全 文 ：第 51 卷 第 12 期
2 0 1 5 年 12 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 12
Dec．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20151210
收稿日期: 2015 － 03 － 13; 修回日期: 2015 － 09 － 28。
基金项目: 湖南省教育厅重点项目“林业剩余物定向催化热解制备富酚生物油及其调控机理研究”(13A119)。
7 种果壳的热解特性及与主要组分相关性分析
蒋新元 廖媛媛 郭 忠 孟 安 黄泽才 杨素文
(中南林业科技大学材料科学与工程学院 长沙 410004)
摘 要: 【目的】分析果壳的热解特性及与果壳中纤维素、木质素及半纤维素的相关性，为果壳类生物质的热
化学转化利用提供基础数据。【方法】分析油茶壳、椰子壳、油桐壳、核桃壳、板栗壳、开心果壳和腰果壳的纤维
素、木质素和半纤维素含量，并进行热重分析，同时分析 7 种果壳的热解失重峰值温度与果壳中纤维素、木质素
和半纤维素含量的相关性。【结果】除腰果壳外，其他 6 种果壳的主要成分为纤维素、酸不溶木质素和半纤维
素，三者总含量均在 73%以上，腰果壳中纤维素、半纤维素和酸不溶木质素三者总含量仅为 47. 41%。除油桐壳
以外，其他 6 种果壳在 200 ～ 410 ℃温度范围均出现多个热解失重峰，椰子壳、油茶壳、开心果壳与腰果壳最高温
热解失重峰的左侧出现明显的尖状热解失重峰，核桃壳和板栗壳则在最高温热解失重峰的左侧出现肩状热解失
重峰。7 种果壳的热解动力学模型符合一级动力学方程，热解活化能在 40 ～ 85 kJ·mol － 1之间。果壳的最高温热
解峰峰值温度与果壳中木质素含量呈明显的正相关性 ( Ｒ = 0. 800，P = 0. 03 ＜ 0. 05)，与纤维素含量的正相关性
较弱(Ｒ = 0. 446，P = 0. 32 ＞ 0. 05)，与半纤维素含量呈较弱的正相关性(Ｒ = 0. 509，P = 0. 24 ＞ 0. 05)，与果壳中木
质素和纤维素总含量的正相关性更显著 ( Ｒ = 0. 899，P = 0. 005 ＜ 0. 05)。7 种果壳 (除油桐壳外)左侧热解峰的
峰值温度与半纤维素含量呈明显的正相关性(Ｒ = 0. 836，P = 0. 04 ＜ 0. 05)，与木质素含量呈弱的正相关性 ( Ｒ =
0. 484，P = 0. 33 ＞ 0. 05)，而与纤维素含量的正相关性更弱(Ｒ = 0. 295，P = 0. 57 ＞ 0. 05)。【结论】7 种果壳中纤
维素、木质素与半纤维素含量不同，各具有不同的热解特性，其最高温热解峰峰值温度主要受果壳中木质素含量
的影响，而其左侧热解峰峰值温度主要受果壳中半纤维素含量的影响。
关键词: 果壳类生物质; 热解; 组分分析; 热重分析; 相关性分析
中图分类号: TK6 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)12 － 0079 － 08
Pyrolysis Characteristics and Correlation Analysis with the
Major Components of Seven Kinds of Nutshell
Jiang Xinyuan Liao Yuanyuan Guo Zhong Meng An Huang Zecai Yang Suwen
( School of Materials Science and Engineering，Central South University of Forestry and Technology Changsha 410004)
Abstract: 【Objective】Nutshells are important forest biomass resources for energy in China． In order to provide
theoretic supports for the thermal conversation and utilization of nutshells，the pyrolysis characteristics of nutshells and the
