1.本发明涉及生物质组分分析领域，尤其涉及一种基于光热热解的生物质三组分快速测定方法。
背景技术：
2.木质纤维类生物质中的成份主要由纤维素、半纤维素、木质素及灰分组成，其中纤维素、半纤维素及木质素含量对木质纤维类生物质在能源利用中的性能及表现具有决定性的影响。当前对木质纤维类生物质中三组分(纤维素、半纤维素和木质素)含量的测定主要采用试剂溶解、分离等步骤结合的湿化学测量法，该测量方法耗时长，操作繁琐，且基于不同溶剂的测量结果误差较大。
技术实现要素：
3.为了解决上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光热热解技术以对木质纤维类生物质中三组分进行快速测定的方法。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：基于光热热解的生物质三组分快速测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.标准品处理：
6.步骤1.1：取等量的纤维素、半纤维素及木质素的标准品粉末，分别由光热反应器在相同氮气流量的氮气气氛下，以相同的升温速率快速线性升温以将其充分热解，并分别获得纤维素、半纤维素及木质素在该反应条件下的温度-重量曲线,即tg曲线；
7.步骤1.2：将所述纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末的tg曲线分别利用数据处理软件进行一阶微分获得温度-失重速率曲线，即dtg曲线；
8.步骤1.3：对所述纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末的dtg曲线分别利用数据处理软件进行分峰拟合，获得其标准峰信息；
9.生物质样品处理：
10.步骤2.1：取颗粒或粉末状的生物质样品由光热反应器在与所述步骤1.1相同的氮气流量氮气气氛下，以相同的升温速率快速线性升温，直至生物质样品充分热解，获得生物质样品的在该反应条件下的温度-重量曲线,即tg曲线；
11.步骤2.2：将所述生物质样品的tg曲线利用数据处理软件进行一阶微分获得其温度-失重速率曲线，即dtg曲线；
12.步骤2.3：基于纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末的dtg曲线峰信息，对生物质样品的dtg曲线采用分峰拟合，分别获得生物质样品中纤维素、半纤维素及木质素三组分在热分解过程中各自的失重率，基于纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末在同样热处理条件下获得的标准热分解程度，即可得出生物质样品中三组分含量，其中，w＝m1/m2，其中，w为生物质中组分含量，m1为生物质样品中组分失重率,m2为组分标准品失重率。
13.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
14.进一步，所述步骤1.1中纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末三者中反应终温值的最大值作为样品反应终温值为t，所述步骤2.1中待热解温度升至t，即可视为生物质样品充分热解。
15.进一步，所述步骤1.1中纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末的粒径大于80目(可以是80目、100目、120目)。
16.进一步，所述步骤1.1中氮气流速为100-1000ml/min(优选的，可以是100ml/min、200ml/min、500ml/min、800ml/min、1000ml/min)，其线性升温速率为100-1000℃/min(优选的，可以是100℃/min、200℃/min、500℃/min、800℃/min、1000℃/min)。
17.进一步，所述步骤1.2、步骤1.3和步骤2.2中数据处理软件为origin数据处理软件。
18.进一步，所述步骤1.3中分峰拟合是采用高斯函数采用高斯函数进行拟合。
19.进一步，所述步骤2.1中生物质样品的含水率低于5wt％(优选的，可以是2wt％、3wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％)。
20.进一步，所述生物质样品为直径2-10mm(优选的，可以是2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm)的颗粒状或80目以上(可以是80目、100目、120目)的粉末状。
21.进一步，所述步骤2.1中生物质样品为木本类、草本类或果壳类。
22.进一步，所述步骤1.1中纤维素、半纤维素及木质素的标准品粉末的取样量以及步骤2.1中生物质样品的取样量均为0.1-2g(优选的，可以是0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g、0.9g、1g、1.5g、2g)。
23.本发明的有益效果在于：本方法基于光热反应器在氮气气氛下对纤维素、半纤维素及木质素的标准品分别进行热解，并在相同条件下采用相同方法对生物质样品进行热解，对纤维素、半纤维素及木质素的标准品以及生物质样品的数据经数据处理软件进行处理分析得知生物质样品中的三组分的含量，其特别适用于对大批量的生物质样品进行高效测定分析(每个样品处理时间短，故效率高)，同时由于其光热反应器的采集精度高，故其误差因素少，从而其整体测量精度高(仅需在确定工况下完成标准品热解的标定工作后，对生物质样品三组分测定适用性广，精度高，且测定速度快，适合大批量生物质样品的分析测定)。
