生物質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分分析市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1、/10/101 第三章生物質(zhì)結(jié)構(gòu)及組成 /10/101第1頁(yè)生物質(zhì)是各種多樣，它包含植物、動(dòng)物和微生物。其組成成份也各種多樣，主要成份有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、蛋白質(zhì)、烴類等。從能源利用角度看，利用潛力較大是由纖維素、半纖維素組成全纖維素類生物質(zhì)，所以，本章重點(diǎn)介紹植物類生物質(zhì)結(jié)構(gòu)及組成。/10/102/10/102第2頁(yè)3.1.1 纖維素（掌握）3.1.2 半纖維素（掌握）3.1.3 木質(zhì)素（掌握）3.1.4 蛋白質(zhì)（了解）3.1.5 淀粉（了解）3.1.6 其它有機(jī)物（了解）3.1.7 其它無(wú)機(jī)物（了解）3.1生物質(zhì)組分與化學(xué)結(jié)構(gòu)/10/103/10/103第3頁(yè)一、什么是纖維素就

2、化學(xué)結(jié)構(gòu)而言，纖維素是由許多-D-葡萄糖基經(jīng)過(guò)1，4苷鍵連接起來(lái)線形高分子化合物，其英文名為“cellulose”。 Anselne Payen在1938年用木材經(jīng)硝酸、氫氧化鈉溶液交替處理后，分離出一個(gè)均勻化合物而首次定下來(lái)；而且認(rèn)為它是“細(xì)胞基本物質(zhì)”，除此以外物質(zhì)，則認(rèn)為是“結(jié)殼物質(zhì)(incrusting material)” 纖維(fiber)是形態(tài)學(xué)上概念是指細(xì)而長(zhǎng)物質(zhì)而言植物纖維(plant fiber)是指植物體內(nèi)細(xì)而長(zhǎng)細(xì)胞纖維素纖維是指完全由纖維素組成細(xì)而長(zhǎng)細(xì)胞/10/104/10/104第4頁(yè)二、纖維素纖維分布、形態(tài)木材纖維：針葉材纖維和闊葉材纖維草類纖維：禾木科（禾木亞科、

3、竹亞科）韌皮纖維：亞麻、大麻、桑皮/10/105/10/105第5頁(yè)三、纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)D-吡喃葡萄糖酐(1-5)彼此以(1-4)苷鍵連結(jié)而成線形巨分子，其化學(xué)式為C6H10O5，化學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分子式為(C6H10O5)n(n為聚合度)，含碳44.44%，氫6.17%，氧49.39%三種元素組成。纖維素完全水解時(shí)得到99%葡萄糖，纖維素分子式為C6H10O5，說(shuō)明有一度未飽和，其還原反應(yīng)產(chǎn)物，證實(shí)相當(dāng)于六個(gè)碳原子組成直鏈，并存在著碳?；Ｌ烊焕w維素平均聚合度很高，比如單球法囊藻平均聚合度，為26500-44000，棉花纖維次生壁為13000-14000，韌皮纖維為7000-15000，木漿纖維素為

4、700010000，細(xì)菌纖維素3700/10/106/10/106第6頁(yè)葡萄糖環(huán)形結(jié)構(gòu) 葡萄糖碳酰基是半縮醛基(hemiacetal group)，很多試驗(yàn)證實(shí)葡萄糖有一個(gè)醛基，這個(gè)醛基位于葡萄糖分子端部，且是半縮醛形式。 葡萄糖半縮醛結(jié)構(gòu)立體環(huán)為(1-5)連接已證實(shí)葡萄糖半縮醛基由同一葡萄糖分子中兩種基團(tuán)形成，所以是環(huán)狀半縮醛結(jié)構(gòu)，位于C5上羥基優(yōu)先與醛羰?；鹱饔茫纬蒀l-C5糖苷鍵（glycosidic bond)連接六環(huán)(吡喃環(huán))結(jié)構(gòu)。/10/107/10/107第7頁(yè)葡萄糖環(huán)形結(jié)構(gòu) 葡萄糖三個(gè)游離羥基位于2，3，6三個(gè)碳原子上因?yàn)槠咸烟黔h(huán)內(nèi)為(1-5)連接，葡萄糖酐間形成(1-4)

5、連接(詳下)，所以留下三個(gè)羥基，經(jīng)證實(shí)分別為位于C2，C3上仲羥基和位于C6上伯羥基這三個(gè)經(jīng)基酸性大小按C2，C3，C6位排列，反應(yīng)能力也不一樣，C6位上羥基酯化反應(yīng)速度比其它兩位羥基約快10倍，C2位上羥基醚化反應(yīng)速度比C3位上羥基快兩倍左右。/10/108/10/108第8頁(yè)葡萄糖立體異構(gòu)體葡萄糖是一個(gè)醛式單糖，當(dāng)前沿用三種結(jié)構(gòu)式加以表示：A：投影結(jié)構(gòu)式(又稱Fischer結(jié)構(gòu)式或直鏈結(jié)構(gòu)式)； B：Haworth結(jié)構(gòu)式(又稱透視結(jié)構(gòu)式或環(huán)形結(jié)構(gòu)式)；C：構(gòu)象結(jié)構(gòu)式/10/109/10/109第9頁(yè)葡萄糖立體異構(gòu)體葡萄糖有四個(gè)不對(duì)稱碳原子，可形成2n(n為不對(duì)稱碳原子數(shù))個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體，葡萄

6、糖16個(gè)構(gòu)型異構(gòu)體中，最主要異構(gòu)化形式以下： D-型和L-型 吡喃糖和呋喃糖環(huán)結(jié)構(gòu) 和異構(gòu)/10/1010/10/1010第10頁(yè)葡萄糖立體異構(gòu)體D-型和L-型：投影式中，伯醇碳原子鄰接不對(duì)稱碳原子上羥基位于右邊時(shí)，定為D-型，位于左邊時(shí)，定為L(zhǎng)-型天然生成葡萄糖為D-型。存在不對(duì)稱碳原子化合物，能夠使平面偏振光向右或向左旋轉(zhuǎn)，分別稱為右旋(+)和左旋(-)。旋光方向不一樣稱為旋光異構(gòu)所以按構(gòu)型和旋光異內(nèi)性質(zhì)不一樣，一個(gè)化合物能夠定為D(+)，D(-)、L(+)或L(+),L(-).纖維素中葡萄糖屬于D(+)異構(gòu)/10/1011/10/1011第11頁(yè)/10/1012/10/1012第12頁(yè)葡

7、萄糖立體異構(gòu)體吡喃糖和呋喃糖環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)于葡萄糖，經(jīng)由1-4四個(gè)碳原子和一個(gè)氧原于形成五環(huán)結(jié)構(gòu)稱呋喃葡萄糖經(jīng)由1-5五個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子形成六環(huán)結(jié)構(gòu)稱吡喃葡萄糖。葡萄糖水溶液中99%為吡喃葡萄糖/10/1013/10/1013第13頁(yè)葡萄糖立體異構(gòu)體和異構(gòu)葡萄糖環(huán)形結(jié)構(gòu)是半縮醛，在水溶液中保持環(huán)形結(jié)構(gòu)，C1位上羥基位于Haworth結(jié)構(gòu)式下面或上面，得到或異構(gòu)體/10/1014/10/1014第14頁(yè)葡萄糖立體異構(gòu)體和異構(gòu)纖維素中葡萄糖屬于-D-吡喃葡萄糖葡萄糖水溶液中，異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)變36%為-D-吡喃葡萄糖，63%為 -D-吡喃葡萄糖/10/1015/10/1015第15頁(yè)四、纖維素聚集態(tài)（超