correlations of cellulose，hemicellulose and lignin were investigated in this study． 【Method】The cellulose，hemicellulose
and lignin contents of seven kinds of nutshells，including Camellia shell，Coconut shell，Tung shell，Walnut shell，
Chestnut shell，Pistachio shell and Cashew nut shell，were measured． Using the thermogravimetric analysis the correlations
between pyrolysis peak temperature and the cellulose，hemicellulose and lignin content of nutshells were also analyzed．
【Ｒesult】The major components of the six kinds of nutshell except Cashew nut shell are cellulose， lignin and
hemicellulose，and the total content of these three components is more than 73%，while the total content of that in Cashew
nut shell is only 47. 41% ． Several mass loss peaks are observed on temperature range from 200 to 410 ℃ during the whole
pyrolysis process for six kinds of nutshells except Tung shell． Obviously pointed pyrolysis peaks on the left of the maximum
pyrolysis peaks are appeared for Coconut shell，Camellia shell，Pistachio shell and Cashew nut shell，while for Walnut
shell and Chesnut shell，acromion pyrolysis peaks on the left of the maximum pyrolysis peaks are found． The pyrolysis
kinetic equations of all seven kinds of nutshells meet first-order kinetic equation，and the pyrolysis activation energy is
ranged in 40 － 85 kJ·mol － 1 ． The correlation between the maximum pyrolysis peak temperature and the lignin content of
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nutshells is significantly positive (Ｒ = 0. 800，P = 0. 03 ＜ 0. 05)，the correlation between the maximum pyrolysis peak
temperature and the cellulose content of nutshells is weakly positive (Ｒ = 0. 446，P = 0. 32 ＞ 0. 05)，and that between the
maximum pyrolysis peak temperature and the hemicellulose content of nutshells is weakly positive too (Ｒ = 0. 509，P =
0. 24 ＞ 0. 05)，however，the correlation between the maximum pyrolysis peak temperature and the total content of lignin
