我國是一個農業大國，秸稈作為我國主要的農作物，年產總量約 6.04 億 t,這其中約 1.2 億 t 則田間直接焚燒或廢棄地頭，大約 1.9 億 t 的農作物秸稈在爐灶內直接燃燒用作炊事和采暖[1].直接利用生物質作為燃料時，燃燒不穩定，熱效率低，其轉換效率僅為 10%~20%,即浪費資源又污染環境[2].生物質能的研究開發，主要有氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒技術。國外的生物質利用方面，部分發達國家已處于領先地位，其生物質技術與裝置已實現規?；a業經營。我國也在從上個世紀 80 年代開始對生物質技術的重點研究，由于起步較晚，目前，商業化應用程度較低[3-5].為此，國家頒布了《可再生能源法》要大力加強可再生能源技術的開發研究。
為響應國家號召，本研究通過對 4 種不同廢棄生物質基材的處理，分析處理后的生物質主要成分差異性，探討不同濃度酸、堿化處理對制成生物質顆粒前材料燃燒熱值的影響，為進一步改良生物質制粒工藝提供基礎理論依據。
1 材料與方法
1.1 材料
玉米秸稈（大慶市郊區）；中藥殘渣（大慶市某中醫院）；林業廢棄枝椏及木耳菌袋（伊春某郊區），各樣品均為自然風干樣品。按照不同實驗要求取材料進行機械粉碎，然后過篩（0.25mm）。實驗中所用化學試劑均為分析純級，水為蒸餾水。
1.2 預處理
玉米秸稈、林業廢棄枝椏及中藥渣分別用 1%NaOH 及 1% H2SO4進行處理浸泡 24h 或濕混 72h,處理后，浸泡的樣品濾去液體，將固體生物質殘渣65℃烘干至恒重，和對照樣品一起測定木質素、纖維素、半纖維素、總碳和灰分的含量。具體處理方式見表 1.木耳菌袋由于經過菌的生長，所以在本實驗中就不進行酸堿處理。
1.3 方法
1.3.1 纖維素測定 采用濃酸水解法測定纖維素含量[1].樣品用 HAc 和 HNO3的混合液浸泡并加熱，洗去雜質后加入 K2CrO7與濃 H2SO4,以鄰菲羅啉為指示劑，用（NH4）2SO3溶液滴定，至溶液由黃色經黃綠色至剛剛顯露紅褐色為止，根據用去（NH4）2SO3溶液計算纖維素的含量。
1.3.2 半纖維素測定 采用紫外分光光度法測定半纖維素含量[ 1,2,4].樣品用質量分數為 80%硝酸鈣溶液浸泡并加熱，蒸餾水稀釋后去除上清液，以酚酞為指示劑，用 NaOH 中和至恰顯玫瑰色后過濾，濾液加 DNS 溶液沸水浴，冷卻后于 540 nm 的波長下測定吸光度。
1.3.3 木質素測定 采用濃 H2SO4法測定木質素含量[2,3,5].樣品用 HAc 溶液浸泡并洗滌后，加丙酮 4mL浸泡 5min,洗滌水浴蒸干，加質量分數 72% H2SO43mL 搖勻在室溫下靜置一晚，蒸餾水稀釋后沸水浴，加 BaCl2混勻后離心去上清；沉淀加入 H2SO4和K2CrO7混合液加熱。加入 KI 溶液后用 Na2S2O3滴定至溶液剛顯天藍色且 30min 內不變色。
1.3.4 總碳含量及灰分含量 采用碳氮分析儀測。定不同生物質材料的總碳含量及灰分含量。使用粉碎機，將固體生物質材料粉碎，并通過 100 目孔徑的篩子。稱取幾分不同重量的標準物 CaCO3分別放入陶瓷舟推入燃燒爐測量標準曲線。稱取一定量的生物質原料粉末（約 50mg），將樣品放入陶瓷舟推入燃燒爐測量未知樣品總碳含量。稱量燃燒后殘渣質量即為灰分含量。
1.3.5 生物質熱值測定 實驗過程采用氧彈熱量計對不同固體生物質熱值進行測量和分析[6-8].