8、分子）結(jié)構(gòu)纖維素聚集態(tài)結(jié)構(gòu)即所謂超分子結(jié)構(gòu)。纖維素大分子葡萄糖基上帶有多個(gè)羥基，彼此之間因?yàn)榉肿右蜌滏I作用，使分子鏈之間極易聚集成束，這種束狀結(jié)構(gòu)稱為超分子結(jié)構(gòu)。纖維素超分子結(jié)構(gòu)是植物細(xì)胞壁骨架，對(duì)植物體有支持和保護(hù)作用，它埋在半纖維素、果膠和一些蛋白質(zhì)中，成熟了細(xì)胞壁再與基架物質(zhì)木質(zhì)素相結(jié)合。 /10/1016/10/1016第16頁(yè)纖維素超分子結(jié)構(gòu)理論 兩相結(jié)構(gòu)理論纖維素超分子結(jié)構(gòu)由結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)組成。據(jù)x射線研究，纖維素大分子聚集，一部分鏈分子彼此間以氫鍵結(jié)合，排列得有規(guī)則，彼此間距離最小，結(jié)合得最緊密，它展現(xiàn)清楚x射線衍射，這部分稱為結(jié)晶區(qū);另一部分分子鏈間雖有一定程度氫鍵結(jié)合，

9、但從空間數(shù)量上還沒(méi)有到達(dá)在x射線圖譜上反應(yīng)出來(lái)程度，所以鏈分子排列規(guī)則性較差，不整齊，較松弛，但并不是完全無(wú)序排列，其趨向與纖維主軸平行，這部分稱為無(wú)定形區(qū)。 /10/1017/10/1017第17頁(yè)結(jié)晶度 依據(jù)兩相結(jié)構(gòu)理論，纖維素超分子結(jié)構(gòu)中結(jié)晶區(qū)質(zhì)量占纖維素總質(zhì)量百分率稱為纖維素結(jié)晶度。結(jié)晶度高低，對(duì)纖維素性質(zhì)有著直接影響。結(jié)晶度越高，纖維素材料硬度、密度等越高，而吸濕性、潤(rùn)脹度及化學(xué)能力則下降。/10/1018/10/1018第18頁(yè)結(jié)晶變體 在纖維素中存在著化學(xué)組成相同而單元晶胞不一樣同質(zhì)多晶體，即纖維素結(jié)晶變體，常見有纖維素、和共5種結(jié)晶變體。纖維素為天然纖維素存在形式，可看成伸直鏈

10、聚合物單晶，包含細(xì)菌纖維素、海藻和高等植物細(xì)胞中纖維素；再生纖維素是型，是由纖維素經(jīng)溶液中再生或絲光過(guò)程而得到結(jié)晶變體，可能為規(guī)則折疊鏈結(jié)構(gòu)，在熱力學(xué)上較纖維素穩(wěn)定；纖維素、用液氨或有機(jī)胺類化合物處理可得纖維素，又稱氨纖維素；纖維素在250甘油中加熱可得纖維素，又名纖維素T或高溫纖維素；用鹽酸在20與纖維素或纖維素作用，然后用水處理可得到很低聚合度(約為15-20)纖維素粉末。這5種不一樣結(jié)晶變體各有其不一樣晶胞結(jié)構(gòu)，可由XRD、紅外光譜等方法分析判定。 /10/1019/10/1019第19頁(yè)纖維素分離 傳統(tǒng)植物原料分離方法將植物原料用25%氫氧化鉀溶液處理，再用20%硝酸和80%乙醇混合溶

11、液在加熱至沸騰條件下處理無(wú)提取物植物纖維原料，使其所含木質(zhì)素轉(zhuǎn)變?yōu)橄趸举|(zhì)素，并溶于乙醇中，所得到殘?jiān)礊橄跛嵋掖祭w維。這么所得纖維素較純，但易受到水解而影響降解。/10/1020/10/1020第20頁(yè)纖維素分離(2)綜纖維素分離方法綜纖維是指用溫和方法自木化植物粉末試樣中脫去木質(zhì)素后剩下全部碳水化合物，即纖維素與半纖維素總和，故又稱為綜纖維素。綜纖維素中不可防止地包含了微量殘余木質(zhì)素，所以用5%氫氧化鈉溶液和24%氫氧化鉀溶液分兩步在氮?dú)獗Ｗo(hù)下處理綜纖維素，重復(fù)處理，使其中半纖維素和殘余木質(zhì)素含量逐步下降，從而得到纖維素。/10/1021/10/1021第21頁(yè)纖維素性質(zhì) 纖維素本身是白色

12、，密度為1.50-1.56kg/m3，比熱容為1.34-1.38kJ/(kg.)。纖維素對(duì)熱傳導(dǎo)作用軸向比橫向大，其值大小與纖維孔隙度相關(guān)，熱值18400kJ/kg絕干纖維素對(duì)水有強(qiáng)烈吸著作用，這一性質(zhì)是纖維素最主要物理性質(zhì)，另外，纖維素在水、酸、堿或鹽水溶液等極性溶劑中，會(huì)發(fā)生潤(rùn)脹，使得分子之間內(nèi)聚力減弱，固體變得松軟，體積變大，但并不失去其可見均勻性。能夠利用這一性質(zhì)對(duì)纖維素進(jìn)行堿性降解和酸性水解，以取得小分子碳水化合物。 /10/1022/10/1022第22頁(yè)纖維素性質(zhì) 纖維素鏈中每個(gè)葡萄糖基環(huán)上有三個(gè)活潑羥基；一個(gè)伯羥基和兩個(gè)仲羥基。所以，纖維素能夠發(fā)生一系列與羥基相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。纖維

13、素化學(xué)反應(yīng)主要分為兩大類：纖維素鏈降解反應(yīng)和與纖維素羥基相關(guān)衍生化反應(yīng)。前者包含纖維素氧化、酸解、堿解、機(jī)械降解、光解、離子輻射和生物降解等，而后者則包含纖維素酯化、醚化、親核取代、接枝共聚和交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)。/10/1023/10/1023第23頁(yè)纖維素氧化反應(yīng)/10/1024/10/1024第24頁(yè)纖維素酯化反應(yīng)在醋酸和硫酸催化劑存在下，纖維素與醋酐作用生成纖維素醋酸酯： 纖維素與硝酸、硫酸和水混合物反應(yīng)生成 纖維素硝酸酯：/10/1025/10/1025第25頁(yè)親核取代反度/10/1026/10/1026第26頁(yè)接枝共聚反應(yīng) 纖維素接枝共聚反應(yīng)可分為三個(gè)基本類型；游離基聚合、離子型聚合以及