and cellulose in nutshells is more significantly positive (Ｒ = 0. 899，P = 0. 005 ＜ 0. 05) ． The correlation between the left-
side pyrolysis peak temperature and the hemicellulose content of nutshells except Tung shell is significantly positive (Ｒ =
0. 836，P = 0. 04 ＜ 0. 05)，and that between the left-side pyrolysis peak temperature and the lignin content of nutshells is
weakly positive ( Ｒ = 0. 484，P = 0. 33 ＞ 0. 05 )，and that between the left-side pyrolysis peak temperature and the
cellulose content of nutshells is weaker positive ( Ｒ = 0. 295， P = 0. 57 ＞ 0. 05 ) ． 【Conclusion】 The pyrolysis
characteristics of nutshells is influenced by the contents of cellulose，lignin and hemicellulose． The maximum pyrolysis
peak temperature in the DTG curve of nutshells is mainly influenced by the lignin content，while the left-side pyrolysis
peak temperature is mainly influenced by the hemicellulose content．
Key words: nutshell biomass; pyrolysis; composition analysis; thermogravimetric analysis; correlation analysis
生物质主要包括农林废弃物(如植物的秸秆、
枝叶、农产品加工下脚料等)、水生植物、油料植物、
动物粪便、城镇垃圾等，其种类繁多，数量丰富，可作
为化石能源的替代 品 ( Parikka，2004; Ericsson
et al．，2006)。现代生物质能应用技术主要包括生
物化学转化法和热化学转化法 (王丰华等，2009;
傅旭峰等，2009)，其中热化学转化法大体可分为直
接燃烧、热解和液化 3 种手段。热解是热化学转化
中最基本的方法，可获得气、液和固态多种能源产
物。对生物质热解的分析有助于热化学转化过程的
控制及高效转化工艺的开发，热解动力学是表征热
解过 程 参 数 对 原 料 转 化 率 影 响 的 重 要 手 段
(McKendry，2002)，通过动力学分析可深入了解反
应过程和机制，预测反应速率及难易程度，为生物质
热化学转化工艺的研发提供重要的基础数据。
油 茶 ( Camellia oleifera ) 壳、椰 子 ( Cocos
nucifera)壳、油桐 ( Vernicia fordii)壳、核桃 ( Juglans
regia)壳、板栗 (Castanea mollissima)壳等是我国重
要的果壳类林业生物质资源，产量大，部分作为普通
的燃料使用，部分作为活性炭原料使用，部分分散的
果壳则被废弃。果壳类生物质生物降解较困难，通
过热化学转化可以使果壳类物质用作燃料、化工产
品的原料等(Das et al．，2003; Zhang et al．，2008)。
目前对生物质热解特征和动力学分析的研究较多
(傅旭峰等，2009; 陈永辉等，2009; Zhang et al．，
2008)，但缺乏对生物质热解特性与生物质中主要
组分含量的相关性分析研究。本文分析油茶壳、椰
子壳、油桐壳、核桃壳、板栗壳、开心果 ( Pistacia
vera)壳和腰果(Anacardium occidentale)壳等常见的
7 种果壳生物质中纤维素、半纤维素和木质素等主
要组分的含量，同时通过热重分析研究其热解特性，
