滇池水葫蘆的熱重分析

蘇文靜，李世友*，王秋華

(1.西南林業大學土木工程學院，云南昆明 650224；2.云南省森林災害預警與控制重點實驗室，云南昆明 650224)

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滇池水葫蘆的熱重分析

蘇文靜1，2，李世友1，2*，王秋華1，2

(1.西南林業大學土木工程學院，云南昆明 650224；2.云南省森林災害預警與控制重點實驗室，云南昆明 650224)

摘要[目的]明確水葫蘆的熱解特性。[方法]采用熱重分析方法對滇池中的水葫蘆進行熱解試驗，繪制水葫蘆葉、根、整株的熱重曲線。[結果]水葫蘆熱解從易到難的順序為整株、葉、根，整株水葫蘆在289～531 ℃的熱解失重率為55.52%，葉在279～497 ℃的熱解失重率為54.11%，根在288～488 ℃的熱解失重率為40.88%。[結論]試驗結果為水葫蘆的燃料和發酵利用提供了參考。

關鍵詞水葫蘆；灰分；熱解；熱重分析

水葫蘆(Eichhorniacrassipes)學名鳳眼蓮，又名布袋蓮、水荷花，屬雨久花科，是一種源自南美洲亞馬遜河流域的浮水植物[1]。水葫蘆根系發達，以高效的繁殖能力和良好的適應性使其在南方地區的內河流域廣泛分布，水葫蘆在20世紀30年代傳入我國，在飼料糧短缺時曾作為畜禽飼料而大力推廣[2]。水葫蘆具有極強的氮、磷吸收能力以及重金屬富集能力，被用于污染水體和富營養化湖泊的生態修復[3-6]。目前，水葫蘆在造紙、藥用、食品、編織品、吸附劑領域有所應用，但應用最廣泛的還是在處理富營養化水質、制備能源燃料、肥料和飼料方面[7]。

滇池是我國的第六大湖泊。自1991年滇池藍藻首次大面積暴發以來，滇池的藍藻有覆蓋面積增大、持續時間增加的趨勢[8]，整個湖泊的富營養化問題嚴重。2009年昆明市啟動了“滇池水葫蘆富集氮磷及資源化利用研究與示范項目”，2011年基于水葫蘆在清除滇池內源污染方面的巨大潛力，昆明市將“控制性種養水葫蘆”列為治理污染的重要措施之一，并啟動了“滇池水葫蘆治理污染試驗性工程”，取得了一系列實用性進展[9-13]。筆者曾采用干灰分法測定了滇池水葫蘆的灰分含量，葉、根、整株的灰分含量分別為13.4%、22.12%、16.7%。隨著利用水葫蘆凈化滇池水技術的推廣，越來越多的水葫蘆將被收集和利用。鑒于此，筆者采用熱重分析儀對水葫蘆進行了熱重分析，以期為水葫蘆的燃燒、發酵利用等奠定基礎。

1材料與方法

1.1材料水葫蘆樣品采自滇池東北部的海東濕地。將取回的樣品清洗、烘干、粉碎、過篩，自然狀態放置一段時間后備用。TGA/SDTA851e同步熱分析儀為梅特勒-托利多公司產品。

1.2方法采用TGA/SDTA851e同步熱分析儀進行熱重實驗。將樣品放入氧化鋁坩堝中，從25 ℃加熱到800 ℃，加熱速率為20 ℃/min，采用高純度的氮氣為載氣，流量為20 mL/min，分別對水葫蘆的根、葉和整株樣品進行熱重實驗。由于水葫蘆莖的質量占整株質量比例較小，故未對莖進行熱重實驗。采用Origin 9.0軟件進行數據處理。

2結果與分析

由圖1可知，從25 ℃升高到800 ℃，3條曲線都經過了相同的3個階段，熱解的基本趨勢相同。從25 ℃開始到100 ℃左右時，質量損失量較小，僅表現為失水過程，為失水階段。在隨后的100 ℃范圍內，質量基本不發生變化。在280～480 ℃范圍內，水葫蘆的質量發生較大改變，是水葫蘆熱解的主要階段，為熱分解階段。在500 ℃以后，水葫蘆根和葉的質量不再發生大的改變，曲線趨于平緩，為炭化階段。與葉、根的熱解曲線相比，整株水葫蘆的質量在300 ℃以后下降迅速。