14、縮合或加成聚合。/10/1027/10/1027第27頁(yè)交聯(lián)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)上纖維素交聯(lián)反應(yīng)最少有兩個(gè)羥基(纖維素分子內(nèi)或相鄰纖維素分子羥基基)參加，經(jīng)過(guò)生成醚鍵或酯鍵形式，與交聯(lián)劑相結(jié)合/10/1028/10/1028第28頁(yè)纖維素受熱分解/10/1029/10/1029第29頁(yè)纖維素受熱分解第一階段：在25-150前，纖維素物理吸附水解吸。第二階段：在150-240之間，纖維素大分子中一些葡萄糖基開始脫水。第三階段：在240-400之間，葡萄糖糖苷鍵開始斷裂，一些碳-氧鍵和碳-碳鍵也開始斷裂，并產(chǎn)生一些新產(chǎn)物和低分子揮發(fā)性化合物。第四階段:在400以上，纖維素大分子殘余部分進(jìn)行芳環(huán)化，逐步形成石墨

15、結(jié)構(gòu)。 /10/1030/10/1030第30頁(yè)參考文件高潔，湯烈貴.纖維素科學(xué)，科學(xué)出版社，1999./10/1031/10/1031第31頁(yè)3.1.1 纖維素（掌握）3.1.2 半纖維素（掌握）3.1.3 木質(zhì)素（掌握）3.1.4 蛋白質(zhì)（了解）3.1.5 淀粉（了解）3.1.6 其它有機(jī)物（了解）3.1.7 其它無(wú)機(jī)物（了解）3.1生物質(zhì)組分與化學(xué)結(jié)構(gòu)/10/1032/10/1032第32頁(yè) 一、半纖維素定義 最早提出半纖維素概念是在1891年，Schulze提議存在于植物細(xì)胞壁中易于在熱稀礦物酸中水解成單糖組分定名為半纖維素以后他又說(shuō)：“半纖維與共它細(xì)胞壁組分不一樣之處于于它們對(duì)稀酸作

16、用只有甚小抵抗，近一步與稀酸共熱，它們甚易溶入溶液中，也可溶于冷5%NaOH水溶液中，不過(guò)容入速度較慢” /10/1033/10/1033第33頁(yè) 一、半纖維素定義 1925年Karre就把細(xì)胞壁聚糖按組成份為聚木糖、聚阿拉伯糖及聚甘露糖等，這種說(shuō)法現(xiàn)仍應(yīng)用在許多論文和書籍中，但此只能說(shuō)明半纖維素結(jié)構(gòu)中存有單糖基，而不能說(shuō)明其確實(shí)結(jié)構(gòu)。1928年Hess稱半纖維素是輔助碳水化合物。1932年，1937年Norman把半纖維素深入分為兩種，即纖維素聚糖(celluosans)和聚糖醛酸物(poryronide)，前者(無(wú)糖醛酸)與纖維素緊密地聚集在一起，后者(帶糖醛酸)與木素緊密地聚集在一起。

17、/10/1034/10/1034第34頁(yè) 一、半纖維素定義 Staudinger等1939年設(shè)計(jì)名詞為木聚糖(Polyoses)， 這個(gè)名詞現(xiàn)仍被歐洲化學(xué)家廣泛應(yīng)用著。從學(xué)術(shù)觀點(diǎn)而論，用非纖維素細(xì)胞壁聚糖較為合理，但因真正纖維素與抗堿半纖維素間分界限并不明確，所以應(yīng)用也并不廣泛，因?yàn)榘肜w維素發(fā)覺(jué)是因與纖維素堿溶解性質(zhì)差異而提出，在分離和提純半纖維素過(guò)程中也是依據(jù)其堿溶解性質(zhì)不一樣而進(jìn)行，所以直到1978年Whistler等定義半纖維素時(shí)仍以此作依據(jù)，認(rèn)為半纖維素是可被堿溶液抽提除纖維素與果膠質(zhì)以外植物細(xì)胞壁聚糖。/10/1035/10/1035第35頁(yè) 一、半纖維素定義 1962年Aspina

18、ll開始從化學(xué)結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來(lái)明確敘述：“半纖維素是起源于植物聚糖類，它們分別含有一至幾個(gè)糖基，如D木糖基，D甘露糖基與D葡萄糖基或半乳糖基等組成基礎(chǔ)鏈，而其它糖基作為支鏈連接于此基礎(chǔ)鏈上?！边@才真正揭示了半纖維素本質(zhì)。/10/1036/10/1036第36頁(yè)二、半纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu) 半纖維素(hemicellulose)與纖維素之間化學(xué)結(jié)構(gòu)差異主要在于以下幾方面：不一樣糖單元組成；短得多分子鏈；分子中支鏈；其主鏈可由一個(gè)糖單元組成為均一聚糖如聚木糖類半纖維素；也可由二或更各種糖單元組成非均聚糖如聚葡萄糖甘露糖類半纖維素；有些糖單元卻常是或有時(shí)以支鏈連接到主鏈上，如4-氧-甲基葡萄糖醛酸和半乳糖等。/1

19、0/1037/10/1037第37頁(yè)半纖維素糖單元組成 戊糖D-木糖(D-xylose)和L-阿拉伯糖(L-arabinose)；己糖D-甘露糖(D-mannose)、D-葡萄糖(D-glucose)和D-半乳糖(D-galactose)；己糖醛酸4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸(4-O-Methyl-glucuronic acid)、D-半乳糖醛酸(D-galacturonic acid)和D-葡萄糖醛酸(D-glucuronic acid)少許脫氧己糖L-鼠李糖(L-rhamnose)和L-巖藻糖(L-fucose)等。 /10/1038/10/1038第38頁(yè)三、半纖維素存在與分布半纖維素都

20、存在于植物之中，各種植物都含有其特征半纖維素，而且含量各異表3-2 /10/1039/10/1039第39頁(yè)三、半纖維素存在與分布半纖維素不一樣糖基在植物細(xì)胞中分布也不一樣，由表可見，纖維素橫向分布在整個(gè)細(xì)胞壁各層，但在M+P與S3分別儀為1與2%，絕大部分分布在S2層聚糖中聚半乳糖葡萄糖甘露糖在M十P層僅有1，其余均交S層，其中S2層又占了絕大部分，達(dá)77%。聚阿拉伯糖4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸在M+P僅1%，展現(xiàn)出從外到內(nèi)逐步增加趨勢(shì)，主要存在在于S1和S3層。聚阿拉伯糖與聚半乳糖在M+P層分布較多，分別為30%和20%。 表3-3是蘇格蘭松正常木材管胞細(xì)胞壁中聚糖分布/10/1040/

21、10/1040第40頁(yè)三、半纖維素存在與分布在植物纖維中，除棉花之外，多數(shù)是以細(xì)胞群體存在植物體中，因而一個(gè)纖維細(xì)胞就與周圍纖維細(xì)胞或其它非纖維細(xì)胞之間就存在交界層，此交界層稱為胞間層(middle lamella)，通常以M表示。細(xì)胞壁本身只分初生壁(primary wall)和次生壁(secondary wall)，分別以P和S表示。次生壁由外到內(nèi)又分外層(outer layer)、中層(middle 1ayer)和內(nèi)層(inner layer)，分別以Sl，S2和S3表示。在未脫去木質(zhì)素間木材細(xì)胞中，相鄰細(xì)胞間層與初生壁是極難分開，合在一起稱為復(fù)合胞間層(compound middle