并对 7 种果壳的热解峰值温度与各主要组分含量之
间的相关性进行详细分析，旨在为果壳类生物质的
热化学转化利用提供基础数据。
1 材料与方法
1. 1 原材料与主要设备
油茶壳与油桐壳为在湖南省本地乡村采购果实
去籽后得到，核桃壳、开心果壳与板栗壳为在湖南省
长沙市农贸市场采购去仁后得到，腰果壳为越南进
口腰果去仁后得到，椰子壳为海南省产椰子去汁、去
肉后得到。
将收集到的油茶壳、椰子壳、油桐壳、核桃壳、板
栗壳、开心果壳和腰果壳洗净、烘干、粉碎，取 40 ～
60 目原料，置于干燥袋与干燥器中备用。
热重分析仪: 美国产 Pyris 6 TGA。
1. 2 分析方法
1. 2. 1 果壳主要组分含量分析 果壳中含水量按
国家标准 GB /T 2677. 2—2011 测定，灰分含量按
GB /T 742—2008 测定，苯醇抽出物含量按 GB /T
2677. 6—1994 测 定，酸 不 溶 木 素 含 量 按 GB /T
2677. 8—1994 测定，纤维素含量按硝酸 －乙醇法进
行测定(王林风等，2011)，综纤维素含量按 GB /T
2677. 10—1995 测定，半纤维素含量(% ) = 综纤维
素含量(% ) －纤维素含量(% )。
1. 2. 2 热重分析 取准备好的果壳原料粉，进一步
粉碎、筛分，选取 120 目以下的样品，烘至绝干，使用
美国产的 Pyris 6 TGA 热重分析仪进行热重分析，以
氮气(50 mL·min － 1 ) 作为惰性载体，升温速度为
10 ℃·min － 1，温度范围在 30 ～ 700 ℃之间。
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第 12 期 蒋新元等: 7 种果壳的热解特性及与主要组分相关性分析
2 结果与分析
2. 1 7 种果壳主要成分含量
生物质中纤维素、木质素与半纤维素等含量高
低是决定生物质资源利用方式的基础。油茶壳、椰
子壳、油桐壳、核桃壳、板栗壳、开心果壳和腰果壳 7
种果壳样品均按各组分分析标准要求确定取样量，
进行 3 次平行测定试验，最后计算各主要组分的平
均质量百分含量。7 种果壳样品中苯醇抽出物、纤
维素、酸不溶木质素、半纤维素及灰分的平均质量百
分含量测定结果如表 1 所示。
表 1 7 种果壳主要成分含量测定结果
Tab． 1 Main ingredient content of seven kinds of nutshell %
果壳
Nutshell
苯醇抽出物
Benzene-ethanol
extract
纤维素
Cellulose
半纤维素
Hemicellulose
酸不溶木质素
Acid insoluble
lignin
灰分
Ash
水分
Water
油茶壳 Camellia shell 5. 15 ± 0. 19 16. 46 ± 0. 27 29. 36 ± 0. 42 27. 20 ± 0. 32 7. 67 ± 0. 87 12. 96 ± 0. 26
椰子壳 Coconut shell 10. 34 ± 0. 29 34. 12 ± 0. 20 22. 36 ± 1. 47 28. 04 ± 0. 57 0. 87 ± 0. 06 5. 28 ± 0. 06
油桐壳 Tung shell 5. 70 ± 0. 14 48. 42 ± 0. 38 18. 56 ± 1. 09 26. 18 ± 0. 04 0. 67 ± 0. 20 8. 31 ± 0. 07
核桃壳 Walnut shell 2. 57 ± 0. 24 36. 38 ± 0. 05 27. 85 ± 0. 31 43. 70 ± 0. 57 5. 56 ± 0. 13 8. 56 ± 0. 29
板栗壳 Chestnut shell 12. 67 ± 0. 30 21. 47 ± 0. 27 16. 28 ± 0. 35 36. 58 ± 0. 26 1. 60 ± 0. 27 10. 45 ± 0. 04
开心果壳 Pistachio shell 8. 17 ± 0. 15 43. 08 ± 0. 19 25. 30 ± 0. 46 16. 33 ± 0. 41 1. 06 ± 0. 23 7. 69 ± 0. 32
腰果壳 Cashew nut shell 26. 66 ± 0. 56 24. 09 ± 0. 30 9. 67 ± 0. 38 13. 65 ± 0. 14 1. 97 ± 0. 35 11. 02 ± 0. 00
