金玲

（朝陽市環(huán)境監(jiān)測站 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)測站 遼寧朝陽 122000）

本文通過對植物熱值的測定，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,對熱值測定可以了解植物固定太陽能的能力以及能量的儲存。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。實驗利用氧彈式熱量計測定植物熱值,了解植物不同組織熱值的差異。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

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

2.2 實驗器材

3 測定原理

把定量的試樣在充氧的彈筒中燃燒,氧彈預(yù)先要放在一個盛有足夠浸沒氧彈的水的容器中,由燃燒后水溫的升高計算試樣的發(fā)熱量。發(fā)熱量是指每單位重量的干燥植物樣品,在完全燃燒時所產(chǎn)生的熱量,通常用KJ/g表示。在測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量用的溫度計都吸收一定的熱量,為了解決量熱系統(tǒng)中其它因素對熱值測定的影響,則需用已知發(fā)熱量的基準物一般用苯甲酸來標定量熱系統(tǒng)溫度每升高1℃所需的熱量,這個熱量稱為儀器的熱容量或水當(dāng)量。水當(dāng)量會隨測定環(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)測定條件的變化定期進行標定。

4 測定方法

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)進行清洗并使其干燥,稱0.7g苯甲酸,用分析天平準確稱量一段點火絲的質(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 燃燒和測量溫度

將充好氧氣的氧彈用導(dǎo)線與點火器相連,將氧彈放入盛有3000mL的水桶中,裝好攪拌馬達,蓋好蓋子,將已調(diào)好的貝克曼溫度計插入水中。打開電腦的燃燒熱測定實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),點開始實驗,然后按照提示一步一步操作,計算機提示點火時,按儀器控制面板上的點火鍵。點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)溫度上升到最高點時,讀書可每隔一分鐘一次,繼續(xù)記錄溫度10分鐘。實驗停止后,小心取下貝克曼溫度計,取出氧彈,用萬用表插頭插入氧彈進氣口,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),輸入低溫時間拐點和高溫時間拐點,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點火絲為點火絲的燃燒熱；m點火絲為燒掉的點火絲的質(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,用同樣的方法測得羊草莖和葉的熱值,并按5%、10%、20%、50%的比列與煤混合,測得混合后的熱值。樣品的燃燒熱值的關(guān)系式如下：

式（2）中：QV為待測物質(zhì)的燃燒熱W卡為量熱計的水當(dāng)量；m為待測物質(zhì)的質(zhì)量（g）；Q點火絲為點火絲的燃燒熱；m點火絲為燒掉的點火絲的質(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溫度的變化值。

表1 實驗器材

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熱值的比較

實驗主要測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。實驗設(shè)計了四個混合比例,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%時混合比例最佳；羊草與煤在5%時混合比例最佳。

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、飼用價值等各方面, 無論在理論和生產(chǎn)實踐上均有重要意義。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CO2的凈排放量為零。由于植物沒有腐爛而是進行燃燒處理,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)點而倍受世界各國的重視。充分開發(fā)生物質(zhì)資源,進行生物質(zhì)與煤共燃的研究對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環(huán)境造成的影響。

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