22、lamella)。 /10/1041/10/1041第41頁(yè)四、半纖維素分離和判定分離纖維素與半纖維素主要利用二者在堿性溶液中不一樣溶解度。不一樣濃度堿溶液對(duì)不一樣組成半纖維素含有不一樣溶解能力，并含有一定選擇性。氫氧化鈉或氫氧化鉀是半纖維素提取中慣用堿。用5% KOH溶液可提取許多可溶性聚木糖和聚半乳糖-葡萄糖-甘露糖半纖維素，而大多數(shù)葡萄糖-甘露糖只能用較高濃度堿(16-24%KOH或17.5%NaOH)提取。引發(fā)最大膨脹堿濃度(10%LiOH、17.5 % NaOH、30%KOH)是提取聚甘露糖最正確濃度。 /10/1042/10/1042第42頁(yè)五、半纖維素化學(xué)性質(zhì) 除聚阿拉伯半乳糖外

23、，各種高聚糖主鏈都是由1,4-糖苷鍵組成，它們都是醛糖，都有大量游離經(jīng)基。半纖維素化學(xué)性質(zhì)也就表現(xiàn)在羥基、末端醛基和糖苷鍵上。普通說(shuō)，半纖維素化學(xué)性質(zhì)與纖維素相同，但半纖維素基本上為無(wú)定形結(jié)構(gòu)，它比纖維素更輕易發(fā)生化學(xué)反應(yīng) (1)半纖維素酯化和醚化反應(yīng) (2)半纖維素氧化反應(yīng) (3)半纖維素酸水解 (4)半纖維素堿性降解/10/1043/10/1043第43頁(yè)3.1.1 纖維素（掌握）3.1.2半纖維素（掌握）3.1.3木質(zhì)素（掌握）3.1.4 蛋白質(zhì)（了解）3.1.5淀粉（了解）3.1.6其它有機(jī)物（了解）3.1.7其它無(wú)機(jī)物（了解）3.1生物質(zhì)組分與化學(xué)結(jié)構(gòu)/10/1044/10/1044

24、第44頁(yè)木質(zhì)素（lignin）定義日本八浜義和曾對(duì)木質(zhì)素下過(guò)這么定義： 木質(zhì)素是在酸作用下難以水解相對(duì)分子質(zhì)量較高物質(zhì)，主要存在于木質(zhì)化植物細(xì)胞中，強(qiáng)化植物組織。其化學(xué)結(jié)構(gòu)是苯丙烷類結(jié)構(gòu)單元組成復(fù)雜化合物，含有各種活性官能團(tuán)。/10/1045/10/1045第45頁(yè)一、木質(zhì)素結(jié)構(gòu)作為木質(zhì)素主體結(jié)構(gòu)，當(dāng)前認(rèn)為以苯丙烷為結(jié)構(gòu)主體，共有三種基本結(jié)構(gòu)(非縮合型結(jié)構(gòu)，圖3-7)，即愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)：圖3-7 木質(zhì)素三種基本結(jié)構(gòu)單元/10/1046/10/1046第46頁(yè)一、木質(zhì)素結(jié)構(gòu)針葉樹木質(zhì)素以愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)單元為主，紫丁香基結(jié)構(gòu)單元和對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)單元極少或沒(méi)有。 由以上基本結(jié)構(gòu)

25、單元形成了以下一些基本部a外消旋松脂酚；b愈創(chuàng)木基甘油松伯醇醚；c脫氫聯(lián)松柏醇；d1,2-二愈創(chuàng)木基丙烷-1,3二醇；e愈創(chuàng)木基甘油-松伯醇-愈創(chuàng)木基三聚物；f愈創(chuàng)木基甘油-松伯醇-4-苯基-4-愈創(chuàng)木基丙三醇四聚物 /10/1047/10/1047第47頁(yè)圖3-8 木質(zhì)素分子基本部件/10/1048/10/1048第48頁(yè)圖3-9 木質(zhì)素推測(cè)結(jié)構(gòu)舉例（Nimz提議桃樹木質(zhì)素結(jié)構(gòu)式）/10/1049/10/1049第49頁(yè)二、木質(zhì)素分離木質(zhì)素作為殘?jiān)问蕉玫椒椒?。這種方法即使簡(jiǎn)單，成本也較低，但木質(zhì)素往往已被改性，失去原來(lái)化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份。木質(zhì)素被溶解成為溶液形式而得到方法。木質(zhì)素作為溶質(zhì)

26、溶于不發(fā)生反應(yīng)溶劑中被抽提出來(lái)；或先形成中溶性衍生物，再被適當(dāng)溶劑抽提溶出。 /10/1050/10/1050第50頁(yè)三、木質(zhì)素物理性質(zhì) (1)顏色(2)相對(duì)密度(3)光學(xué)性質(zhì)(4)燃燒熱 (5)溶解度(6)熔點(diǎn)/10/1051/10/1051第51頁(yè)四、木質(zhì)素化學(xué)性質(zhì)木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)中存在著芳香基、酚羥基、醇羥基、羰基、甲氧基、羧基、共軛雙鍵等活性基團(tuán)，能夠進(jìn)行氧化、還原、水解、醇解、酸解、光解、?；?、磺化、烷基化、鹵化、硝化、縮聚或接技共聚等許多化學(xué)反應(yīng)。/10/1052/10/1052第52頁(yè)四、木質(zhì)素化學(xué)性質(zhì)(1)木質(zhì)素磺化作用(2)木質(zhì)素在硫酸鹽蒸煮中反應(yīng)(3)木質(zhì)素與氯作用(4)木質(zhì)

27、素氧化作用(5)木質(zhì)素顯色反應(yīng)(6)無(wú)機(jī)酸對(duì)木質(zhì)素作用(7)木質(zhì)素?zé)岱纸?10/1053/10/1053第53頁(yè)木質(zhì)素顯色反應(yīng)/10/1054/10/1054第54頁(yè)氧化反應(yīng)/10/1055/10/1055第55頁(yè)3.1.1 纖維素（掌握）3.1.2半纖維素（掌握）3.1.3木質(zhì)素（掌握）3.1.4淀粉（了解） 3.1.5 蛋白質(zhì)（了解）3.1.6其它有機(jī)物（了解）3.1.7其它無(wú)機(jī)物（了解）3.1生物質(zhì)組分與化學(xué)結(jié)構(gòu)/10/1056/10/1056第56頁(yè)淀粉（Starch）淀粉與纖維素一樣，是由D-葡萄糖和一部分麥芽糖結(jié)構(gòu)單元組成多糖，纖維素是以-葡萄糖苷鍵結(jié)合而成，而淀粉是以-葡萄糖苷鍵

28、結(jié)合而成。另外，纖維素不溶于水，而淀粉則分為在熱水中可溶和不溶兩部分，可溶部分稱為直鏈淀粉（圖3-10），占淀粉10%-20%，相對(duì)分子質(zhì)量1萬(wàn)-6萬(wàn)；而不溶部分稱為支鏈淀粉（圖3-11），占80%-90%，相對(duì)分子質(zhì)量5萬(wàn)-10萬(wàn)，支鏈淀粉含有分支結(jié)構(gòu)。 /10/1057/10/1057第57頁(yè)圖3-10 直鏈淀粉結(jié)構(gòu)圖 3-11 支鏈淀粉結(jié)構(gòu)/10/1058/10/1058第58頁(yè)蛋白質(zhì)（Protein） 蛋白質(zhì)是由氨基酸高度聚合而成高分子化合物，伴隨所含氨基酸種類、百分比和聚合度不一樣，蛋白質(zhì)性質(zhì)也不一樣。蛋白質(zhì)與纖維素和淀粉等碳水化合物組成成份相比，在生物質(zhì)中所占百分比較低。元素組成都

