膨化干燥灰枣粉玻璃化转变及贮藏稳定性

为了综合水分活度及玻璃化转变理论构建状态图,获得灰枣粉的较佳贮藏条件,该文采用静态称量法和差示扫描量热法测定灰枣粉的吸附特性及玻璃化转变温度。结果表明,膨化干燥灰枣粉水分吸附的平衡干基含水率随水分活度的增加而增加,水分吸附等温线呈J型,描述灰枣粉水分吸附特性的适宜模型为GAB模型（R2=0.9968）;灰枣粉的玻璃化转变温度随含水率升高而降低,湿基含水率由0.064 g/g增加到0.175 g/g时,玻璃化转变温度由29.90℃降低到?35.02℃;灰枣粉干基含水率≤0.1223 g/g、贮藏温度≤?0.062°C时其稳定性较好,研究结果为灰枣粉加工、运输等过程中的贮藏条件提供理论参考。     

添加剂提高燕麦片贮藏稳定性

为提高燕麦片的贮藏稳定性和优化贮藏条件,基于水分活度保藏理论和玻璃化转变理论,探讨了不同添加剂对燕麦片吸附等温线和玻璃化转变温度的影响。采用静态称量法研究了纯燕麦片(PO)、添加纯燕麦片总固形物质量10%麦芽糊精(PO-10%MD)、10%乳清分离蛋白(PO-10%WPI)和5%麦芽糊精+5%乳清分离蛋白(PO-5%MD-5%WPI)等4种燕麦片在不同温度(15、25和35℃)下的吸附等温线。采用GAB和BET模型拟合试验数据,得到描述燕麦片水分吸附特性的数学模型。采用差示扫描量热法测定了PO、PO-10%MD、PO-10%WPI和PO-5%MD-5%WPI的玻璃化转变温度(glass transition temperature,Tg),采用Gordon-Taylor方程拟合Tg数据,探讨添加剂对燕麦片临界水分活度(critical water activity,CWA)和临界干基含水率(critical water content,CWC)的影响。结果表明,燕麦片的水分吸附等温线呈S型,GAB模型为描述燕麦片水分吸附特性的适宜模型。燕麦片的平衡干基含水率随着水分活度的增加而增加,随着温度的升高而降低。燕麦片的Tg随着湿基含水率的增加而降低,添加麦芽糊精和乳清分离蛋白显著提高了燕麦片的Tg。温度25℃时,PO、PO-10%MD、PO-10%WPI和PO-5%MD-5%WPI的CWC和CWA分别为0.054 g/g、0.126;0.060 g/g、0.175;0.056 g/g、0.138和0.056 g/g、0.139。因此,添加总固形物质量10%麦芽糊精能显著增加纯燕麦片的CWC和CWA,从而提高燕麦片的贮藏稳定性。研究结果为燕麦片适宜包装材料的筛选和适宜贮藏条件的确立提供参考。     

玉米淀粉水分吸附等温线的研究及模型建立

为了更好地指导玉米淀粉及其含物制品的干燥、储藏和包装，需要确定温度对玉米淀粉水分吸附特性的影响，及建立一个包含温度和水活度在内的新吸附等温线模型。 根据吸附原理，利用静态调整环境湿度法，测定了玉米淀粉在30℃、45℃和60℃ 3个温度不同水活度下的吸湿和解吸等温线。结果显示玉米淀粉的等温线属于Ⅱ型等温线，在一定的水活度下随着温度的升高吸附能力下降。随着水活度的增加平衡含水率增加，在整个水活度范围内吸附等温线存在一个很明显的滞后作用。用BP神经网络建立了一个新的吸附等温数学模型，分析表明BP神经网络模型不仅包含水活度和温度2个参数而且拟合程度优于其它的数学模型。     

干制荔枝果肉吸附等温线及热力学性质

为了解干制"乌叶"荔枝果肉含水率与水分活度、贮藏温度之间的复杂关系,并为干制"乌叶"荔枝果肉贮藏条件的确定提供技术依据,运用吸附原理,在水分活度为0.112~0.976范围内,研究了干制"乌叶"荔枝果肉在20、30和40℃时的水分吸附等温线;采用8种模型对试验数据进行拟合,通过比较模型决定系数(R2)和均方根误差确定用于描述干制"乌叶"荔枝果肉吸附等温线的最适模型;通过不同温度下干制"乌叶"荔枝果肉的吸附等温线数据获得净等量吸附热、焓变、熵变和自由能等热力学性质。结果表明,干制"乌叶"荔枝果肉的水分吸附呈Ⅲ型等温线,在相同水分活度时,平衡含水率随温度的升高而下降。Peleg模型用于描述吸附等温线是较适合的,决定系数为R2为0.9950~0.9979,均方根误差为1.9431~2.7102。热力学性质显示,净等量吸附热随含水率的增加而降低,在较高含水率时趋近于0。焓变与净等量吸附热有相同的值,其范围为0.95~186.98 k J/mol。熵变随含水率的增加而降低,并没有表现出对温度的依赖性。自由能随含水率和温度的增加而减小。焓-熵补偿理论适用于干制"乌叶"荔枝果肉中的水分吸附过程,此水分吸附过程是焓驱动的。研究结果为干制"乌叶"荔枝果肉的加工和贮藏稳定性提供理论依据。     

