滇池水葫蘆的熱重分析

蘇文靜，李世友*，王秋華

(1.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，云南昆明 650224；2.云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650224)

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滇池水葫蘆的熱重分析

蘇文靜1，2，李世友1，2*，王秋華1，2

(1.西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，云南昆明 650224；2.云南省森林災(zāi)害預(yù)警與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650224)

摘要[目的]明確水葫蘆的熱解特性。[方法]采用熱重分析方法對(duì)滇池中的水葫蘆進(jìn)行熱解試驗(yàn)，繪制水葫蘆葉、根、整株的熱重曲線。[結(jié)果]水葫蘆熱解從易到難的順序?yàn)檎辍⑷~、根，整株水葫蘆在289～531 ℃的熱解失重率為55.52%，葉在279～497 ℃的熱解失重率為54.11%，根在288～488 ℃的熱解失重率為40.88%。[結(jié)論]試驗(yàn)結(jié)果為水葫蘆的燃料和發(fā)酵利用提供了參考。

關(guān)鍵詞水葫蘆；灰分；熱解；熱重分析

水葫蘆(Eichhorniacrassipes)學(xué)名鳳眼蓮，又名布袋蓮、水荷花，屬雨久花科，是一種源自南美洲亞馬遜河流域的浮水植物[1]。水葫蘆根系發(fā)達(dá)，以高效的繁殖能力和良好的適應(yīng)性使其在南方地區(qū)的內(nèi)河流域廣泛分布，水葫蘆在20世紀(jì)30年代傳入我國(guó)，在飼料糧短缺時(shí)曾作為畜禽飼料而大力推廣[2]。水葫蘆具有極強(qiáng)的氮、磷吸收能力以及重金屬富集能力，被用于污染水體和富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)修復(fù)[3-6]。目前，水葫蘆在造紙、藥用、食品、編織品、吸附劑領(lǐng)域有所應(yīng)用，但應(yīng)用最廣泛的還是在處理富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)、制備能源燃料、肥料和飼料方面[7]。

滇池是我國(guó)的第六大湖泊。自1991年滇池藍(lán)藻首次大面積暴發(fā)以來(lái)，滇池的藍(lán)藻有覆蓋面積增大、持續(xù)時(shí)間增加的趨勢(shì)[8]，整個(gè)湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化問題嚴(yán)重。2009年昆明市啟動(dòng)了“滇池水葫蘆富集氮磷及資源化利用研究與示范項(xiàng)目”，2011年基于水葫蘆在清除滇池內(nèi)源污染方面的巨大潛力，昆明市將“控制性種養(yǎng)水葫蘆”列為治理污染的重要措施之一，并啟動(dòng)了“滇池水葫蘆治理污染試驗(yàn)性工程”，取得了一系列實(shí)用性進(jìn)展[9-13]。筆者曾采用干灰分法測(cè)定了滇池水葫蘆的灰分含量，葉、根、整株的灰分含量分別為13.4%、22.12%、16.7%。隨著利用水葫蘆凈化滇池水技術(shù)的推廣，越來(lái)越多的水葫蘆將被收集和利用。鑒于此，筆者采用熱重分析儀對(duì)水葫蘆進(jìn)行了熱重分析，以期為水葫蘆的燃燒、發(fā)酵利用等奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料水葫蘆樣品采自滇池東北部的海東濕地。將取回的樣品清洗、烘干、粉碎、過篩，自然狀態(tài)放置一段時(shí)間后備用。TGA/SDTA851e同步熱分析儀為梅特勒-托利多公司產(chǎn)品。

1.2方法采用TGA/SDTA851e同步熱分析儀進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)。將樣品放入氧化鋁坩堝中，從25 ℃加熱到800 ℃，加熱速率為20 ℃/min，采用高純度的氮?dú)鉃檩d氣，流量為20 mL/min，分別對(duì)水葫蘆的根、葉和整株樣品進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)。由于水葫蘆莖的質(zhì)量占整株質(zhì)量比例較小，故未對(duì)莖進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn)。采用Origin 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2結(jié)果與分析

