一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法，分析方法包括如下步骤：S1：准备的生物质样品；S2：制备空气干燥基；S3：制备生物质样品干燥基；S4：生物质样品挥发处理；S5：计算水分、挥发分、固定碳、灰分。本发明专利技术使用热重分析法对生物质材料进行工业分析，根据生物质材料的燃烧特性，设定不同阶段对应不同的升温曲线及气体氛围，通过热重分析中的质量变化可以测定生物质材料中的挥发分、固定碳、灰分及水分的比例。热重分析可以提供稳定的升温过程及气体氛围，连续记录加热过程中的质量损失，一次实验过程即可得到工业分析需要的所有质量参数，使用的样品量少且样品较均匀，实验重复性较好。重复性较好。重复性较好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法


[0001]本专利技术涉及生物质燃烧特征组分分析
，具体为一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法。

技术介绍

[0002]工业分析用于测定材料中与材料燃烧特征有关的工业组分，包括水分(moisture)、挥发分(volatile matter)、灰分(ash)和固定碳(fixed carbon)的含量，主要用于煤的特征分析中，也常应用在生物质材料的特征分析中。生物质中的水分以自由水和结合水两种形式存在，自由水以液态的形式吸附在材料的毛孔和细胞中，结合水通过物理或化学作用键合在材料表面、或以水合物的形式存在于材料中。挥发分是生物质在在高温加热且隔绝氧气的状况下，释放的部分可燃性气体(烃类气体、CO或H2)和部分不可燃气体(CO2、SO2、NOx)。固定碳是生物质在挥发分去除后剩余的可燃性固体残留物，主要以碳的形式存在。灰分是生物质在高温充分燃烧后得到的固体不可燃残留物，主要以金属氧化物的形式存在。
[0003]热重量分析简称热重分析，是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法。进行热重量分析的仪器，称为热重仪，主要由三部分组成：温度控制系统，检测系统和记录系统。热重量分析的应用主要在金属合金，地质，高分子材料研究，药物研究方面。
[0004]现有的生物质工业组分分析中，对生物质中的水分、挥发分、固定碳、灰分的比例进行计算时，需要对生物质进行多次的实验才能得到工业分析需要的所有质量参数，样品量需求较多，实验的重复性较差。为此提出一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术不足，本专利技术提供了一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法，解决了：现有的生物质工业组分分析中，对生物质中的水分、挥发分、固定碳、灰分的比例进行计算时，需要对生物质进行多次的实验才能得到工业分析需要的所有质量参数，样品量需求较多，实验的重复性较差的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法，所述分析方法包括如下步骤：
[0009]S1：准备的生物质样品
[0010]包括五种农作物残留物、六种木材加工产生的木屑和一种长条状木材
[0011]其中，五种农作物残留物包括：四种农作物秸秆，大豆、小麦、玉米、水稻和一种加工剩余的农作物残留物，稻壳；
[0012]六种木材加工产生的木屑包括：梧桐、杨木、云杉、樟子松、东北松、面粉状松木；
[0013]一种长条状木材包括：杉木；
[0014]S2：制备空气干燥基
[0015]为分析生物质材料化学组分特征，尺寸大的秸秆和杉木使用粉碎机进行粉碎处理，得到粉末状样品；
[0016]经过粉碎处理的测试样品与其他测试样品经过筛网筛分处理，并放置于恒温105℃的烘干箱中干燥，干燥时间≥24h，去除样品中的自由水，得到空气干燥基；
[0017]S3：制备生物质样品干燥基
[0018]在气体流率为50mL/min的氮气(N2)氛围中，质量约为10mg的生物质样品在热重分析仪中以30℃/min的升温速率从室温加热至110℃，并在110℃的温度下保持10min，这一阶段稳定后得到的生物质样品为干燥基，质量为mm；
[0019]S4：生物质样品挥发处理
[0020]步骤S3中制得的生物质样品以30℃/min的升温速率从110℃加热至950℃并在这一温度保持10min，接着以30℃/min的降温速率冷却至450℃并保持10min，这一阶段生物质中的挥发分充分释放，得到的生物质质量为mvm；
[0021]气体氛围转换成流率为50mL/min的空气(Air)，生物质样品以30℃/min的升温速率从450℃加热至800℃，并在这一温度保持10min，最终剩余的生物质质量为ma；