肉大鸡颗粒饲料的吸湿解吸平衡模型

为了研究成品饲料的吸湿解吸平衡规律,用GAB模型及其含温度变量的改良模型（mGAB, modified GAB）拟合静态法获得的肉大鸡颗粒料在15、25、35和45℃环境下,在11%至97%平衡相对湿度（即水活度0.11～0.97）范围内的吸湿平衡以及11%～75%（即水活度0.11～0.75）范围内的解吸平衡,得到优异的拟合精度。结果表明：随温度上升,饲料的平衡含水率下降,吸湿和解吸之间存在明显的滞后现象。用BET解吸模型计算的15～45℃范围内单层含水率为6.34%～5.39%（干基）,并且随温度升高线性下降。以水活度0.65为安全贮存的临界点,对应于吸湿和解吸过程, 用改良GAB模型估计4个温度点的安全水分（干基）分别为13.09%和14.71%、12.92%和14.33%、12.74%和14.00%、12.56%和13.66%。研究结果为饲料的贮存和冷却过程规律研究提供了参考。     

澳洲坚果果仁粉水分解吸-吸附等温线的测定与分析

为给澳洲坚果果仁粉的干燥和贮藏条件的确定提供技术依据,试验测定了其在室温(25℃)下的水分解吸-吸附等温线。采用非线性回归的方法,应用常见的BET、GAB、Halsey、Henderson、Oswin和Smith模型对试验所得解吸-吸附等温线进行拟合分析,以确定最佳拟合模型及其参数。结果表明,其解吸等温线属于国际理论和应用化学联合会分类的第Ⅱ种类型,其吸附等温线属于第Ⅲ种类型,解吸-吸附滞后现象属于H3型;GAB模型是其最佳的解吸等温线拟合方程,Henderson模型是最佳的吸附等温线拟合方程;GAB模型拟合解吸等温线的参数A、B、C分别为8.2439、0.4815、1.3545。Henderson模型拟合吸附等温线的参数A、B分别为0.3006、0.8682。     

苹果片中短波红外干燥过程中水分扩散特性

为了研究苹果片中短波干燥过程中水分扩散特性和玻璃化转变温度的变化规律,进而明确中短波红外干燥过程中的水分扩散特性,采用中短波红外干燥箱在50、70和90℃的条件下对苹果片进行中短波红外干燥处理试验,应用低场核磁共振(low-field nuclear resonance,LF-NMR)和差示量热扫描(differential scanning calorimetry,DSC)等技术,测定中短波红外干燥过程中水分状态、玻璃化转变温度、水分活度、体积等变化情况,进一步分析中短波红外干燥过程中水分状态与玻璃化转变温度、水分活度等指标之间的相关性及变化规律。结果表明:干燥过程中,中短波红外温度对水分扩散影响较大,50、70、90℃3个温度条件下平均干燥速率之比为1∶1.5∶2.3;苹果片中存在3种状态水分,干燥过程中液泡中的自由水含量大幅度降低的同时,细胞质和细胞外空隙中不易流动水质量分数由7.96%增加至46.82%,干燥继续进行,不易流动水含量逐渐降低;中短波红外干燥过程中,苹果片内不易流动水含量的降低,明显提高了玻璃化转变温度(p0.05),使其由-38℃左右最高上升至13.41℃,并引起水分活度由0.99迅速下降至0.24(p0.01);随干燥过程中水分的散失,苹果片发生皱缩现象,体积与水分含量表现出极显著相关性(R0.99)。该研究为中短波红外干燥中水分扩散特性研究提供了理论依据。     