由圖1可知，從25 ℃升高到800 ℃，3條曲線都經(jīng)過了相同的3個(gè)階段，熱解的基本趨勢(shì)相同。從25 ℃開始到100 ℃左右時(shí)，質(zhì)量損失量較小，僅表現(xiàn)為失水過程，為失水階段。在隨后的100 ℃范圍內(nèi)，質(zhì)量基本不發(fā)生變化。在280～480 ℃范圍內(nèi)，水葫蘆的質(zhì)量發(fā)生較大改變，是水葫蘆熱解的主要階段，為熱分解階段。在500 ℃以后，水葫蘆根和葉的質(zhì)量不再發(fā)生大的改變，曲線趨于平緩，為炭化階段。與葉、根的熱解曲線相比，整株水葫蘆的質(zhì)量在300 ℃以后下降迅速。

圖1　水葫蘆的熱解曲線Fig.1　ThermolysiscurveofEichhorniacrassipes

利用Origin 9.0數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行峰值處理，每條曲線都有明顯的2個(gè)峰值點(diǎn)，葉的2個(gè)失重峰值點(diǎn)分別為279、497 ℃，失重率分別為16.79%、61.82%；根的2個(gè)失重峰值點(diǎn)分別為288、488 ℃，失重率分別為11.94%、47.94%；整株水葫蘆的2個(gè)失重峰值點(diǎn)分別為289、531 ℃，失重率分別為20.15%、64.48%。到800 ℃時(shí)，水葫蘆的葉、根和整株水葫蘆的失重率分別為70.19%、60.93%、81.76%。根據(jù)灰分和失重率計(jì)算得出水葫蘆的葉、根和整株水葫蘆的殘?zhí)柯史謩e為16.41%、16.95%、1.54%。水葫蘆葉和根的失重率與紹興地區(qū)的水葫蘆[14]有所差別但不大，峰值測(cè)定溫度大致相同，3種樣品的2個(gè)峰值點(diǎn)都在270～550 ℃，整體的熱解趨勢(shì)與華僑大學(xué)周邊水葫蘆的熱解[15]一致，都出現(xiàn)了2個(gè)明顯的失重峰且峰值溫度相近。從3個(gè)階段的失重率可見，根的失重率最小，這與根的灰分含量最大有關(guān)。

3結(jié)論

水葫蘆熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水葫蘆熱解從易到難的順序?yàn)檎辍⑷~、根；整株、葉、根熱解失重的主要溫度范圍分別為289～531、279～497、288～488 ℃，失重率分別為55.52%、54.11%、40.88%。

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Thermal Gravimetric Analysis ofEichharniacrassipesin Dianchi Lake

SU Wen-jing1,2, LI Shi-you1,2*, WANG Qiu-hua1,2

(1. College of Civil Engineering, Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan 650224; 2. Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control, Yunnan, Kunming 650224)

Abstract[Objective] To study the pyrolysis characteristics of Eichharnia crassipes. [Method] The pyrolysis experiment of E. crassipes in Dianchi Lake was carried out by using the method of thermal gravimetric analysis. The heat and weight curve of the leaf, root and whole plant was obtained. [Result] E. crassipes pyrolysis from easy to difficult was in the order of whole plant, leaf and root; the weight loss rate of the whole E. crassipes at 289-531 ℃ was 55.52%, the weight loss rate of the leaf at 279-497 ℃ was 54.11%, the weight loss rate of the root at 288-488 ℃ was 40.88%. [Conclusion] This research provides references for the burning and fermentation utilization of E. crassipes.

Key wordsEichharnia crassipes; Ash content; Pyrolysis; Thermal gravimetric analysis

基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)項(xiàng)目(31260180)。

作者簡(jiǎn)介蘇文靜(1993- )，女，山東威海人，碩士研究生，研究方向：森林防火。*通訊作者，副教授，博士，從事森林防火研究。

收稿日期2016-03-02

中圖分類號(hào)S 963.21+3;TK 6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)08-007-01