附图说明
24.图1为本发明实施例1中半纤维素标准品的热解复合图；
25.图2为本发明实施例1中纤维素标准品的热解复合图；
26.图3为本发明实施例1中木质素标准品的热解复合图；
27.图4为本发明实施例2所述稻草秸秆热解复合图；
28.图5为本发明实施例3所述椰壳热解复合图；
29.图6为本发明实施例4所述甘蔗渣热解复合图；
30.图7为本发明实施例5所述松木热解复合图。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并
非用于限定本发明的范围。
32.实施例1(纤维素、半纤维素及木质素的标准品粉末测定)
33.步骤1：分别取0.5g的纤维素、半纤维素及木质素的标准品粉末，分别由光热反应器(光热反应器可如文献号为cn113867445b《一种基于聚光加热的快速升温系统及热重分析法》中公开的结构)在相同氮气流量(800ml/min)的氮气气氛下，以相同的升温速率(100℃/min)快速线性升温以将其充分热解(通常升温至850℃即可认定纤维素、半纤维素及木质素的标准品粉末均能充分的热解，当然也可在每升温50℃统计其失重率，直至最后一次升温50℃后，其失重率降低幅度未超过2wt％即可认定其充分热解)，并分别获得纤维素、半纤维素及木质素在该反应条件下的温度-重量曲线,即tg曲线；
34.步骤2：将所述纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末的tg曲线分别利用origin数据处理软件进行一阶微分(属于现有方法)获得温度-失重速率曲线，即dtg曲线；
35.步骤3：对所述纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末的dtg曲线分别利用origin数据处理软件进行高斯函数分峰拟合(属于现有方法，在此不做赘述)，获得其标准峰信息。
36.其中纤维素标准品为单步热解，半纤维素标准品及木质素标准品为两步热解，采用该分峰方法的依据为经验总结(分峰原则为纤维素热解失重过程由单一总包反应主导，而半纤维素及木质素则各自由连续的两种反应主导)，其中，纤维素、半纤维素及木质素的标准品的标准峰信息见表1：
37.表1：纤维素、半纤维素及木质素的标准品的标准峰信息表
[0038][0039]
其中，表1中各组分标准品的标准峰参数从对应所述组分标准品的dtg图中结合origin数据处理软件获取。
[0040]
实施例2(生物质样品测定)
[0041]
步骤1：取0.2g颗粒或粉末状的稻草秸秆(草本类,稻草秸秆为直径2-10mm的颗粒状或80目以上的粉末状，且其含水率需低于5wt％)作为生物质样品由光热反应器在与实施例1中步骤1相同的氮气流量氮气气氛下，以相同的升温速率快速线性升温至850℃(由于在该温度条件下纤维素、半纤维素及木质素都能充分热解，故直接以850℃作为生物质样品的反应终温值t)，获得生物质样品的在该反应条件下的温度-重量曲线,即tg曲线；
[0042]
步骤2：将生物质样品的tg曲线利用origin数据处理软件进行一阶微分获得其温度-失重速率曲线，即dtg曲线；
[0043]
步骤3：基于实施例1获取的纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末的dtg曲线峰信息，对生物质样品的dtg曲线采用分峰拟合，分别获得生物质样品中纤维素、半纤维素及木质素三组分在热分解过程中各自的失重率，基于纤维素、半纤维素及木质素标准品粉末在同样热处理条件下获得的标准热分解程度，即可得出生物质样品中三组分含量，其中，w＝
m1/m2，其中，w为生物质中组分含量，m1为生物质样品中组分失重率,m2为组分标准品失重率。
[0044]
另采用湿法测量法作对照试验进行测量以比对本方法与湿法测量法的测量值，其中，湿法测量法的具体操作步骤可参阅(刘侠、温俊峰、焦玉荣，等.于榆林学院学报发表的论文《废弃果核壳中纤维素、半纤维素和木质素含量的测定》)中的方法进行。
[0045]
实施例3
[0046]
同实施例2，其区别在于，所述生物质样品为椰壳(果壳类)。
[0047]
实施例4
[0048]
同实施例2，其区别在于，所述生物质样品为甘蔗渣(草本类)。
[0049]
实施例5
[0050]
同实施例2，其区别在于，所述生物质样品为松木(木本类)。
[0051]
实验结果
[0052]
实施例1-实施例5的实验结果参见表2和图1-图7。
[0053]
表2：各实施例实验结果分析表
[0054][0055]
其中，组分标准品失重率m2＝(1-m3)x100％，m3为组分标准品在850℃条件下的tg值(由图1-图3可便捷的知晓三个组分标准品的失重率)，当然标准品的失重率也可从origin数据处理软件中获取对应组分标准品的dtg峰面积即为其失重率。
[0056]
对于图4-图7而言，其各组分的失重率以通过origin数据处理软件中获取dtg曲线
对于组分的峰面积即为其失重率。
[0057]
从表2可知，本发明所提供的基于光热热解的生物质三组分快速测定方法，其对木质纤维类生物质中的纤维素、半纤维素及木质素的测量精度较湿法测量方法的测量的结果相当，但本方法测量时其效率高，尤其适用于样品量大时的测量需求，其中实施例1对应的内容为对标准品进行处理，在对大量生物质样品测量时仅需重复实施例2中步骤1-步骤3即可。
[0058]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。