[0022]S5：计算水分、挥发分、固定碳、灰分
[0023]生物质中的水分M、挥发分VM、固定碳FC、灰分A的比例可以通过md、mm、mvm、ma质量参数计算得到。
[0024]作为本专利技术的进一步优选方式，生物质材料经过空气干燥处理，水分M为空气干燥基中的结合水比例，即：
[0025]M＝(m
d
‑
m
m
)/m
d
×
100％
[0026]其中，生物质样品的原始质量为m，在空气中干燥后得到的物质为空气干燥基，质量为md。
[0027]作为本专利技术的进一步优选方式，所述挥发分VM通过如下公式计算，即：
[0028]VM＝(m
m
‑
m
vm
)/m
m
×
100％。
[0029]作为本专利技术的进一步优选方式，所述灰分A通过如下公式计算，即：
[0030]A＝m
a
/m
m
×
100％。
[0031]作为本专利技术的进一步优选方式，所述固定碳FC通过如下公式计算，即：
[0032]FC＝100
‑
VM
‑
A＝(m
vm
‑
m
a
)/m
m
×
100％。
[0033]作为本专利技术的进一步优选方式，在所述干燥基中，挥发分VM、固定碳FC、灰分A三者的比例之和为1，VM和A可直接计算得到，FC可通过VM和A计算得到。
[0034]作为本专利技术的进一步优选方式，步骤(S2)筛网为10～30目。
[0035]作为本专利技术的进一步优选方式，步骤(S2)中，粉碎机对杉木的粉碎速度为1200r/min，粉碎时间2～5min，粉碎机对秸秆的粉碎速度为800r/min，粉碎时间1～3min。
[0036](三)有益效果
[0037]本专利技术提供了一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法。具备以下
[0038]有益效果：
[0039]本专利技术，使用热重分析法对生物质材料进行工业分析，根据生物质材料的燃烧特
性，设定不同阶段对应不同的升温曲线及气体氛围，通过热重分析中的质量变化可以测定生物质材料中的挥发分、固定碳、灰分及水分的比例。热重分析可以提供稳定的升温过程及气体氛围，连续记录加热过程中的质量损失，一次实验过程即可得到工业分析需要的所有质量参数，使用的样品量少且样品较均匀，实验重复性较好。
附图说明
[0040]图1为使用热重分析对生物质进行工业组分分析过程的质量及加热温度变化；
[0041]图2为不同种类生物质工业组分分析结果的三元图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法，其特征在于：所述分析方法包括如下步骤：S1：准备的生物质样品包括五种农作物残留物、六种木材加工产生的木屑和一种长条状木材其中，五种农作物残留物包括：四种农作物秸秆，大豆、小麦、玉米、水稻和一种加工剩余的农作物残留物，稻壳；六种木材加工产生的木屑包括：梧桐、杨木、云杉、樟子松、东北松、面粉状松木；一种长条状木材包括：杉木；S2：制备空气干燥基为分析生物质材料化学组分特征，尺寸大的秸秆和杉木使用粉碎机进行粉碎处理，得到粉末状样品；经过粉碎处理的测试样品与其他测试样品经过筛网筛分处理，并放置于恒温105℃的烘干箱中干燥，干燥时间≥24h，去除样品中的自由水，得到空气干燥基；S3：制备生物质样品干燥基在气体流率为50mL/min的氮气(N2)氛围中，质量约为10mg的生物质样品在热重分析仪中以30℃/min的升温速率从室温加热至110℃，并在110℃的温度下保持10min，这一阶段稳定后得到的生物质样品为干燥基，质量为mm；S4：生物质样品挥发处理步骤S3中制得的生物质样品以30℃/min的升温速率从110℃加热至950℃并在这一温度保持10min，接着以30℃/min的降温速率冷却至450℃并保持10min，这一阶段生物质中的挥发分充分释放，得到的生物质质量为mvm；气体氛围转换成流率为50mL/min的空气(Air)，生物质样品以30℃/min的升温速率从450℃加热至800℃，并在这一温度保持10min，最终剩余的生物质质量为ma；S5：计算水分、挥发分、固定碳、灰分生物质中的水分M、挥发分VM、固定碳FC、灰分A的比例可以通过md、mm、mvm、ma质量参数计算得到。2.根据权利要求1所述的一种基于热重分析的生物质工业组分分析方法，其特征在于：生物质材料经过空气干燥处理，水分M为空气干燥基中的结合水比例，即：M＝(m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锋，陈洁，曹泽军，蔺丹亭，黄国轩，张世杰，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：