由表 1 可知，除腰果壳外，其他 6 种果壳的主要
成分为纤维素、酸不溶木质素和半纤维素，三者总含
量均在 73%以上。其中油桐壳和开心果壳所含纤
维素在 40%以上，油桐壳最高达 48. 42% ;油茶壳、
椰子壳、核桃壳和开心果壳所含半纤维素在 20%以
上，油茶壳最高达 29. 36% ;核桃壳和板栗壳所含酸
不溶木质素均超过 30%，核桃壳最高达 43. 70%，但
腰果壳中纤维素、半纤维素和酸不溶木质素的平均
质量分数分别为 24. 09%，9. 67% 和 13. 65%，三者
总含量仅 47. 41%。
2. 2 7 种果壳热解特性
在 10 ℃·min － 1的升温速度下，在 30 ～ 700 ℃温
度范围内，对油茶壳、椰子壳、油桐壳、核桃壳、板栗
壳、开心果壳和腰果壳进行热重分析，7 种果壳的热
重分析 TG 和 DTG 曲线如图 1 所示。根据 7 种果壳
的 TG 和 DTG 曲线得到 7 种果壳热解失重峰的峰值
温度，如表 2 所示。
由图 1 可以看出，7 种果壳的热解过程既有大
体一致的地方，也有差别较大之处。室温至 200 ℃
的温度范围内，均有一个小的失重峰，这一过程为失
水阶段;在 200 ～ 410 ℃的温度范围内，均有较大的
热解失重峰，失重峰的出现是因为生物质组分热分
解释放出大量的挥发分而产生的，但不同果壳的失
重峰大小、峰值温度和个数均有较大的区别。核桃
壳的最高温热解失重峰峰值温度为 370 ℃，腰果壳
为 318 ℃，其他果壳都在 318 ～ 370 ℃之间。核桃壳
与板栗壳在最高温热解失重峰的左侧出现一个肩状
失重峰，而油桐壳的左侧肩状失重峰不明显，椰子
壳、油茶壳、开心果壳与腰果壳最高温热解失重峰的
左侧有明显的独立尖状失重峰，油茶壳、开心果壳的
左侧失重峰甚至比最高温热解失重峰更明显，特别
是油茶壳的左侧失重峰几乎掩盖了最高温热解失重
峰，这些左侧失重峰的存在是因为果壳中半纤维素
与纤维素的含量有较大差别所导致 (陈永辉等，
2009);而在腰果壳最高温热解失重峰的右侧还有
一个很小的肩状失重峰，其他 6 种果壳则没有这种
现象。
由图 1 和表 2 可知，7 种果壳的左侧失重峰峰
值温度都在 200 ～ 350 ℃的温度范围内，说明左侧峰
主要是由半纤维素和木质素共同热解释放挥发分而
形成的。7 种果壳最高温热解失重峰的峰值温度都
在 300 ～ 500 ℃的温度范围内，说明这个最高温热解
峰是由各物质中纤维素与木质素的共同热解释放挥
发分形成的。
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林 业 科 学 51 卷
图 1 7 种果壳在 10 ℃·min － 1升温速率下的 TG 和 DTG 曲线
Fig． 1 TG and DTG curves of seven kinds of nutshell at 10 ℃·min － 1 heating rate
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第 12 期 蒋新元等: 7 种果壳的热解特性及与主要组分相关性分析
表 2 7 种果壳的热解峰值温度
Tab． 2 Pyrolysis peak temperature of the residues of seven kinds of nutshell ℃
项目
Item
油茶壳
Camellia
shell
椰子壳
Coconut
shell
油桐壳
Tung
shell
核桃壳
Walnut
shell
板栗壳
Chestnut
shell
开心果壳
Pistachio
shell
腰果壳
Cashew
nut shell
左侧热解失重峰
Left-side pyrolysis peak
298 307 — 297 282 290 261
最高温热解失重峰
Maximum pyrolysis peak
338 360 356 370 346 337 318
油 茶 壳 中 半 纤 维 素 占 三 大 素 总 含 量 的
40. 21%，纤维素占三大素总含量的 22. 54%，二者
相差悬殊，故油茶壳中由半纤维素和木质素共同热
解所致的左侧热解失重峰明显存在，而由纤维素和
木质素共同热解所致的最高温热解失重峰不明显，
略呈肩状峰。椰子壳中半纤维素占三大素总含量的
26. 46%，纤维素占三大素总含量的 40. 37%，二者
