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陕西苹果修剪枝作为生物质再生能源利用研究

作　者: 李少阳
导　师: 孙润仓；苏印泉
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 野生动植物保护与利用
关键词: 苹果修剪枝条生物质能源热值木质素半纤维素理化性质
分类号: S661.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 79次
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内容摘要

在能源紧缺与环境保护的双重压力下,生物质能的开发利用引起了人们的广泛关注。苹果树作为经济树种之一,面积陕西居全国之首,每年的修剪量很大,而这些枝条、树干又往往作为传统的薪材低效率的直接燃烧,造成该资源的利用极不科学合理;或者长期堆放腐朽作为肥料使用,致使枝条内潜在的大量化学能白白损失,同时释放的CO2造成环境的污染。本论文以综合利用苹果修剪枝为出发点,研究了陕西省每年的苹果修剪总量,不同年龄修剪枝的燃烧热值和苹果修剪枝中主要成分木质素和半纤维素的提取及理化性质,结论如下:（1）通过对陕西苹果修剪量的抽样调查可知:苹果修剪枝的平均含水量为44.95%,其中,一年生修剪枝的含水量为47.89%,二年生修剪枝的为45.16%,三年及以上生修剪枝为41.40%。用平均生物量法计算出陕西省每年苹果修剪枝的总生物量（干物质）为392.65万t左右。（2）用氧弹式量热计对不同年龄的苹果修剪枝进行了燃烧热值的测定,结果表明,三个不同年龄段的修剪枝燃烧热值相差不大,分别为:一年生17284.821 J·g^-1,二年生17318.703 J·g^-1,三年及以生17411.245 J·g^-1,平均为17338.256J·g^-1。（3）用不同质量分数的NaOH从苹果修剪枝中提取木质素和半纤维素,并利用GC、HPLC、FT-IR和TGA-DTA仪器分析其化学和物理特征。三个年龄段的苹果修剪枝中苯醇提取物的含量均较低,其中一年生为2.69%,二年生为4.93%,三年及以上生为4.38%;无论木质素还是半纤维素,其产率都是在1%NaOH质量分数时最高,然后随着NaOH质量分数的增加,木质素和半纤维素的产率逐渐减少。在三个不同年龄的修剪枝中,二年生枝条半纤维素的总提取率最高,为25.72%,一年生枝条的总产率最低,为18.87%;而木质素的总产率恰恰相反,二年生枝条的最低,为4.34%,一年生枝条的最高,为6.10%,三年及以上生的居中。（4）从二年生修剪枝提取的半纤维素的糖组分来看,其半纤维素制备物的主要组成是聚葡萄糖木糖,即聚氧-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖。通过对二年生苹果修剪枝木质素制备物的碱性硝基苯氧化结果分析,在木质素的制备物中香草醛和丁香酸是主要产物,还有大量的香草酸和芳香酸,没食子酸、对香豆酸和阿魏酸含量很低,这说明二年生苹果修剪枝中木质素是G-S-H型木质素。（5）通过对木质素制备物分子量的测定,结果表明:其重均分子量和多分散性都无显著差异,分子量在1200～5000之间;多分散性均在1.236～1.692之间。而半纤维素制备物的重均分子量和多分散性差异均比较显著,相对分子质量从103720g·mol^-1随着碱液浓度的增加而减小,其值16693g·mol^-1,多分散系数在3.916～94.291之间,分子量分布范围宽窄不等。（6）通过对木质素和半纤维素制备物的FT-IR谱图分析可知,其分子内部含有较多活性基团,具有较高的化学活性,可为开发高应用价值的化学产品提供原料;从其TGA-DTA曲线可知,木质素和半纤维素的最大失重温度均在280℃附近。用X-射线衍射法对其提取后的残渣进行了结晶度的测定,发现其纤维的结晶度不足40%,故认为其纤维不适合作为造纸的原料。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章文献综述  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 生物质能源的特点  11-12
    1.2.1 绿色环保性  11-12
    1.2.2 可储藏性和可替代性  12
    1.2.3 资源丰富  12
    1.2.4 具有可再生性  12
    1.2.5 安全性好  12
    1.2.6 单位质量热值较低  12
    1.2.7 分布较为分散  12
  1.3 开发利用生物质能源的意义  12-14
    1.3.1 改善现有的能源消费结构，降低对石油进口的依存度  13
    1.3.2 开发利用生物质能是保护环境，实现可持续发展的重要途径  13
    1.3.3 发展生物质能源可提高农民的生活水平  13
    1.3.4 开发利用生物质能可充分利用边际土地，增加农民收入  13-14
  1.4 国内外生物质能研究和利用概况  14-17
    1.4.1 国外生物质能研究概况  14-15
    1.4.2 国内生物质能研究概况  15-16
    1.4.3 生物质能现代化利用技术概况  16-17
  1.5 本研究的对象、目的意义及主要研究内容  17-19
    1.5.1 研究对象  17
    1.5.2 目的意义  17
    1.5.3 主要研究内容  17-19
第二章陕西省苹果主产区修剪量野外调查  19-23
  2.1 引言  19
  2.2 自然概况  19-20
  2.3 研究材料和研究方法  20
    2.3.1 研究材料  20
    2.3.2 研究方法  20
  2.4 结果与分析  20-22
    2.4.1 含水量测定结果  21-22
    2.4.2 修剪量调查结果  22
  2.5 本章小结  22-23
第三章不同年龄苹果修剪枝燃烧热测定  23-27
  3.1 引言  23
  3.2 材料和方法  23-24
    3.2.1 实验仪器  23
    3.2.2 试剂与材料  23
    3.2.3 实验方法  23-24
  3.3 结果与分析  24-26
    3.3.1 热量计热容量标定  24-25
    3.3.2 试样燃烧热测定  25-26
    3.3.3 研究结果相对标准偏差的计算  26
  3.4 本章小结  26-27
第四章苹果修剪枝木质素和半纤维素提取及理化性质研究  27-42
  4.1 引言  27
  4.2 木质素和半纤维素概述  27-29
    4.2.1 木质素  27-28
    4.2.2 半纤维素  28-29
  4.3 材料与方法  29-31
    4.3.1 材料与试剂  29-30
    4.3.2 木质素和半纤维素分离提取  30-31
    4.3.3 木质素和半纤维素理化性质测定  31
  4.4 结果与分析  31-40
    4.4.1 不同年龄苹果修剪枝灰分和苯醇提取物测定结果  31-32
    4.4.2 不同量NaOH 的木质素和半纤维素产率  32
    4.4.3 木质素和半纤维素化学组成  32-34
    4.4.4 木质素和半纤维素分子量测定  34-35
    4.4.5 木质素和半纤维素红外光谱测定及分析  35-37
    4.4.6 木质素和半纤维素的热稳定性测定  37-39
    4.4.7 纤维素结晶度分析  39-40
  4.5 本章小结  40-42
第五章结论与建议  42-44
  5.1 结论  42-43
  5.2 建议  43-44
参考文献  44-49
致谢  49-50
作者简介  50

陕西苹果修剪枝作为生物质再生能源利用研究

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