油菜是我国最为重要的油料作物和优质的蛋白饲料作物之一, 其种植面积和总产量约占世界的1/3, 其中长江流域种植面积占世界的1/4, 是世界上最大的油菜产区[1]。江西是中国油菜种植大省, 每年全省油菜种植面积为53.33万hm2左右, 是农业部长江流域优质油菜带开发规划地区之一[2]。江西省优质油菜基地县主要分布在吉安、上饶、九江、宜春、南昌、新余6市[3]。油菜大面积的种植, 不仅作为油料作物, 而且每年3月油菜花盛开的场面非常壮观和美丽, 也成为了推进旅游业的重要的观赏植物。油菜秆作为油菜植物的副产物之一每年大约有1800万t, 属于一种大宗的农业副产资源[4]。目前, 油菜秆除少量作为粗饲料外, 大部分被废弃或随意焚烧, 严重污染了环境, 造成巨大的资源浪费。为了实现对油菜秆资源的充分、有效利用, 对油菜秆主要化学成分及燃烧热进行了测定。
1 材料与方法
1.1 材料
油菜秆:经105℃烘箱干燥至恒质量, 于粉碎机粉碎, 过80目筛, 收集筛下物。
1.2 仪器和试剂
80目标准筛、粉碎机、JPT-2型电子天平、干燥箱、SZCL-3A型离心机、XRY-1型氧弹式量热计;无水乙醇 (AR) 、乙醚 (AR) 、乙酸 (AR) 、硝酸 (AR) 、硫酸 (AR) 、盐酸 (CP) 、碘化钾 (AR) 、重铬酸钾 (AR) 、氯化钡 (AR) 、氢氧化钠 (AR) 、淀粉 (CP) 、硫代硫酸钠 (AR) 、苯甲酸 (AR) 。
2 结果与分析
2.1 纤维素含量的测定
纤维素含量的测定方法采用硫酸-重铬酸钾氧化法测定[5]。碘化钾淀粉溶液做显色剂, 0.1 mol/L硫代硫酸钠滴定, 做平行实验3次, 取平均值。实验数据见表1。
纤维素含量计算公式:
式 (1) 中:k为硫代硫酸钠的浓度, mol/L;a为空白滴定所消耗硫代硫酸钠的体积, m L;b为溶液所消耗硫代硫酸钠的体积, m L;n为所取油菜秆的质量, g;24为1 mol C6H10O5的滴定度。
2.2木质素含量的测定
木质素采用氧化还原滴定法进行含量测定[6]。采用72%的硫酸水解, 碘化钾淀粉溶液做显色剂, 0.1 mol/L硫代硫酸钠滴定, 做平行实验3次, 取平均值。实验数据见表2。
木质素含量计算公式:
式 (2) 中:k为硫代硫酸钠的浓度, mol/L;a为空白滴定所消耗硫代硫酸钠的体积, m L;b为溶液所消耗硫代硫酸钠的体积, m L;n为所取油菜秆的质量, g;48为1mol C6H10O5的滴定度。
2.3 油菜秆的燃烧热测定
燃烧热采用氧弹式量热法对油菜秆热值进行测定[7]。本实验采用苯甲酸作为标准物, 按照雷诺作图法进行校正, 见图1。苯甲酸恒压燃烧热为-26460J/g (-3226.9k J.mol) , 铁丝燃烧热为-2.9J/cm忽略计算。
燃烧热计算公式:
Q总热量=QV·m+Q燃丝·m燃丝=W·△T (3)
式 (3) 中:QV为待测物质的燃烧热, J/g;m为为待测物质的质量, g;W为为量热计的水当量, J/K;△T为为样品燃烧前后量热计温度的变化值;K。
2.3.1 水当量的计算
苯甲酸0.9876g;铁丝14cm;△T=1.760℃
2.3.2 油菜秆的燃烧热
以苯甲酸为助燃剂, 油菜秆的的燃烧热测定结果见表3。
3结论与讨论
本实验选用硫酸-重铬酸钾氧化法和72%硫酸氧化还原滴定法分别对油菜秆中纤维素和木质素含量进行了测定, 测得纤维素含量为42.69%, 木质素含量为19.57%。从本研究的结果可知, 油菜秆平均燃烧热为:1.561×104J/g, 明显高于稻秸13 977 J/g, 与麦秸15371J/g和玉米秸15 547 J/g的燃烧热相当;低于红松燃烧热16 565J/g、冷杉18 591 J/g和云杉19 338 J/g等植物的燃烧热[8]。将其换算成标准煤, 1 g样品相当于0.534 g标准煤。通过采用氧弹量热计测定油菜秆燃烧热的方法, 经过校正后的温度差比较真实地反映了样品燃烧使量热计温度升高的数值, 实验原理可靠, 容易操作, 燃烧率达100%。该值的测定为人们更好地利用生物能源提供一个科学依据。
每年我国油菜秆产量十分庞大, 如果能够将油菜秆作为生物质能源加以利用, 就可以降低石油、煤炭等化石能源的消耗强度。在当今世界主要能源如煤炭、石油和天然气等不可再生的化石燃料日渐枯竭, 化石能源的有限性和过度地开发利用已对环境造成了严重地污染等诸多问题, 制约了全球经济的可持续发展, 发展此类清洁生物质能产业, 将是未来新能源开发利用的一个新途径。为了开辟农业废弃物利用的新途径, 提高油菜产业附加值, 以期最大限度地利用生物质资源, 减少植物秸秆因处理不当而造成的资源浪费和环境污染, 开发利用农作物秸秆资源具有重要的战略意义。
摘要：选定硫酸-重铬酸钾氧化法和硫酸氧化还原滴定法分别对油菜秆中纤维素和木质素含量进行了测定;采用氧弹式量热法测定了燃烧热。旨在为合理开发利用农作物秸秆资源提供帮助。
关键词：油菜秆,纤维素,燃烧热,测定
参考文献
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[3] 涂玉琴, 戴兴临, 汤洁, 等.江西油菜产业现状、问题及发展对策分析[J].江西农业学报, 2010, 22 (2) :11-15.
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[5] 熊素敏, 左秀凤, 朱永义.稻壳中纤维素、半纤维素和木质素的测定[J].粮食与饲料工业, 2005 (8) :40-41.
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[7] 东北师范大学.物理化学实验[M].第2版.北京:高等教育出版社, 2004:45-49.
[8] 李少阳.陕西苹果修剪枝作为生物质再生能源利用研究[D].杨凌:西北农林科技大学, 2009:15-16.