2 結果與分析
2.1 不同生物質及不同預處理方式纖維素、半纖維素、木質素、總碳和灰分含量不同生物質及不同預處理方式纖維素、半纖維素、木質素、總碳和灰分含量測定結果見表 2.
由表 2 可知，不同生物質原料未經酸堿處理時，纖維素含量差別不大，中藥殘渣最低；半纖維素含量玉米秸稈、林業廢棄枝椏和中藥殘渣相近，木耳菌袋最低為 13.03%,約為前三者的 60%;木質素含量秸稈最低，為 14.72%,其余三者相近。4 種生物質總碳含量為林業廢棄枝椏>木耳菌袋>玉米秸稈>中藥渣，灰分含量為中藥渣>木耳菌袋>玉米秸稈>林業廢棄枝椏。
不同生物質原料經酸堿不同方式處理后，纖維素、半纖維素含量差別不大，按其含量大小排列順序為玉米秸稈>林業廢棄枝椏>中藥殘渣；木質素含量與纖維素、半纖維素含量相反，表現為林業廢棄枝椏>中藥殘渣>玉米秸稈。
樣品的預處理結果表現為酸堿預處理使 3 種生物質原料的纖維素含量增加，半纖維素含量降低，秸稈的木質素含量增加，林業廢棄枝椏和中藥殘渣的木質素含量降低。玉米秸稈酸堿處理后總碳含量升高，而林業廢棄枝椏總碳含量為 1% H2SO4,1∶10 固液比>1% NaOH,1∶1 固液比>未處理>1% NaOH,1∶10 固液比>1% H2SO4,1∶1 固液比。
2.2 不同生物質原料及不同預處理方式對熱值的影響
利用彈筒發熱量測定的方法對玉米秸稈、林業廢棄枝椏、中藥渣及木耳菌袋四種生物質原料熱值進行測定，結果見表 3.
表 3 結果表明，4 種原料的熱值表現為林業廢棄枝椏>玉米秸稈>木耳菌袋>中藥渣。不同的預處理方式結果顯示玉米秸稈 1% H2SO4處理后生物質的熱值>1% NaOH 處理后的生物質熱值>未經處理的玉米秸稈，林業廢棄枝椏未經處理>1%H2SO4處理后生物質的熱值>1% NaOH 處理后的生物質熱值?？傮w看來 1% H2SO4處理后的生物質熱值要高于 1% NaOH 處理后的生物質熱值。
3 結論
（1）實驗中所用的不同生物質原料未經酸堿處理時，纖維素含量差別不大，中藥殘渣最低；半纖維素含量玉米秸稈、林業廢棄枝椏和中藥殘渣相近，木耳菌袋最低；木質素含量秸稈最低，其余三者相近。經酸堿預處理后，生物質原料的纖維素含量增加，半纖維素含量降低，秸稈的木質素含量增加，林業廢棄枝椏和中藥殘渣的木質素含量降低。
（2）4 種生物質原料總碳含量為林業廢棄枝椏最高，其次為木耳菌袋與玉米秸稈，中藥渣最低，灰分含量正好相反。經酸堿處理后，玉米秸稈酸堿處理后總碳含量有顯著升高；林業廢棄枝椏有提高但相差不明顯。
（3）4 種原料的熱值表現為林業廢棄枝椏最高，其次為玉米秸稈、木耳菌袋，中藥渣最低，而 1%H2SO4處理后的玉米秸稈熱值提高顯著，不同的預處理方式的結果顯示 1% H2SO4處理后生物質的熱值要高于 1% NaOH 處理后的生物質熱值。
（4）由數據對比分析可以看出，總碳含量與熱值呈正比，即總碳含量越高，熱值越高；纖維素、木質素含量與熱值也呈正比，即纖維素、木質素含量越多，熱值越高。酸堿處理生物質材料可使生物質材燃燒更加完全，從而更好的提高生物質燃燒熱值。
4 討論
在實驗過程中，部分生物質材料預處理后的數值變化不顯著，可能由于測定過程中種種人為測定因素、測定精確度等方便差生誤差，導致最終研究結果變化不顯著。因此，建議后續研究者樣品處理及指標測定過程中更加嚴格，并在此基礎上繼續深入研究，從大量的實驗數據中提煉出更深層的規律。
參 考 文 獻
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