29、很相同，普通含碳(5056)、氫(68)、氧(1924)、氮(319)，另外，還含有硫(04)。有些蛋白質(zhì)含有磷，少數(shù)含鐵、銅、鋅、鉬、錳、鎂、鈷等金屬，個(gè)別含有碘。各種蛋白質(zhì)氮含量均靠近于16。此值在蛋白質(zhì)定量上極為有用。因?yàn)樵诜治鲆粋€(gè)樣品蛋白含量時(shí)，普通都先測(cè)定該樣品總氮量百分?jǐn)?shù)，再乘以系數(shù)6.25來(lái)計(jì)算。6.25即100/16，為1g氮所代表蛋白質(zhì)重量。 /10/1059/10/1059第59頁(yè)三聚氰胺C3H6N6 N含量66.6%/10/1060/10/1060第60頁(yè)蛋白質(zhì)氨基酸(amino acid)是組成蛋白質(zhì)基本單位，是含有氨基和羧基有機(jī)化合物。假如使用酸、堿或蛋白酶(prot

30、einase)水解蛋白質(zhì)，最終總能夠得到約20種不一樣氨基酸。這些氨基酸結(jié)構(gòu)即使各不相同，但它們卻有著共同特征，它們氨基和羧基都在-碳上，都屬于-氨基酸。除甘氨酸外，其余氨基酸-碳原子都是不對(duì)稱碳原子。它們通式及構(gòu)型以下：/10/1061/10/1061第61頁(yè)蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)20種氨基酸經(jīng)過(guò)肽鍵連接成為多肽鏈，再由一條或一條以上肽鏈按各自特殊方式組合成蛋白質(zhì)分子。一級(jí)結(jié)構(gòu)：一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸排列次序，是蛋白質(zhì)最基本結(jié)構(gòu)，它是由基因決定。一級(jí)結(jié)構(gòu)最為主要，因?yàn)樗鼪Q定了蛋白質(zhì)二、三級(jí)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。 二級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中多肽主鏈骨架中各個(gè)不一樣肽段，因鏈內(nèi)氫鍵或鏈間氫鍵形成有規(guī)則構(gòu)象，

31、造成肽鏈本身呈-螺旋結(jié)構(gòu)或-折疊結(jié)構(gòu)，而有肽段形成無(wú)規(guī)則構(gòu)象，這就是蛋白質(zhì)分子二級(jí)結(jié)構(gòu)?？臻g結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德瓦耳斯力等次級(jí)鍵作用，深入盤曲、折疊而成特定格式復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，包含肽鏈中一切原子空間排列方式，即原子在分子中空間排列和組合方式，通常稱為蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)或四級(jí)結(jié)構(gòu)。 /10/1062/10/1062第62頁(yè)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)：一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸排列次序，是蛋白質(zhì)最基本結(jié)構(gòu)，它是由基因決定。一級(jí)結(jié)構(gòu)最為主要，因?yàn)樗鼪Q定了蛋白質(zhì)二、三級(jí)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。 豬胰島素分子一級(jí)結(jié)構(gòu) /10/1063/10/1063第63頁(yè)蛋白

32、質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中多肽主鏈骨架中各個(gè)不一樣肽段，因鏈內(nèi)氫鍵或鏈間氫鍵形成有規(guī)則構(gòu)象，造成肽鏈本身呈-螺旋結(jié)構(gòu)(圖3-13)或-折疊結(jié)構(gòu)，而有肽段形成無(wú)規(guī)則構(gòu)象，這就是蛋白質(zhì)分子二級(jí)結(jié)構(gòu)。-螺旋結(jié)構(gòu)/10/1064/10/1064第64頁(yè)展開肽鍵-片層結(jié)構(gòu)/10/1065/10/1065第65頁(yè)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德瓦耳斯力等次級(jí)鍵作用(圖3-16)，深入盤曲、折疊而成特定格式復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，包含肽鏈中一切原子空間排列方式，即原子在分子中空間排列和組合方式，通常稱為蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)或四級(jí)結(jié)構(gòu)(圖3-17) 次級(jí)鍵/10

33、/1066/10/1066第66頁(yè)/10/1067/10/1067第67頁(yè)其它有機(jī)成份（有機(jī)物）纖維素、半纖維素、木質(zhì)素幾乎是全部生物質(zhì)組成部分。與這些多糖類碳水化合物相比，生物質(zhì)中含量較少（在不一樣物種中含量有差異）物質(zhì)是甘油酯，它是甘油脂肪酸酯，依據(jù)所結(jié)合脂肪酸基團(tuán)數(shù)目，能夠分為甘油單酯、甘油二酯、甘油三酯，尤其是甘油三酯，作為脂肪（油脂），在生物質(zhì)中含量較多。組成甘油三酯脂肪酸，幾乎都是偶數(shù)碳直鏈飽和脂肪酸，代表性有C12月桂酸、C14豆蔻酸、C16棕櫚酸、C18硬脂酸、亞油酸和亞麻酸（后二者為不飽和脂肪酸）。生物質(zhì)中還含有少許生物堿、色素、樹脂、石蠟等。它們即使含量較低，但大多含有生物

34、學(xué)特征，作為化學(xué)品和藥品價(jià)值較高，這方面有效利用正在開展之中。/10/1068/10/1068第68頁(yè)其它無(wú)機(jī)成份（無(wú)機(jī)物）即使生物質(zhì)是（天然）高分子有機(jī)物，但也含有微量無(wú)機(jī)成份（灰分）?；曳种泻蠧a、K、P、Mg、Si、Al、Ba、Fe、Ti、Na、Mn、Sr等金屬，而金屬含量則與生物質(zhì)種類相關(guān)，如柳枝稷（switchgrass）中含Si和K較多。樹木和草本植物燃燒后參加灰分能夠作為肥料播撒在土地上，有利于生產(chǎn)循環(huán)。另外，廢棄物類生物質(zhì)灰分，因?yàn)楹衼?lái)自工業(yè)制品金屬和無(wú)機(jī)物，對(duì)其后處理會(huì)造成一些問(wèn)題。/10/1069/10/1069第69頁(yè)醇是烴分子里氫原子 (苯環(huán)上氫原子除外)被羥基取代

35、后生成物。醇分類方法可有不一樣標(biāo)準(zhǔn)。按醇分子中羥基數(shù)目不一樣，可分為一元醇、二元醇、三元醇等；按烴基結(jié)構(gòu)不一樣，可分為飽和醇、不飽和醇、芳香醇，如甲醇CH3-OH，丙烯醇CH2 =CH-CH2 OH，苯甲醇C6H5CH2OH。若按羥基所連接碳原子不一樣，醇可為伯醇(連接羥基碳原子上還有兩個(gè)氫原子)、仲醇(連接羥基碳原子上只有一個(gè)氫原子)、叔醇(連接羥基碳原子上沒(méi)有氫原子)，如CH3-CH2OH(伯醇) /10/1070/10/1070第70頁(yè)3.2 生物質(zhì)理化參數(shù)分析3.2.1 生物質(zhì)工業(yè)分析組成和元素分析組成3.2.2 生物質(zhì)工業(yè)分析（掌握）3.2.3 燃料基準(zhǔn)及不一樣基成份換算（掌握）3.

