植物熱值及環(huán)境問題研究

金玲

（朝陽市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 遼寧朝陽 122000）

植物熱值及環(huán)境問題研究

金玲

（朝陽市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 遼寧朝陽 122000）

本文通過對(duì)植物熱值的測(cè)定，比較拂子茅和羊草兩種莖和葉熱值的差別，并根據(jù)不同的比例與煤混合，測(cè)得其混合后的熱值數(shù)據(jù)，確定植物各部位與煤混合的最佳比例，并找出最佳生物質(zhì)與煤混燃比例，從而減少對(duì)環(huán)境造成的污染。

植物熱值 與煤混燃 混燃比例 生物質(zhì)能

1 引言

植物熱值是指植物單位重量干物質(zhì)在完全燃燒后所釋放出來的熱量,對(duì)熱值測(cè)定可以了解植物固定太陽能的能力以及能量的儲(chǔ)存。植物熱值受環(huán)境的影響,也隨植物種類,植物部位,物候期,年齡,光照,土壤類型以及物質(zhì)成分的不同而變化,所以植物熱值的差異也是植物本身的重要特征。實(shí)驗(yàn)利用氧彈式熱量計(jì)測(cè)定植物熱值,了解植物不同組織熱值的差異。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

拂子茅（calamagrostis epigejos）、羊草（Guinea grass）。

2.2 實(shí)驗(yàn)器材

3 測(cè)定原理

把定量的試樣在充氧的彈筒中燃燒,氧彈預(yù)先要放在一個(gè)盛有足夠浸沒氧彈的水的容器中,由燃燒后水溫的升高計(jì)算試樣的發(fā)熱量。發(fā)熱量是指每單位重量的干燥植物樣品,在完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量,通常用KJ/g表示。在測(cè)定過程中試樣燃燒放出的熱量不僅被水吸收,而氧彈本身、水筒以及插在水筒中供攪拌用的攪拌器和測(cè)量用的溫度計(jì)都吸收一定的熱量,為了解決量熱系統(tǒng)中其它因素對(duì)熱值測(cè)定的影響,則需用已知發(fā)熱量的基準(zhǔn)物一般用苯甲酸來標(biāo)定量熱系統(tǒng)溫度每升高1℃所需的熱量,這個(gè)熱量稱為儀器的熱容量或水當(dāng)量。水當(dāng)量會(huì)隨測(cè)定環(huán)境的溫度和量熱系統(tǒng)中條件的變化而改變,因此儀器的熱容量要根據(jù)測(cè)定條件的變化定期進(jìn)行標(biāo)定。

4 測(cè)定方法

4.1 樣品壓片

壓片前先檢查壓片用的鋼模是否干凈,否則應(yīng)進(jìn)行清洗并使其干燥,稱0.7g苯甲酸,用分析天平準(zhǔn)確稱量一段點(diǎn)火絲的質(zhì)量,將鐵絲裝在鋼模的底板內(nèi),然后將鋼模底板裝進(jìn)模子中,從上面倒入已經(jīng)稱好的苯甲酸樣品,緩慢擰緊壓片機(jī)的螺桿,直到樣品壓成片狀為止。將壓好的苯甲酸用擦鏡紙包裹,用稱好的棉線纏繞擦鏡紙。

4.2 裝置氧彈

擰開氧彈蓋,將氧彈內(nèi)壁擦干凈,掛上金屬小杯,小心的將包裹好的苯甲酸用點(diǎn)火絲緊繞在電極的下端。旋緊氧彈蓋,用萬用表檢查兩電極是否通路。若通路則充氧半分鐘,放入水桶中檢查氣密性。

4.3 燃燒和測(cè)量溫度

將充好氧氣的氧彈用導(dǎo)線與點(diǎn)火器相連,將氧彈放入盛有3000mL的水桶中,裝好攪拌馬達(dá),蓋好蓋子,將已調(diào)好的貝克曼溫度計(jì)插入水中。打開電腦的燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),點(diǎn)開始實(shí)驗(yàn),然后按照提示一步一步操作,計(jì)算機(jī)提示點(diǎn)火時(shí),按儀器控制面板上的點(diǎn)火鍵。點(diǎn)火器上指示燈熄滅后,溫度迅速上升,表明氧彈內(nèi)樣品已經(jīng)燃燒。從關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后,讀書改為每隔30s一次,約一分鐘內(nèi)溫度上升,當(dāng)溫度上升到最高點(diǎn)時(shí),讀書可每隔一分鐘一次,繼續(xù)記錄溫度10分鐘。實(shí)驗(yàn)停止后,小心取下貝克曼溫度計(jì),取出氧彈,用萬用表插頭插入氧彈進(jìn)氣口,排除廢氣,查看燃燒情況。稱量剩余的燃燒絲。打開數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),輸入低溫時(shí)間拐點(diǎn)和高溫時(shí)間拐點(diǎn),得到ΔT,輸入水當(dāng)量和剩余燃燒絲、棉線的質(zhì)量直接得到W卡：