相差不很悬殊，故椰子壳中左侧热解峰和最高温热
解峰均明显存在，而且左侧热解峰的大小比最高温
热解峰弱。油桐壳中半纤维素占三大素总含量的
19. 92%，纤维素占三大素总含量的 51. 98%，二者
相差很悬殊，故核桃壳中左侧热解峰几乎被最高温
热解峰所掩盖，变得很不明显，而其最高温热解峰更
明显。核桃壳的热解峰形与板栗壳的热解峰形相
似，核桃壳中半纤维素占三大素总含量的 25. 80%，
纤维素占三大素总含量的 33. 71%，二者相差不大，
故其左侧热解峰呈明显肩状峰，其最高温热解峰则
呈明显尖峰。板栗壳中半纤维素占三大素总含量的
21. 90%，纤维素占三大素总含量的 28. 88%，二者
相差不大，故其左侧热解峰也呈明显肩状峰，其最高
温热解峰则呈明显尖峰。开心果壳中半纤维素含量
占三大素总含量的 29. 87%，纤维素占三大素总含
量的 50. 86%，二者相差不很悬殊，故其左侧热解峰
和最高温热解峰均明显存在且呈尖峰。腰果壳中所
测得的三大素含量仅 47. 41%，苯醇抽提物占
26. 66%，其半纤维素占三大素总含量的 20. 39%，
纤维素占三大素总含量的 50. 81%，二者相差悬殊，
但与油桐壳的热解峰形不同的是，腰果壳的左侧热
解峰并没有被其最高温热解峰所掩盖，二峰均明显
存在，同时在其最高温热解峰右侧还存在很小的肩
状峰，腰果壳热解存在的这种现象可能与腰果壳中
另含有大量的腰果壳油有关。腰果壳原料中一般含
有 25% ～ 30%的腰果壳油，天然腰果壳油中含有约
90%的腰果酸和约 10%的腰果酚，腰果酸是水扬酸
的同系物，在苯核上有长侧链烃基，腰果酚是间位含
有长侧链烃基的单酚 (甘舟等，2014; 何元锦等，
2008)，而木质素是具有网状结构的无定形芳香族
聚合物，腰果壳热解存在的这种现象，可能是腰果壳
中腰果酸、腰果酚与木质素及纤维素的热解部分重
叠的结果(程辉等，2013)。
从图 1 可以看出，410 ℃以后所有物质的失重
趋势均变得缓慢，为炭化阶段，此时，半纤维素和纤
维素的热解已基本结束，木质素分子内苯环结构间
的碳碳键及苯环结构侧链的热解也已基本完成，但
木质素分子的苯环结构较难热分解，所以高温阶段
以木质素的热解为主。木质素热解形成的固定碳较
多，故果壳类生物质 410 ℃以后的 TG，DTG 曲线趋
于平缓。
2. 3 7 种果壳热解动力学参数的确定
生物质热解过程的反应可简写为: A(固)→ B
(固) + C(气)，其反应动力学方程为:
dα / dt = kf(α) = Ae － E /ＲT f(α)。 (1)
式中: 反应转率 α = (m0 － m) /(m0 － m∞ )，为分解
程度，m0和 m∞分别为试样的初始与最终质量; k 为
速率常数，可表示为 k = Aexp( － E /ＲT);E 为反应活
化能(kJ·mol － 1); A 为频率因子( s － 1 ); Ｒ 为气体通
用常数(Ｒ = 8. 314 J·mol － 1 K － 1 ); f (α)为分解的固
体反应物与反应速率的函数关系。
将 β = dT / dt 代式 ( 1 )，对于简单反应可取
f(α) = (1 － α) n，采 用 Coats 和 Ｒedfern 法 ( Wu
et al．，1997; Coats et al．，1964; 胡荣祖等，2000)，
分离变量积分整理并取近似值，可得到当 n = 1 时，
ln［－ ln(1 － α) /T2］= ln［(AＲ /βE)(1 － 2ＲT /E)］－
E /ＲT。 (2)
式中:2ＲT /E 远小于 1，ln［( AＲ /βE) (1 － 2ＲT /E)］
可以看作常数。
用 ln［－ ln(1 － α) /T2］对 1 /T 作图可得到一条
直线，通过直线的斜率和截距可求出相应的 E，A，结
果如表 3 所示。
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林 业 科 学 51 卷
表 3 7 种果壳生物质热解的特性参数
Tab． 3 Pyrolysis parameters of seven kinds of nutshell
果壳
Nutshell
动力学方程
Kinetic
equation
温度区间
Temperature
range / ℃
活化能
Activation energy /
( kJ·mol － 1 )
频率因子
Frequency
factor / s － 1
相关系数
