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为解决稻草露天焚烧带来的环境和能源浪费问题，研究人员开展冷等离子体处理稻草的研究。通过多种分析方法发现，处理后稻草半纤维素减少、木质素增加等。该研究为稻草处理及制造优质吸附剂提供思路。
在全球气候变化的大背景下，限制全球气温上升至 1.5°C 的任务迫在眉睫。农业作物残留在这一局势下备受关注，它们本可作为潜在的生物能源，却因利用不当造成诸多问题。就拿稻草来说，印度作为世界第二大水稻生产国，每年产生大量稻草，其中约 9200 万吨被农民直接焚烧在田间。这一行为不仅导致生物质能源的巨大浪费，还引发了严重的环境问题，如温室气体（CO2、CO、CH4 等）和空气污染物（SOx、NOx）的排放，形成雾霾，危害人们的健康。
同时，传统将生物质转化为高附加值产品的方法也存在诸多弊端。例如，使用 KOH、H3PO4 生产活性生物炭，成本高、具有腐蚀性和毒性；ZnCl2 对环境有害；热解等热化学转化虽被视为理想途径，但物理过程需高温，反应条件苛刻且目标产物选择性低；生物微生物发酵成本高昂，大规模应用受阻。
在这样的困境下，冷等离子体技术进入了研究人员的视野。它能耗低、操作相对简单，然而此前却没有关于其处理稻草效果的研究。为了填补这一空白，探寻稻草高效利用的新方法，中央农业工程研究所（Central Institute of Agricultural Engineering，CIAE）的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》杂志上，为生物质的合理利用提供了新的方向。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA），通过 TGA 曲线来分析样品在受热过程中的质量变化；采用高斯去卷积方法，对生物质中的半纤维素、纤维素和木质素成分进行分析；利用无模型等转化率方法（Flynn-Wall-Ozawa，FWO 和 Kissinger-Akahira-Sunose，KAS）研究反应动力学和热力学参数；通过吸附参数（如 BET 等温线、表面面积、孔隙体积等）测定以及高分辨率场发射扫描电子显微镜（High Resolution Field Emission Scanning Electron Microscopy，HR FESEM）和傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）分析，从多个角度探究冷等离子体处理对稻草的影响。
基本表征
研究人员对未处理的稻草样本（untreated rice straw，RS）和等离子体处理后的稻草样本（plasma treated rice straw，PRS）进行了基本特性分析。结果显示，两者的水分含量均低于 10%，这对于燃烧和热解过程来说是比较合适的。值得注意的是，PRS 样本的水分含量略高，研究人员推测这可能是因为等离子体处理后其吸附性改善，从而吸收了更多水分。
DTG 分析
通过 DTG 分析发现，等离子体处理后，稻草中的半纤维素含量减少，而木质素含量有所增加。这一变化表明冷等离子体处理对稻草的成分产生了显著影响，可能会改变其后续的应用性能。
动力学和热力学研究
在动力学和热力学研究方面，研究人员利用 FWO 和 KAS 两种无模型等转化率方法，计算了不同转化率下的活化能（Activation energy，Ea）、指前因子（Pre - exponential factor，A）、吉布斯自由能（Gibbs free energy，ΔG）、焓（Enthalpy，ΔH）、势垒间隙（Potential barrier gap）和熵（Entropy，ΔS）等参数。结果发现，无论是 RS 还是 PRS 样本，Ea、A、ΔH 和 ΔS 的最高值都出现在 α = 0.6 处，而 ΔG 在 α = 0.6 处达到最低值。并且，在所有转化率水平下，PRS 的 ΔG 值均低于 RS，这意味着等离子体处理后的稻草在反应过程中可能更容易进行，所需的能量更低。
吸附参数研究
BET 结果证实，等离子体处理后，稻草的表面积和孔隙体积增加，碘值大幅上升，这表明等离子体处理显著增强了稻草的微孔结构。这一特性使得处理后的稻草在吸附应用方面具有更大的潜力，有望成为优质的吸附剂材料。
FESEM 成像和 FTIR 分析
HR FESEM 成像清晰地展示了 PRS 表面形成了良好的孔隙结构，这些孔隙的出现为吸附过程提供了更多的位点。FTIR 分析则显示，处理后的稻草中羟基、氨基和羰基等官能团的峰强度降低，这进一步表明冷等离子体处理改变了稻草表面的化学组成和结构。
研究结论表明，冷等离子体处理对稻草产生了多方面的显著影响，改变了其成分、结构和性能。这些发现为稻草的有效处理提供了新的技术手段，也为设计可扩展的反应器以制造用于各种应用的高质量吸附剂提供了有价值的参考。从更广泛的角度来看，该研究为生物质能源领域开辟了新的研究方向，有助于推动农业废弃物的资源化利用，缓解环境压力，在应对气候变化和实现可持续发展目标方面具有重要意义。它不仅为解决稻草焚烧带来的环境问题提供了切实可行的方案，还为生物质在其他领域的应用提供了新的思路和方法，有望在未来的工业生产和环境保护中发挥重要作用。