式（1）中：W卡為量熱計(jì)的水當(dāng)量；m為苯甲酸的質(zhì)量（g）；QV為苯甲酸的燃燒熱；Q點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的燃燒熱；m點(diǎn)火絲為燒掉的點(diǎn)火絲的質(zhì)量；Q棉線 為棉線的燃燒熱；m棉線為棉線的質(zhì)量；ΔT為樣品燃燒前后量熱計(jì)溫度的變化值。

取干燥的植物樣品約0.7克,用同樣的方法測(cè)得羊草莖和葉的熱值,并按5%、10%、20%、50%的比列與煤混合,測(cè)得混合后的熱值。樣品的燃燒熱值的關(guān)系式如下：

式（2）中：QV為待測(cè)物質(zhì)的燃燒熱W卡為量熱計(jì)的水當(dāng)量；m為待測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量（g）；Q點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的燃燒熱；m點(diǎn)火絲為燒掉的點(diǎn)火絲的質(zhì)量；Q棉線 為棉線的燃燒熱；m棉線為棉線的質(zhì)量；ΔT為樣品燃燒前后量熱計(jì)溫度的變化值。

表1 實(shí)驗(yàn)器材

表2 植物的熱值（KJ/g）

表3 植物與煤混燃的熱值（KJ/g）

5 結(jié)果分析

5.1 植物不同部位熱值的比較

因含能物質(zhì)在各器官的分配不同,所以同一植物不同器官的熱值也存在著差異表2所示。

5.2 植物不同部位與煤混合燃燒時(shí)熱值的比較

實(shí)驗(yàn)主要測(cè)定了植物葉和莖的熱值,根據(jù)植物不同部位與煤混合燃燒時(shí)的熱值,從而確定草樣的不同部位與煤燃燒的最佳混合比例。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了四個(gè)混合比例,分別為5%、10%、20%、50%表3所示。

5.3 結(jié)論

結(jié)果表明：拂子茅莖的熱值＞拂子茅葉的熱值；羊草莖的熱值＞羊草葉的熱值；拂子茅與煤在10%時(shí)混合比例最佳；羊草與煤在5%時(shí)混合比例最佳。

5.4 討論

植物熱值的研究主要涉及到植物能量的固定、轉(zhuǎn)化、利用效率及草地生產(chǎn)力和牧草質(zhì)量、飼用價(jià)值等各方面, 無論在理論和生產(chǎn)實(shí)踐上均有重要意義。植物與煤混燃可以減少CO2溫室氣體的排放量,這是由于植物在燃燒過程中排放出的CO2等于其生長過程中所吸收的量, 故植物燃燒對(duì)CO2的凈排放量為零。由于植物沒有腐爛而是進(jìn)行燃燒處理,則減少了CH4等溫室氣體的排放。加入植物與煤共燃能夠降低氮氧化物的排放濃度,這主要是由于植物中本身氮的含量就比煤少,二者混合燃燒后排放的氮氧化物的濃度就低。通過將生物質(zhì)與煤共燃能夠有效降低SO2的排放量,減排的效果因共燃生物質(zhì)和煤種S含量的不同而不同。

煤炭是不可再生的化石能源,其過度消耗和燃燒引發(fā)的環(huán)境污染已引起世界各國的關(guān)注。生物質(zhì)能因其來源廣、低污染、CO2零排放量及可再生等優(yōu)點(diǎn)而倍受世界各國的重視。充分開發(fā)生物質(zhì)資源,進(jìn)行生物質(zhì)與煤共燃的研究對(duì)于解決我國能源問題具有重要的作用,找出最佳植物的熱值來降低煤炭燃燒對(duì)環(huán)境造成的影響。

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