水稻秸秆稻壳热解液态副产物初步研究

发布时间：2020-07-15 07:56

【摘要】：木醋(Pyroligneous acid或Wood vinegar)是由植物生物质(主要由纤维素、半纤维素和木质素组成)热解产生的挥发份气体经冷凝后形成的液体混合物。木醋液作为一种天然农林产品的副产物,具有促进植物生长、土壤消毒、抗菌、杀虫、防腐、改良土壤环境等多种功效。因此,明确木醋的有机成分及其对植物生长、发育的潜在影响具有重要的经济价值和社会意义。在“秸秆炭化还田”理论指导下,本研究以典型大宗农作物水稻为目标,以稻秆和稻壳为试材,使用热裂解-气相色谱与质谱联用仪(PY-GC/MS)检测了稻秆和稻壳在300℃、500℃、700℃条件下裂解气态产物的种类和相对含量;利用气相色谱与质谱联用仪(GC/MS)分析了稻壳醋的有机成分;运用常压蒸馏方法将稻壳醋分成100℃-105℃、105℃-110℃、110℃-130℃、130℃-160℃四个馏段后比较分析了不同馏段稻壳醋蒸馏液的成分差异;利用植物代谢数据库(www.plantcyc.org)研究了木醋对植物生长的潜在影响,并通过无土栽培的方法初步观察了稻壳醋及其蒸馏液对水稻苗期形态指标的影响。本研究主要研究结果如下:1.水稻秸秆和稻壳两种材料热解挥发份均包含多种有机化合物,根据官能团分为脂类、醚类、氨基类、烷烃类、烯烃类、醇羟基类、羧酸类、羰基类、呋喃类和苯酚类。随着热解温度的升高,热解挥发份中化合物种类数量增加,在300℃、500℃、700℃条件下,稻秆分别产生76、199、206种化合物,稻壳分别产生85、138、252种化合物。相同热解温度下,稻秆和稻壳的热解挥发份化合物种类和成分有差异,稻秆主要裂解产物为醇羟基类化合物,稻壳主要裂解产物为羰基类化合物。2.利用衍生化方法对稻壳醋进行处理,发现检测到的有机成分比直接进样方法种类多,综合两种方法的结果,发现稻壳醋中含有87种有机化合物,其中有10种化合物对植物生长具有潜在影响。3.经过常压蒸馏处理后,四种稻壳醋蒸馏液与稻壳醋原液相比较,大分子量化合物减少,生物活性成分种类也减少。四个馏段稻壳醋蒸馏液之间成分种类差异较小,含量差异较大。4.稀释1000倍的稻壳醋有效促进水稻苗期生长,其他稀释倍数时抑制生长。在100℃-105℃和105℃-110℃条件下收集到的稻壳醋蒸馏液稀释300至1000倍对水稻苗期生长起促进作用,在110℃-130℃条件下收集到的稻壳醋蒸馏液稀释500倍和700倍对水稻苗期生长起促进作用,在130℃-160℃条件下收集到的稻壳醋蒸馏液稀释700倍和1000倍对水稻苗期生长起促进作用。其他处理均抑制水稻苗期生长。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511
【图文】：

挥发份,稻秆,裂解温度,热裂解

稻秆与稻壳裂解挥发份总离子流图可以初步看出（图3-1，3-2）：稻秆和稻壳在 300°C 条件下，热解挥发份中有机物种类较少，在 500°C 与700°C 条件下挥发份有机物种类较多。稻杆和稻壳随着热解温度升高，热解挥发份中分子质量相对较小的有机物种类增多，分子质量相对较大的有机物种类减少。

热裂解,裂解温度,挥发份,稻秆

3-1 在 300°C、500°C、700°C 三种裂解温度下，稻秆热裂解产生挥发份总离子ig.3-1 Total ion chromatograms of fast pyrolysis of rice straw in 300°C、 500°C、 70下依次为 300°C、500°C、700°C. 500°C. 700°C from top to bottom

裂解温度,稻秆,官能团,羧酸类

结果与分析甲氧基苯酚（2-Methoxy-4-vinylphenol），三烷基亮氨酸（Thr-Leu），糠醛（Furfural）。3.1.2.3 根据官能团分类的化合物含量分析如下图所示，稻秆在三种裂解温度下产生的化合物中，羟基类化合物含量最多，其次是羰基类和羧酸类。随着裂解温度升高，脂类、羰基类、呋喃类、苯酚类含量增加，醚类和羟基类含量减少，羧酸类在 500°C 条件下含量最多。稻壳在三种裂解温度下产生的化合物，羰基类化合物含量最多，其次是羧酸类和羟基类。随着裂解温度升高，脂类、羰基类和呋喃类含量增加，醚类和烯烃类含量减少，羧酸类、羟基类和苯酚类化合物在 500°C 条件下含量最高。

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