Correlation
coefficient (Ｒ2 )
油茶壳
Camellia shell
y = － 4 943. 6x － 5. 00 230 ～ 375 41. 10 19. 89 0. 977 1
椰子壳
Coconut shell
y = － 7 833. 6x － 0. 44 237 ～ 399 65. 13 3 024. 67 0. 989 1
油桐壳
Tung shell
y = － 7 665. 2x － 0. 81 225 ～ 400 63. 73 2 054. 97 0. 991 1
核桃壳
Walnut shell
y = － 6 448. 7x － 2. 87 221 ～ 411 53. 61 219. 47 0. 990 1
板栗壳
Chestnut shell
y = － 5 324. 5x － 4. 68 227 － 407 44. 27 29. 78 0. 993 2
开心果壳
Pistachio shell
y = － 10 139x + 3. 66 243 ～ 371 84. 30 235 407 0. 966 5
腰果壳
Cashew nut shell
y = － 5 891. 8x － 3. 22 240 ～ 370 48. 98 141. 92 0. 984 5
2. 4 7 种果壳热解峰峰值温度与主要组分含量的
相关性
生物质的热解特性与其纤维素、木质素、半纤维
素及其他组分的含量密切相关。本文运用 Origin 软
件分析 7 种果壳最高温热解失重峰的峰值温度、左
侧热解失重峰的峰值温度与果壳中纤维素、木质素
及半纤维素含量之间的相关性，以确定生物质各主
要组分对其热解特性的具体影响。用 Y 表示峰值
温度(℃ )，X 表示某组分的质量百分含量(% )，各
相关线性表达式如下:
最高温热解峰的峰值温度与木质素含量之间的
相关性: Y = 1. 32X + 310. 35 (Ｒ = 0. 800，P = 0. 03 ＜
0. 05)，如图 2 所示;
最高温热解峰的峰值温度与纤维素含量之间的
相关性: Y = 0. 66X + 325. 44 (Ｒ = 0. 446，P = 0. 32 ＞
0. 05);
最高温热解峰的峰值温度与半纤维素含量之间
的相关性: Y = 1. 26X + 319. 50 ( Ｒ = 0. 509，P =
0. 24 ＞ 0. 05);
最高温热解峰的峰值温度与木质素和纤维素总
含量之间的相关性: Y = 1. 02X + 285. 57 ( Ｒ =
0. 899，P = 0. 005 ＜ 0. 05);
最高温热解峰的峰值温度与木质素和半纤维素
总含量之间的相关性: Y = 0. 95X + 300. 30 ( Ｒ =
0. 809，P = 0. 03 ＜ 0. 05)。
由以上可知，7 种果壳最高温热解失重峰的峰
值温度与果壳中木质素含量呈明显的正相关性
(Ｒ = 0. 800，P = 0. 03 ＜ 0. 05)，与纤维素含量的正相
关性较弱(Ｒ = 0. 446，P = 0. 32 ＞ 0. 05)，与半纤维素
含量呈较弱的正相关性 ( Ｒ = 0. 509，P = 0. 24 ＞
0. 05)，表明果壳最高温热解失重峰的峰值温度高
低主要与木质素含量有关，与纤维素及半纤维素含
量的相关性均较弱。7 种果壳最高温热解失重峰的
峰值温度与果壳中木质素和半纤维素总含量之间的
正相关性(Ｒ = 0. 809，P = 0. 03 ＜ 0. 05)与最高温热
解失重峰的峰值温度与果壳中木质素含量的正相关
性相似，说明半纤维素含量的高低对果壳最高温热
解失重峰峰值温度的影响较小，而最高温热解失重
峰峰值温度与果壳中木质素和纤维素总含量之间呈
更显著的正相关性(Ｒ = 0. 899，P = 0. 005 ＜ 0. 05)，
这表明除木质素的影响外，纤维素含量对最高温热
解失重峰峰值温度也有一定的影响，这一结果符合
最高温热解失重峰为纤维素与木质素共同热解所致
的研究结果(李祯等，2007; 吕当振等，2008)。
图 2 最高温热解峰峰值温度与
果壳中木质素含量的线性关系
Fig． 2 Linear regression between the maximal pyrolysis
peak temperature and the lignin content of nutshells
由于油桐壳的 DTG 图中没有出现左侧热解失
重峰，因此左侧热解失重峰的峰值温度与果壳中不
