥渣作為經(jīng)濟畜禽的飼料添加劑、生物有機肥、食用菌栽培基質(zhì)、吸附材料處理廢水還是制備成新能源電池，都實現(xiàn)了中藥藥渣的高值化與循環(huán)利用，可有效降低碳排放，為早日實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)獻計獻策。
4總結(jié)與展望
對中藥藥渣進行資源化利用，有利于中藥產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。中藥藥渣經(jīng)過微生物轉(zhuǎn)化，蛋白質(zhì)含量明顯提高，可用作生產(chǎn)蛋白飼料、食用菌栽培基質(zhì)。中藥藥渣中含有氮、磷、鉀、有機質(zhì)等物質(zhì)，是生物有機肥的潛在原料。中藥藥渣的熱裂解、生物質(zhì)氣化、液化技術(shù)可制備生物燃油、乙醇、燃氣等清潔能源，用于制藥企業(yè)生產(chǎn)供能。
中藥藥渣的綜合、高效、循環(huán)利用是一項復(fù)雜且艱巨的任務(wù)，當(dāng)前我國中藥藥渣的綜合利用尚且停留在初級階段，尚未形成完整的中藥藥渣資源循環(huán)利用體系。首先，中藥藥渣綜合利用率偏低是其面臨的最主要的問題。中藥藥渣是重要的生物質(zhì)資源、傳統(tǒng)的處理方式造成極大的資源浪費及環(huán)境污染，作為生物有機肥、菌種栽培基質(zhì)等處理技術(shù)亦存在一定的弊端。中藥藥渣資源化利用技術(shù)仍處于理論研究階段，并未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，無法徹底解決中藥藥渣引起的環(huán)境污染和資源浪費問題。其次，中藥資源產(chǎn)業(yè)涉及面廣泛，產(chǎn)生的中藥藥渣來源復(fù)雜、成分多樣、理化性質(zhì)不一。目前，中藥制藥企業(yè)、中醫(yī)醫(yī)院產(chǎn)生的中藥藥渣，通常采用混合收集、混合運輸、混合處理，沒有實行源頭分類處理。最后，中藥藥渣回流市場的現(xiàn)象時有發(fā)生，國家已明確規(guī)定，經(jīng)煎煮提取有效成分的中藥藥渣禁止再次流入市場，但不法分子鋌而走險，回收中藥藥渣，經(jīng)過簡單處理之后再次銷售，擾亂市場秩序。
中藥藥渣資源化處理不僅取決于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度，與政府相關(guān)政策法規(guī)的建立也密切相關(guān)。首先，政府應(yīng)該建立中藥藥渣統(tǒng)計制度，對中藥制藥企業(yè)及中醫(yī)院等產(chǎn)生的中藥藥渣進行統(tǒng)計分類，摸清底數(shù)，為后續(xù)中藥藥渣的處理、利用提供依據(jù)。其次，政府與企業(yè)應(yīng)齊心協(xié)力，共同參與中藥藥渣資源化處理這項任務(wù)中來?？梢龑?dǎo)有條件的企業(yè)或機構(gòu)構(gòu)建中藥藥渣資源化利用中心，力爭在中藥藥渣發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料、生物質(zhì)燃料、食用菌栽培基質(zhì)等方面實現(xiàn)技術(shù)的重大突破。最后，建立能夠防范提取有效成分的中藥藥渣回流市場的處置管理制度，嚴(yán)防中藥藥渣被不法分子回收利用。中藥藥渣資源化利用處理成本高、耗時長，短期內(nèi)無法為企業(yè)帶來利潤，企業(yè)難以一直堅持。因此，中藥藥渣資源化處理亟須政府、企業(yè)共同倡導(dǎo)，基于低碳環(huán)保理念，采用相關(guān)技術(shù)手段，對中藥藥渣進行資源化處理，以實現(xiàn)中藥產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展。 |
