滇池水葫芦的热重分析

苏文静，李世友*，王秋华

(1.西南林业大学土木工程学院，云南昆明 650224；2.云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南昆明 650224)



滇池水葫芦的热重分析

苏文静1，2，李世友1，2*，王秋华1，2

(1.西南林业大学土木工程学院，云南昆明 650224；2.云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南昆明 650224)

摘要[目的]明确水葫芦的热解特性。[方法]采用热重分析方法对滇池中的水葫芦进行热解试验，绘制水葫芦叶、根、整株的热重曲线。[结果]水葫芦热解从易到难的顺序为整株、叶、根，整株水葫芦在289～531 ℃的热解失重率为55.52%，叶在279～497 ℃的热解失重率为54.11%，根在288～488 ℃的热解失重率为40.88%。[结论]试验结果为水葫芦的燃料和发酵利用提供了参考。

关键词水葫芦；灰分；热解；热重分析

水葫芦(Eichhorniacrassipes)学名凤眼莲，又名布袋莲、水荷花，属雨久花科，是一种源自南美洲亚马逊河流域的浮水植物[1]。水葫芦根系发达，以高效的繁殖能力和良好的适应性使其在南方地区的内河流域广泛分布，水葫芦在20世纪30年代传入我国，在饲料粮短缺时曾作为畜禽饲料而大力推广[2]。水葫芦具有极强的氮、磷吸收能力以及重金属富集能力，被用于污染水体和富营养化湖泊的生态修复[3-6]。目前，水葫芦在造纸、药用、食品、编织品、吸附剂领域有所应用，但应用最广泛的还是在处理富营养化水质、制备能源燃料、肥料和饲料方面[7]。

滇池是我国的第六大湖泊。自1991年滇池蓝藻首次大面积暴发以来，滇池的蓝藻有覆盖面积增大、持续时间增加的趋势[8]，整个湖泊的富营养化问题严重。2009年昆明市启动了“滇池水葫芦富集氮磷及资源化利用研究与示范项目”，2011年基于水葫芦在清除滇池内源污染方面的巨大潜力，昆明市将“控制性种养水葫芦”列为治理污染的重要措施之一，并启动了“滇池水葫芦治理污染试验性工程”，取得了一系列实用性进展[9-13]。笔者曾采用干灰分法测定了滇池水葫芦的灰分含量，叶、根、整株的灰分含量分别为13.4%、22.12%、16.7%。随着利用水葫芦净化滇池水技术的推广，越来越多的水葫芦将被收集和利用。鉴于此，笔者采用热重分析仪对水葫芦进行了热重分析，以期为水葫芦的燃烧、发酵利用等奠定基础。

1材料与方法

1.1材料水葫芦样品采自滇池东北部的海东湿地。将取回的样品清洗、烘干、粉碎、过筛，自然状态放置一段时间后备用。TGA/SDTA851e同步热分析仪为梅特勒-托利多公司产品。

1.2方法采用TGA/SDTA851e同步热分析仪进行热重实验。将样品放入氧化铝坩埚中，从25 ℃加热到800 ℃，加热速率为20 ℃/min，采用高纯度的氮气为载气，流量为20 mL/min，分别对水葫芦的根、叶和整株样品进行热重实验。由于水葫芦茎的质量占整株质量比例较小，故未对茎进行热重实验。采用Origin 9.0软件进行数据处理。

2结果与分析

由图1可知，从25 ℃升高到800 ℃，3条曲线都经过了相同的3个阶段，热解的基本趋势相同。从25 ℃开始到100 ℃左右时，质量损失量较小，仅表现为失水过程，为失水阶段。在随后的100 ℃范围内，质量基本不发生变化。在280～480 ℃范围内，水葫芦的质量发生较大改变，是水葫芦热解的主要阶段，为热分解阶段。在500 ℃以后，水葫芦根和叶的质量不再发生大的改变，曲线趋于平缓，为炭化阶段。与叶、根的热解曲线相比，整株水葫芦的质量在300 ℃以后下降迅速。

图1　水葫芦的热解曲线Fig.1　ThermolysiscurveofEichhorniacrassipes

利用Origin 9.0数据处理软件对样品的实验结果进行峰值处理，每条曲线都有明显的2个峰值点，叶的2个失重峰值点分别为279、497 ℃，失重率分别为16.79%、61.82%；根的2个失重峰值点分别为288、488 ℃，失重率分别为11.94%、47.94%；整株水葫芦的2个失重峰值点分别为289、531 ℃，失重率分别为20.15%、64.48%。到800 ℃时，水葫芦的叶、根和整株水葫芦的失重率分别为70.19%、60.93%、81.76%。根据灰分和失重率计算得出水葫芦的叶、根和整株水葫芦的残炭率分别为16.41%、16.95%、1.54%。水葫芦叶和根的失重率与绍兴地区的水葫芦[14]有所差别但不大，峰值测定温度大致相同，3种样品的2个峰值点都在270～550 ℃，整体的热解趋势与华侨大学周边水葫芦的热解[15]一致，都出现了2个明显的失重峰且峰值温度相近。从3个阶段的失重率可见，根的失重率最小，这与根的灰分含量最大有关。

3结论

水葫芦热重实验结果表明，水葫芦热解从易到难的顺序为整株、叶、根；整株、叶、根热解失重的主要温度范围分别为289～531、279～497、288～488 ℃，失重率分别为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

基金项目国家自然科学基金地区项目(31260180)。

作者简介苏文静(1993- )，女，山东威海人，硕士研究生，研究方向：森林防火。*通讯作者，副教授，博士，从事森林防火研究。

收稿日期2016-03-02

中图分类号S 963.21+3;TK 6

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)08-007-01