48
第 12 期 蒋新元等: 7 种果壳的热解特性及与主要组分相关性分析
同组分之间的相关性分析只考虑油茶壳、椰子壳、核
桃壳、板栗壳、开心果壳和腰果壳 6 种果壳。
左侧热解峰的峰值温度与木质素含量之间的相
关性: Y = 0. 68X + 270. 43 (Ｒ = 0. 484，P = 0. 33 ＞
0. 05);
左侧热解峰的峰值温度与纤维素含量之间的相
关性: Y = 0. 47X + 275. 43 (Ｒ = 0. 295，P = 0. 57 ＞
0. 05);
左侧热解峰的峰值温度与半纤维素含量之间的
相关性: Y = 1. 79X + 250. 13 (Ｒ = 0. 836，P = 0. 04 ＜
0. 05)，如图 3 所示;
左侧热解峰的峰值温度与木质素和半纤维素总
含量之间的相关性: Y = 0. 74X + 252. 65 ( Ｒ =
0. 737，P = 0. 09 ＞ 0. 05);
左侧热解峰的峰值温度与木质素和纤维素总含
量之间的相关性: Y = 0. 62X + 253. 89 (Ｒ = 0. 574，
P = 0. 23 ＞ 0. 05)。
图 3 左侧热解峰峰值温度与果壳中半
纤维素含量的线性关系(油桐壳除外)
Fig． 3 Linear regression between the left-side pyrolysis peak
temperature and the hemicellulose content of nutshells except Tung shell
由以上可知，6 种果壳左侧热解失重峰峰值温
度与半纤维素含量之间呈明显的正相关性 ( Ｒ =
0. 836，P = 0. 04 ＜ 0. 05)，与木质素含量之间的正相
关性较弱(Ｒ = 0. 484，P = 0. 33 ＞ 0. 05)，而与纤维素
含量之间的正相关性更弱 ( Ｒ = 0. 295，P = 0. 57 ＞
0. 05)。6 种果壳左侧热解失重峰峰值温度与木质
素和半纤维素总含量之间呈一定的正相关性(Ｒ =
0. 737，P = 0. 09 ＞ 0. 05)，但此相关性比左侧热解失
重峰峰值温度与半纤维素含量之间的正相关性下
降，而果壳左侧热解失重峰峰值温度与木质素和纤
维素总含量之间的正相关性更弱 ( Ｒ = 0. 574，P =
0. 23 ＞ 0. 05)，表明左侧热解失重峰峰值温度高低
主要与半纤维素含量有关，与木质素含量也有一定
的正相关性，而与纤维素含量的正相关性很弱，同样
符合在生物质热重分析中左侧热解失重峰主要是由
于半纤维素与木质素共同热解所致的研究结果(李
祯等，2007; 吕当振等，2008)。
3 结论
1) 除腰果壳外，其他 6 种果壳的主要成分为纤
维素、酸不溶木质素和半纤维素，三者总含量均在
73%以上。油桐壳和开心果壳所含纤维素在 40%
以上，油桐壳最高达 48. 42% ;油茶壳、椰子壳、核桃
壳和开心果壳所含半纤维素在 20%以上，其中油茶
壳最高达 29. 36% ;核桃壳和板栗壳所含酸不溶木
质素均超过 30%，核桃壳最高达 43. 70%，但腰果壳
中纤维素、半纤维素和酸不溶木质素的总质量分数
仅为 47. 41%。
2) 在 200 ～ 410 ℃温度范围内，除油桐壳仅有
明显的单个热解失重峰外，其他 6 种果壳均出现多
个热解失重峰。在椰子壳、油茶壳、开心果壳和腰果
壳最高温热解失重峰的左侧均出现明显的尖状热解
失重峰，在板栗壳和核桃壳最高温热解失重峰的左
侧呈现肩状热解失重峰，在 410 ℃以后果壳失均趋
势均变得缓慢。
3) 7 种果壳热解动力学模型符合一级动力学
方程，热解活化能在 40 ～ 85 kJ·mol － 1之间。
4) 7 种果壳的最高温热解失重峰峰值温度与
木质素含量之间呈明显的正相关性(Ｒ = 0. 800，P =
0. 03 ＜ 0. 05)，与果壳中木质素和纤维素总含量的
正相关性更显著(Ｒ = 0. 899，P = 0. 005 ＜ 0. 05)。6
种果壳(油桐壳除外)的左侧热解峰峰值温度与半
纤维素含量之间呈明显的正相关性 ( Ｒ = 0. 836，
P = 0. 04 ＜ 0. 05)。
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(责任编辑 石红青)
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