圖1　水葫蘆的熱解曲線Fig.1　ThermolysiscurveofEichhorniacrassipes

利用Origin 9.0數據處理軟件對樣品的實驗結果進行峰值處理，每條曲線都有明顯的2個峰值點，葉的2個失重峰值點分別為279、497 ℃，失重率分別為16.79%、61.82%；根的2個失重峰值點分別為288、488 ℃，失重率分別為11.94%、47.94%；整株水葫蘆的2個失重峰值點分別為289、531 ℃，失重率分別為20.15%、64.48%。到800 ℃時，水葫蘆的葉、根和整株水葫蘆的失重率分別為70.19%、60.93%、81.76%。根據灰分和失重率計算得出水葫蘆的葉、根和整株水葫蘆的殘炭率分別為16.41%、16.95%、1.54%。水葫蘆葉和根的失重率與紹興地區的水葫蘆[14]有所差別但不大，峰值測定溫度大致相同，3種樣品的2個峰值點都在270～550 ℃，整體的熱解趨勢與華僑大學周邊水葫蘆的熱解[15]一致，都出現了2個明顯的失重峰且峰值溫度相近。從3個階段的失重率可見，根的失重率最小，這與根的灰分含量最大有關。

3結論

水葫蘆熱重實驗結果表明，水葫蘆熱解從易到難的順序為整株、葉、根；整株、葉、根熱解失重的主要溫度范圍分別為289～531、279～497、288～488 ℃，失重率分別為55.52%、54.11%、40.88%。

參考文獻

[1] BOLENZ S，OMRAN H，GIERSCHNER K．Treatments of water hyacinth tissue to obtain useful products[J]．Biological wastes，1990，33(4)：263-274．

[2] 黃星炫，張皓東，謝剛，等．滇池水葫蘆對鉛和鎘的富集形態模擬研究[J]．安徽農業科學，2009，37(8)：3498-3499．

[3] SKINNER E，WRIGHT N，PORTER-GOF E．Mercury uptake and accumulation by four species of aquatic plants[J]．Environmental pollution，2007，145(1)：234-237．

[4] 譚彩云，林玉滿，陳祖亮．鳳眼蓮凈化水中重金屬的研究[J]．亞熱帶資源與環境學報，2009，4(1)：47-52．

[5] VILLAMAGNA A M，MURPHY B R．Ecological and social-economic impacts of invasive water hyacinth(Eichhorniacrassipes)：A review[J]．Freshwater biology，2010，55(2)：282-298．

[6] MALIK A．Environmental challenge via an opportunity：The case of water hyacinth[J]．Environment international，2007，33(1)：122-138．

[7] 張映蘭，鄧玉斌，張無敵，等．濕地水生植物水葫蘆的資源化利用研究[J]．安徽農業科學，2013，41(7)：3092-3095．

[8] 盧蘭蘭，李根保，沈銀武，等．溶藻細菌DC-L14的分離、鑒定與溶藻特性[J]．應用與環境生物學報，2009，15(1)：106-109．

[9] 張志勇，徐寸發，劉海琴，等．滇池外海北岸封閉水域控養水葫蘆對水質的影響[J]．應用與環境生物學報，2015，21(2)：195-200．

[10] 王智，張志勇，張君倩，等．水葫蘆修復富營養化湖泊水體區域內外底棲動物群落特征[J]．中國環境科學，2012，32(1)：142-149．

[11] 王智，張志勇，張君倩，等．兩種水生植物對滇池草海富營養化水體水質的影響[J]．中國環境科學，2013，33(2)：328-335．

[12] WANG Z，ZHANG Z，ZHANG J，et al．Nitrogen removal from Lake Caohai，a typical ultra-eutrophic lake in China with large scale confined growth ofEichhorniacrassipes[J]．Chemosphere，2013，92(2)：177-183．

[13] 郭艷英，韓亞平．水葫蘆大面積種植對滇池浮游植物的影響研究[J]．環境科學導刊，2012，31(3)：47-51．

[14] 陸璐，陳秀琴，令狐文生．水葫蘆的熱解行為研究[J]．廣州化工，2015，43(8)：115-117．

[15] 衛文娟，李寶霞．溫度對水葫蘆熱解特性的影響[J]．化工進展，2013，32(9)：2126-2129．

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

基金項目國家自然科學基金地區項目(31260180)。

作者簡介蘇文靜(1993- )，女，山東威海人，碩士研究生，研究方向：森林防火。*通訊作者，副教授，博士，從事森林防火研究。

收稿日期2016-03-02

中圖分類號S 963.21+3;TK 6

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-007-01