[發明專利]一種快速預測不同類型秸稈類生物質組分含量及光合產氫潛力的方法

有效

• 申請號: 201610058095.1
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105445141B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 張志萍;張全國;王毅;張甜;李亞猛;路朝陽
• 申請（專利權）人: 河南農業大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰;張智偉

1.一種快速預測不同類型秸稈類生物質組分含量及光合產氫潛力的方法，其特征在于步驟如下：

（1）秸稈類生物質的粉碎預處理：將不同類型秸稈類生物質分別粉碎至375～8968nm后，干燥備用；

（2）對不同類型秸稈類生物質進行熱重分析：每一種類型的秸稈類生物質粉，稱量8～12mg，均勻分散在熱重分析儀的樣品盤中，在氮氣氣氛下，測試不同升溫速率下40~600℃溫度區間的熱失重行為；

（3）數據分析：利用熱重分析儀自帶的數據處理軟件包，獲得降解特性參數：起始溫度T_o及該時刻的失重率WL_o，峰值溫度T_p及該時刻的失重率WL_p，轉變溫度T_s及該時刻的失重率WL_s，以及殘余物含量；而后以各升溫速率下的熱失重行為為依據，計算不同類型秸稈類生物質的表觀活化能；根據所得數據預測不同類型秸稈類生物質的組分含量及光合產氫潛力：熱解活躍區間失重率WL_s-WL_o越大、殘余物含量越低，說明該類型秸稈類生物質中的易降解組分含量越高；熱解活躍區間失重率WL_s-WL_o越大、殘余物含量越低、表觀活化能越低，說明該類型秸稈類生物質的光合產氫潛力越大；

其中步驟（1）中的秸稈類生物質類型有五種，五中秸稈類生物質分別為玉米秸稈、高粱秸稈、玉米芯、大豆稈和棉花稈，五種秸稈類生物質分別粉碎至1000nm后，干燥備用；

其中步驟（2）對五種秸稈類生物質進行熱重分析的具體過程為：每一種類型的秸稈類生物質粉，稱量10mg，均勻分散在熱重分析儀的開式樣品盤中；將熱重分析儀爐體溫度降至室溫后，高純氮氣在流速60mL min^-1下通入爐體中，創造惰性氣氛，點擊運行，升溫區間設為40~600℃，升溫速率分別為5℃min^-1、10℃min^-1、20℃min^-1、30℃min^-1和40℃min^-1；當達到均衡溫度40℃時，等溫狀態維持1min，待系統穩定后，開始在設定升溫速率下、溫度區間為40~600℃進行升溫降溫熱重分析過程，取樣周期為0.5s；其中，在10℃ min^-1的升溫速率下，根據不同類型秸稈類生物質粉體的熱失重曲線TG及一階微分熱重曲線，即熱失重速率曲線；秸稈類生物質的熱解過程主要包括三個階段：第一階段是易揮發分的揮發，第二階段是熱解活躍區，第三階段是熱解消極區；秸稈類生物質物質的降解多集中在熱解活躍區，并依次是半纖維素、纖維素和木質素的降解；纖維素和半纖維素含量越高，則其熱解活躍區溫度跨度越大；熱解峰值溫度低，說明該秸稈類生物質較易降解；失重曲線上出現的肩峰，則是用來說明秸稈類生物質內的纖維素含量和半纖維素含量的比值情況，肩峰越明顯，說明纖維素與半纖維素的含量之比越低；殘余物含量越低，說明秸稈類生物質中可降解成分越多；熱解活躍區從初始溫度200℃左右開始，此時則主要為半纖維素的熱解，纖維素的降解緊隨其后，在170-350℃的溫度區間內，其劇烈降解造成了明顯失重，并在320℃左右時，失重速率達到峰值，說明此時秸稈類生物質粉體的熱分解速率達到最高；由于半纖維素的降解溫度比纖維素低，其“肩峰”易被纖維素降解峰覆蓋，因此在曲線中不易觀察；第三階段是熱解消極區，溫度區間為375-600℃，此時快速熱解后的殘余物發生緩慢分解，最后生成灰分和炭；木質素的降解持續時間最長，在曲線中如同快速熱解反應的“尾巴”，在易揮發分的揮發階段和熱解活躍區都緩慢發生；不同類型秸稈的熱解起始溫度、峰值高度、熱解活躍區跨度及殘余物含量均不相同；纖維素或半纖維素含量越高，熱解反應過程中，失重率越大，殘余物含量越低。

2.如權利要求1所述的快速預測不同類型秸稈類生物質組分含量及光合產氫潛力的方法，其特征在于：采用FWO或DAEM方法計算不同類型秸稈類生物質的表觀活化能。