36、2.4 生物質(zhì)元素分析（掌握）3.2.5 燃料熱值（掌握）3.2.6 生物質(zhì)物理特征和熱性質(zhì)（了解）/10/1071/10/1071第71頁(yè)生物質(zhì)作為天然有機(jī)燃料，是化學(xué)組成極為復(fù)雜高分子物質(zhì)，至今仍不十分清楚其機(jī)構(gòu)和性質(zhì)，所以當(dāng)前要分析測(cè)定其化學(xué)結(jié)構(gòu)還是困難。不過(guò)在工業(yè)技術(shù)中，可依據(jù)不一樣使用目標(biāo)，用不一樣方法研究和了解生物質(zhì)燃料組成和特征，為生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化提供基本數(shù)據(jù)，比如可用作燃燒計(jì)算原始數(shù)據(jù)、估算燃料熱值、粗略劃分燃料種類等還是十分有用，而且往往是足夠。生物質(zhì)熱化學(xué)工程技術(shù)中應(yīng)用分析，主要有工業(yè)分析組成和元素分析組成兩種。 /10/1072/10/1072第72頁(yè)工業(yè)分析(Proxi

37、mate analysis)與元素分析(Ultimate analysis)工業(yè)分析組成是用工業(yè)分析法得出燃料規(guī)范性組成，該組成可給出固體燃料中可燃成份和不可燃成份含量?？扇汲煞莨I(yè)分析組成為揮發(fā)分和固定碳，不可燃成份為水分和灰分?？扇汲煞莺筒豢扇汲煞荻际且再|(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示，其總和應(yīng)為100%。元素分析組成是用元素分析法得出組成生物質(zhì)各種元素(主要是可燃成份有機(jī)元素如碳、氫、氧、氮和硫等)含量多少，各元素含量加上水分和灰分其總量為100%。/10/1073/10/1073第73頁(yè)工業(yè)分析與元素分析工業(yè)分析成份并非生物質(zhì)燃料中固有形態(tài)，而是在特定條件下轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，它是在一定條件下，用加熱(或燃燒)方

38、法將生物質(zhì)燃料中原有極為復(fù)雜組成加以分解和轉(zhuǎn)化而得到可用普通化學(xué)分析方法去研究組成。 圖3-18 生物質(zhì)工業(yè)分析組成和元素分析組成/10/1074/10/1074第74頁(yè)3.2 生物質(zhì)理化參數(shù)分析3.2.1 生物質(zhì)工業(yè)分析組成和元素分析組成3.2.2 生物質(zhì)工業(yè)分析（掌握）3.2.3 燃料基準(zhǔn)及不一樣基成份換算（掌握）3.2.4 生物質(zhì)元素分析（掌握）3.2.5 燃料熱值（掌握）3.2.6 生物質(zhì)物理特征和熱性質(zhì)（了解）/10/1075/10/1075第75頁(yè) 一、 生物質(zhì)中水分（Moisture）外在水分(Surface Moisture) 生物質(zhì)外在水分是以機(jī)械方式附著在生物質(zhì)表面上以及在

39、較大毛細(xì)孔(直徑10-5cm)中存留水分。 內(nèi)在水分(Inherent Moisture) 生物質(zhì)中以物理化學(xué)結(jié)協(xié)力吸附在生物質(zhì)內(nèi)部毛細(xì)管(直徑10-5cm)中水分為內(nèi)在水分。 化合結(jié)晶水(Decomposition moisture) 結(jié)晶水是與生物質(zhì)中礦物質(zhì)相結(jié)合水分，在生物質(zhì)中含量極少，它在105110下不能除去，在超出200時(shí)，才能分解逸出。 /10/1076/10/1076第76頁(yè)一、生物質(zhì)中水分（Moisture）分析方法（GB/T212-）105110 干燥箱 通干燥N2或空氣 Mad=m1/m100Mad空氣干燥煤樣水分m1煤樣干燥后失去質(zhì)量m稱取空氣干燥煤樣質(zhì)量/10/107

40、7/10/1077第77頁(yè) 二、揮發(fā)分(Volatile matter)把生物質(zhì)樣品與空氣隔絕在一定溫度條件下加熱一定時(shí)間后，由生物質(zhì)中有機(jī)物質(zhì)分解出來(lái)液體(此時(shí)為蒸氣狀態(tài))和氣體產(chǎn)物總和稱為揮發(fā)分，數(shù)量上并不包含燃料中游離水分蒸發(fā)水蒸氣。揮發(fā)分本身化學(xué)成份是一個(gè)飽和以及未飽和芳香族碳?xì)浠衔锘旌衔?，是氧、硫、氮以及其它元素有機(jī)化合物混合物，以及燃料中結(jié)晶水分解后蒸發(fā)水蒸氣。/10/1078/10/1078第78頁(yè)二、揮發(fā)分(Volatile matter)分析方法（GB/T212-） 稱 取一定量空氣干燥煤樣，放在帶蓋瓷坩堝中，在90010 下，隔絕空氣加熱7min。以降低質(zhì)量占煤樣質(zhì)量百分

41、數(shù)，減去該煤樣水分含量作為煤樣揮發(fā)分。Vad空氣干燥煤樣揮發(fā)分Mad空氣干燥煤樣水分m1煤樣加熱后失去質(zhì)量m稱取空氣干燥煤樣質(zhì)量/10/1079/10/1079第79頁(yè)二、揮發(fā)分(Volatile matter)揮發(fā)分產(chǎn)率只限于有機(jī)揮發(fā)分揮發(fā)分與燃料有機(jī)質(zhì)組成和性質(zhì)有親密關(guān)系，它是用以反應(yīng)燃料最好、也是最方便指標(biāo)之一。 揮發(fā)分較多燃料，易于著火，燃燒穩(wěn)定，但火焰溫度較低。 /10/1080/10/1080第80頁(yè)三、灰分(Ash) 灰分是指將生物質(zhì)中全部可燃物在一定溫度(815士10)下完全燃燒以及其中礦物質(zhì)在空氣中經(jīng)過(guò)一系列分解、化合等復(fù)雜反應(yīng)后所剩下殘?jiān)?。生物質(zhì)中灰分來(lái)自礦物質(zhì)，但它組成或

42、質(zhì)量與生物質(zhì)中礦物質(zhì)不完全相同，它是礦物質(zhì)一定條件下產(chǎn)物，所以稱為在一定溫度下“灰分產(chǎn)率”較為確切，普通簡(jiǎn)稱為灰分。 /10/1081/10/1081第81頁(yè)三、灰分(Ash)生物質(zhì)中礦物質(zhì)在燃燒過(guò)程中發(fā)生以下化學(xué)改變 (1)失去結(jié)晶水（高于400） (2)受熱分解（600以上 ）(3)氧化反應(yīng)（400- 600 ）(4)揮發(fā)（ 700以上 ）/10/1082/10/1082第82頁(yè)三、灰分(Ash)分析方法（ GB/T212- ）將 裝 有 煤樣灰皿放在預(yù)先加熱至(815士10) 灰分快速測(cè)定儀傳送帶上，煤樣自動(dòng)送人儀器內(nèi)完全灰化，然后送出。以殘留物質(zhì)量占煤樣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)作為煤樣灰分。/10/

