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为解决农业废弃物稻壳（RH）和棉籽壳（CGT）利用问题，研究人员开展水热碳化（HTC）提取木质素研究。发现随 HTC 温度升高，木质素 yield 下降但性质改善，HHV、碳含量等提升，为其在能源和生物产品应用提供可能。
在农业生产的浪潮中，大量农业废弃物如稻壳和棉籽壳的处理成为难题。传统的填埋和焚烧方式不仅污染环境，还浪费了其中蕴含的宝贵资源 —— 木质素。木质素作为一种重要的生物质组分，可用于合成沥青 binder、水泥、生物塑料等多种材料，但从木质纤维素中高效分离木质素面临成本高、工艺复杂等挑战。水热碳化（Hydrothermal Carbonization，HTC）作为一种低温、低成本的热化学处理方法，有望打破这一僵局，因此开展其对稻壳和棉籽壳中木质素提取的研究具有重要现实意义。
美国相关研究机构的研究人员针对这一问题，开展了稻壳和棉籽壳的水热碳化研究，探究不同温度（220°C、250°C、280°C）和反应时间（10 分钟至 6 小时）对木质素产率及其物理化学性质的影响，该研究成果发表在《Bioresource Technology Reports》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过量热法测量高位发热量（Higher Heating Value，HHV），利用傅里叶变换红外光谱（Fourier - transform infrared spectroscopy，FTIR）分析化学组成变化，借助纤维分析测定酸不溶性木质素（Acid Insoluble Lignin，AIL）和酸溶性木质素（Acid Soluble Lignin，ASL）含量，运用 X 射线衍射（X - ray diffraction，XRD）评估结晶度变化，使用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）观察形貌结构，通过热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）研究热稳定性，利用能量色散光谱（Energy Dispersive Spectroscopy，EDS）分析元素组成，还通过高压液相色谱（High Pressure Liquid Chromatography，HPLC）测定糖单体含量。
木质素产率变化
研究发现，随着 HTC 温度升高，稻壳和棉籽壳的木质素产率均下降。这是由于高温导致生物质发生更剧烈的热降解，挥发性化合物蒸发，固体物质减少，且部分木质素可能发生进一步分解或缩合反应。
燃料性能提升
未经处理的稻壳和棉籽壳 HHV 分别为 14.13 MJ/kg 和 14.59 MJ/kg，经 HTC 处理后显著提高。稻壳在 280°C 时 HHV 增加 43%，棉籽壳在 250°C 时增加 28%，表明 HTC 处理可有效提升生物质的能量密度，使其更适合作为能源材料。
木质素组成与结构变化
纤维分析显示，随着温度升高，酸不溶性木质素（AIL）浓度增加，酸溶性木质素（ASL）减少，说明高温促使木质素结构发生变化，更多木质素转化为酸不溶性形式。同时，糖含量显著下降（稻壳：2948 ppm 至 140 ppm；棉籽壳：930 ppm 至 244 ppm），木质素与纤维素的比例大幅提升（稻壳：0.48 至 19.00；棉籽壳：0.39 至 0.75），表明 HTC 有效实现了木质素与纤维素的分离。
物理化学性质改变
XRD 分析表明，稻壳的结晶度指数从 0.460 降至 0.445，说明 HTC 处理破坏了部分结晶结构。TGA 结果显示，稻壳和棉籽壳的热分解温度显著升高（稻壳：364.63°C 至 437.14°C；棉籽壳：340.70°C 至 451.94°C），表明生成的水热炭热稳定性增强。EDS 分析显示，碳含量明显增加（稻壳：25.85% 至 48.14%；棉籽壳：50.98% 至 67.57%），实现了碳富集。
结论与意义
本研究系统揭示了水热碳化温度和反应时间对稻壳和棉籽壳中木质素提取的影响。结果表明，虽然高温会降低木质素产率，但能显著改善木质素的性质，提升水热炭的热稳定性、能量密度和碳含量，为稻壳和棉籽壳这两种农业废弃物的高值化利用提供了新途径。该研究不仅为木质纤维素类生物质的开发利用提供了理论支持，也为解决农业废弃物环境问题和可再生能源开发提供了技术参考，有助于推动循环经济和可持续发展。