43、1083/10/1083第83頁(yè)三、灰分(Ash)灰分越高，可燃成份相對(duì)降低，熱值相對(duì)降低，燃燒溫度也低 燃燒時(shí)，其表面上可燃物質(zhì)燃燼后形成灰分外殼，隔絕了氧化介質(zhì)(空氣)與內(nèi)層可燃物質(zhì)接觸使生物質(zhì)難于燃燒完全，造成爐溫下降和燃燒不穩(wěn)定。 固體狀態(tài)灰粒沉積在受熱面上造成積灰，熔融狀態(tài)灰粒貓附受熱面造成結(jié)渣，這些將影響受熱面?zhèn)鳠幔瑫r(shí)還會(huì)造成不完全燃燒并給設(shè)備維護(hù)與操作帶來(lái)困難 /10/1084/10/1084第84頁(yè)三、灰分(Ash)除了需要考慮生物質(zhì)灰分多少外，還要注意到灰分熔點(diǎn) /10/1085/10/1085第85頁(yè) 四、固定碳(Fixed carbon) 揮發(fā)分逸出后殘留物稱為焦渣，生

44、物質(zhì)試樣燃燒后，其中灰分轉(zhuǎn)入焦渣中，焦渣質(zhì)量減去灰分質(zhì)量，就是固定碳質(zhì)量。 固定碳是相對(duì)于揮發(fā)分中碳而言，是燃料中以單質(zhì)形式存在碳，比如在灰渣中包含未燃燒碳普通就是這種碳。固定碳燃點(diǎn)很高，需在較高溫度下才能著火燃燒，所以燃料中固定碳含量愈高，一則燃料愈難燃燒，著火燃燒溫度也就越高。 /10/1086/10/1086第86頁(yè)3.2 生物質(zhì)理化參數(shù)分析3.2.1 生物質(zhì)工業(yè)分析組成和元素分析組成3.2.2 生物質(zhì)工業(yè)分析（掌握）3.2.3 燃料基準(zhǔn)及不一樣基成份換算（掌握）3.2.4 生物質(zhì)元素分析（掌握）3.2.5 燃料熱值（掌握）3.2.6 生物質(zhì)物理特征和熱性質(zhì)（了解）/10/1087/10

45、/1087第87頁(yè)依據(jù)燃料所處狀態(tài)或者按需要而要求成份組合稱為基準(zhǔn)。為了使燃料分析結(jié)果含有可比性，進(jìn)行燃料分類，以及轉(zhuǎn)化設(shè)備設(shè)計(jì)和其它應(yīng)用需要，就必須將燃料按一定基準(zhǔn)來(lái)表示。假如所采取基準(zhǔn)不一樣，同一個(gè)燃料一(如生物質(zhì)、煤)即使取樣時(shí)條件相同，在一樣試驗(yàn)條件下同一個(gè)成份含量所得結(jié)果也不一樣，甚至差異很大。所以說(shuō)，燃料工業(yè)分析和元素分析值都必須標(biāo)明所采取基準(zhǔn)，不然無(wú)意義。 一、燃料基準(zhǔn) /10/1088/10/1088第88頁(yè)收到基(As received basis)以收到狀態(tài)燃料為基準(zhǔn)，即包含水分和灰分在內(nèi)全部燃料組成總和作為計(jì)算基準(zhǔn)，稱收到基(或應(yīng)用基)，以下角標(biāo)ar表示。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示各

46、成份為收到基成份(應(yīng)用基成份)。按收到基組成表示燃料反應(yīng)了燃料在實(shí)際應(yīng)用時(shí)成份組成，它相當(dāng)于將送入轉(zhuǎn)換設(shè)備(比如爐灶、氣化器等)進(jìn)行燃燒燃料，在燃料直接燃燒等應(yīng)用時(shí)應(yīng)按照收到基組成來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 燃料收到基工業(yè)分析組成為: Mar + Var+FCar+Aar=100% (3-9 ) 式中，Mar為收到基水分含量；Var為收到基揮發(fā)分含量；FCar為收到基固定碳含量；Aar為收到基灰分含量。/10/1089/10/1089第89頁(yè)空氣干燥基(Air dry basis)以試驗(yàn)室條件下(20，相對(duì)濕度60%)自然風(fēng)干燃料試樣為基準(zhǔn)，即燃料試樣與試驗(yàn)室空氣濕度到達(dá)平衡時(shí)燃料作為計(jì)算基準(zhǔn)，稱空氣干燥基

47、(或稱分析基)，以下角標(biāo)ad表示。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示各成份為空氣干燥基成份(分析基成份)。顯然，空氣干燥基組成是排除了固體燃料中外在水分，留在燃料中只有內(nèi)在水分。燃料空氣干燥基工業(yè)分析組成為： Mad + Vad+FCad+Aad=100% 式中，Mad為空氣干燥基水分含量；Vad為空氣干燥基揮發(fā)分含量；FCad為空氣干燥基固定碳含量；Aad為空氣干燥基灰分含量。/10/1090/10/1090第90頁(yè)干燥基(Dry basis)以在烘箱中(102-105)烘干后失去全部游離水分(外在水分及內(nèi)在水分)燃料試樣為計(jì)算基準(zhǔn)，稱干燥基，以下角標(biāo)d表示。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示各成份為干燥基成份。因?yàn)槿剂辖M成中已不

48、包含水分在內(nèi)，所以燃料中水分即使發(fā)生變動(dòng)，干燥基組成也仍不受影響。燃料干燥基工業(yè)分析組成為: Vd+FCd+Ad=100% 式中，Vd為干燥基揮發(fā)分含量；FCd為干燥基固定碳含量；Ad為干燥基灰分含量。 /10/1091/10/1091第91頁(yè)干燥無(wú)灰基(Dry ash free basis)以去掉水分和灰分燃料作為計(jì)算基準(zhǔn)，稱干燥無(wú)灰基(或稱可燃基)，以下角標(biāo)daf表示。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示各成份為干燥無(wú)灰基成份。燃料干燥無(wú)灰基工業(yè)分析組成為: Vdaf+FCdaf=100% 式中，Vdaf為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量；FCdaf為干燥無(wú)灰基固定碳含量。/10/1092/10/1092第92頁(yè) 二、基間

49、換算 不一樣基準(zhǔn)計(jì)算成份含量可按下式進(jìn)行換算:x=Kx0 式中x0按原基準(zhǔn)計(jì)算某一成份百分含量; x按新基準(zhǔn)計(jì)算某一成份百分含量; K基間換算百分比系數(shù)，各種“基”間換算百分比系數(shù)見表3-10：/10/1093/10/1093第93頁(yè)3.2 生物質(zhì)理化參數(shù)分析3.2.1 生物質(zhì)工業(yè)分析組成和元素分析組成3.2.2 生物質(zhì)工業(yè)分析（掌握）3.2.3 燃料基準(zhǔn)及不一樣基成份換算（掌握）3.2.4 生物質(zhì)元素分析（掌握）3.2.5 燃料熱值（掌握）3.2.6 生物質(zhì)物理特征和熱性質(zhì)（了解）/10/1094/10/1094第94頁(yè)元素分析（Ultimate analysis）元素分析組成是指組成燃料各

50、種元素(主要是可燃質(zhì)有機(jī)元素)，不反應(yīng)由元素結(jié)合成化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)。依據(jù)燃料元素分析可知，可燃物基本上都是由碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等化學(xué)元素組成。 這種處理方法不能完全反應(yīng)出燃料特征，也就不能以此來(lái)判斷燃料在各方面化學(xué)性質(zhì)和燃料性能，但燃料中各組成元素性質(zhì)及其含量與燃料燃燒性能卻是親密相關(guān)，其影響也各不相同 /10/1095/10/1095第95頁(yè)固體燃料和液體燃料各元素組成：碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)、水分(M)、灰分(A)，通慣用其相對(duì)質(zhì)量(即質(zhì)量分?jǐn)?shù))來(lái)表示，即： C+ H+O+N+S+A+M=100% 工業(yè)分析與元素分析對(duì)照?qǐng)D/10/109

51、6/10/1096第96頁(yè)碳、氫含量測(cè)定 采取“燃燒法”，產(chǎn)生二氧化碳和水，依次經(jīng)過(guò)無(wú)水氯化鈣、堿石灰水分需先測(cè)空白S、Cl（鉻酸鉛）、N（二氧化錳顆粒）經(jīng)過(guò)不一樣方法消除/10/1097/10/1097第97頁(yè)碳、氫含量測(cè)定 /10/1098/10/1098第98頁(yè) 氮含量測(cè)定 分析樣品在催化劑、H2SO4作用下N轉(zhuǎn)化為NH4HSO4NH4HSO4+2NaOH=Na2SO4+NH3+2H2O硼酸吸收NH3用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（甲基紅和亞甲基藍(lán)混合指示劑）依據(jù)硫酸用量確定N含量/10/1099/10/1099第99頁(yè) 氮含量測(cè)定 /10/10100/10/10100第100頁(yè)硫含量測(cè)定艾士卡法:

52、 S與試劑艾士卡(MgO:Na2CO3=2:1)灼燒生成硫酸鹽,使硫酸根離子生成硫酸鋇，依據(jù)硫酸鋇量，確定S含量庫(kù)倫滴定法高溫燃燒中和法/10/10101/10/10101第101頁(yè)/10/10102/10/10102第102頁(yè)不一樣基元素分析元素分析結(jié)果也必須標(biāo)明基，不一樣基元素分析結(jié)果能夠用以下方程式表示。收到基：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=100% 空氣干燥基：Cad + Had + Oad +Nad + Sad +Mad +Aad=100% 干燥基：Cd+Hd +Od+Nd+Sd+Ad=100% 干燥無(wú)灰基：Cdaf + Hdaf十Odaf +Ndaf +S

53、daf=100% /10/10103/10/10103第103頁(yè)淮南三類煤可燃基成份為：Cdaf=82.29Odaf=10.26，Ndaf=1.33，Sdaf=0.66，干燥基Ad=23.44，Mad=5.4求煤空氣干燥基元素分析結(jié)構(gòu)。/10/10104/10/10104第104頁(yè)3.2 生物質(zhì)理化參數(shù)分析3.2.1 生物質(zhì)工業(yè)分析組成和元素分析組成3.2.2 生物質(zhì)工業(yè)分析（掌握）3.2.3 燃料基準(zhǔn)及不一樣基成份換算（掌握）3.2.4 生物質(zhì)元素分析（掌握）3.2.5 燃料熱值（掌握）3.2.6 生物質(zhì)物理特征和熱性質(zhì)（了解）/10/10105/10/10105第105頁(yè)1.彈筒熱值(Bo

54、mb heaping value)彈筒熱值是專業(yè)試驗(yàn)室用氧彈式熱量計(jì)(圖3-21)試驗(yàn)值，是指燃料(氣體燃料除外)在充有2.5-2.8MPa過(guò)量氧氧彈內(nèi)完全燃燒(約1500左右)，然后使燃燒產(chǎn)物冷卻到燃料原始溫度(約25)，在此條件下單位質(zhì)量燃料所放出熱量，即為彈筒熱值。其終態(tài)產(chǎn)物為25過(guò)量氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、硫酸、硝酸和液態(tài)水及固態(tài)灰分。/10/10106/10/10106第106頁(yè) 燃料試樣中碳完全燃燒生成二氧化碳，氫燃燒并經(jīng)冷卻變成液態(tài)水，硫和氮(包含彈筒內(nèi)空氣中游離氮)在氧彈內(nèi)燃燒溫度下(約1500左右)與過(guò)剩氧作用生成三氧化硫和少許氮氧化合物，并溶于水形成硫酸和硝酸。因?yàn)檫@些化學(xué)反

55、應(yīng)都是放熱反應(yīng)，因而彈筒熱值較實(shí)際燃燒過(guò)程(常壓、在空氣中)放出熱量數(shù)要高，故彈筒熱值是燃料最高熱值 /10/10107/10/10107第107頁(yè)/10/10108/10/10108第108頁(yè)2.高位熱值(Higher heating value)燃料在常壓下空氣中燃燒時(shí)，燃料中硫只能形成二氧化硫，氮變?yōu)橛坞x氮，燃燒產(chǎn)物冷卻到燃料原始溫度(約25)時(shí)，水呈液體狀態(tài)，以上這些與燃料在彈筒內(nèi)燃燒情況有所不一樣。由彈筒熱值減去硝酸形成熱和硫酸與二氧化硫形成熱之差后所得熱值，即為高位熱值。 /10/10109/10/10109第109頁(yè)3.低位熱值(Lower heating value)在實(shí)際燃燒

56、中，燃燒后產(chǎn)生煙氣排出裝置時(shí)溫度仍相當(dāng)高，普通都超出100，且水汽在煙氣中分壓力又比大氣壓力低得多，故此時(shí)燃燒反應(yīng)所生成水汽仍是水汽狀態(tài)，所以這部分汽化潛熱就無(wú)法取得利用，燃料實(shí)際放熱量將降低。從燃料高位熱值中扣除了這部分水汽化潛熱后所凈得值，就是低位熱值(也稱凈熱值)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，燃料熱值都是采取低位熱值，因?yàn)榈臀粺嶂登泻蠈?shí)際情況，比較合理。/10/10110/10/10110第110頁(yè)相同基燃料高、低位熱值差異僅在于水蒸氣吸收汽化潛熱（2508kJ/kg ）。 收到基高、低位熱值關(guān)系為：LHVar=HHVar-25(9Har+Mar)空氣干燥基高、低位熱值關(guān)系為:LHVad=HHVa

57、d-25(9Had+Mad)干燥基高、低位熱值關(guān)系為:LHVd=HHVd-226Hd干燥無(wú)灰基高、低位熱值關(guān)系為:LHVdaf=HHVdaf-226Hdaf/10/10111/10/10111第111頁(yè)三、燃料熱值估算 低位熱值：LHVar=339Car+1028Har-109(Oar-Sar)-25Mar LHVad= 339Cad +1028 Had-109 (Oad-Sad)-25Mar LHVd=339Cd+1028Hd-109(Od-Sd) LHVdaf =339Cdaf+1028Hdaf-109 (Odaf-Sdaf ) /10/10112/10/10112第112頁(yè)高位熱值：HHVar=339Car+1254Har-109(Oar-Sar) HHVad= 339Cad +1254 Had-109 (Oad-Sad) HHVd=339Cd+1254Hd-109(Od-Sd) HHVdaf =339Cdaf+1254Hdaf-10