硬脂酸-胱氨酸-大豆分离蛋白复合膜的机械特性和吸湿性研究

以硬脂酸作为增塑剂，胱氨酸作为交联剂制备具有一定力学性能和良好抗湿性能的大豆分离蛋白复合膜。将膜放在25℃，相对湿度为50%的干燥器中平衡两天，用质构仪测定膜的抗拉强度(TS),延伸率(E(%))。在水分活度a_w为0.10～0.90的范围内研究了复合膜在25℃的吸湿特性。吸湿速率和吸湿等温线数据分别拟合到Peleg's 方程和GAB(Guggenheim-Anderson-de Boer)模型。结果表明：大豆蛋白复合膜的TS、延伸率E(%)以及吸湿速率随着硬脂酸和胱氨酸的添加比率显著地变化。硬脂酸和胱氨酸的最佳添加比率为40∶60(w/w)(每升蛋白质溶液中加入10 g混合添加剂)，此时，大豆蛋白膜的强度比原来提高2倍，并且有最佳的吸湿速率。吸湿数据和GAB 模型有很高的拟合度，拟合系数最高达0.99。     

热风-脉动压差闪蒸干燥对苹果片水分及微观结构的影响

该文应用菲克第二定律、采用低场核磁共振及磁共振成像系统(MRI,magnetic resonance imaging)、差示量热扫描、扫描电子显微镜等技术,分析不同预干燥温度对苹果片脉动压差闪蒸干燥过程中水分扩散和微观结构的变化。试验结果显示:随预干燥温度升高,水分扩散速率加快,有效水分扩散系数随温度升高而变大,整体范围在9.84×10-9~7.24×10-8 m2/s;干燥作用引起水分状态由高自由度向低自由度迁移,自由水含量在干燥初期迅速降低,不易流动水含量先增加后降低;MRI结果表明:苹果鲜样水分集中于中心部位,随干燥进行,水分向外扩散并均匀分布于样品中,含水率的降低,导致图像亮度呈现降低趋势,同时样品表现出向中心收缩的现象;脉动压差闪蒸干燥过程中,含水率与玻璃化转变(Tg)和水分活度(aw)之间表现出极显著相关性(R0.90,p0.01),含水率的降低引起Tg升高、aw降低,且Tg与aw之间呈线性相关(R20.81);水分的散失导致微观结构发生变化,细胞破裂形成空腔,脉动瞬间的真空作用促使苹果片多孔海绵状结构进一步形成,赋予其酥脆口感。该试验可以为苹果片在脉动压差闪蒸干燥方面提供理论依据和技术参考。     

主要生态因子对贮藏玉米中黄曲霉生长影响的模拟

为了模拟贮藏玉米中主要生态因子对黄曲霉生长的影响,利用Baranyi和Roberts函数拟合了玉米中黄曲霉的生长数据,得到了不同温度和水分活度下玉米中黄曲霉的生长动力学模型。应用一个二次多项式函数分别建立了描述水分活度（aw）和温度对菌落生长的组合影响的模型。对模型的有效性分别进行了验证,其偏离因子分别为0.896和0.963。精确因子都小于1.15。结果证明构建的二次多项式预测模型可以很好的预报aw和温度对黄曲霉生长的比生长速率和迟滞期的组合影响。得出的方程可以用于预测贮藏玉米中黄曲霉生长情况。     

镉和铅在2种典型土壤中的吸附及其与温度的关系

采用批平衡法研究我国2种典型土壤对镉和铅的吸附特性及其与温度的关系,运用热力学参数△G°、△H°和△S°解释土壤镉和铅的吸附机理,并对镉和铅在复合共存情况下的吸附特性进行讨论.结果表明,镉和铅在土壤中的吸附过程表现出明显的非线性,镉和铅的吸附分别符合Freundlich模型和Lang-muir模型.壤土对镉和铅的最大吸附量和最大缓冲容量均大于红壤的.镉和铅复合共存时,2种重金属的吸附均受到抑制;温度升高时,镉和铅对彼此的抑制作用有所减弱.吉布斯自由能变△G°为负值表明镉和铅吸附反应为自发反应;△H°为正值衰明土壤对镉和铅的吸附为吸热反应.单一存在时,镉在填土和红壤中的主要作用力分别为氢键和范德华力;而铅在壤土和红壤中的主要作用力均为范德华力.复合共存时,镉和铅的主要作用力发生改变.     

不同温度下镉在典型农田土壤中的吸附动力学特征

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30 d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd（Ⅱ）的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量（CEC）和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd（Ⅱ）的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量增加,且Cd（Ⅱ）吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd（Ⅱ）的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的常数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0~5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd（Ⅱ）的吸附,因为Cd（Ⅱ）的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd（Ⅱ）的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd（Ⅱ）的静电吸附量。     

热解温度对花生壳生物质炭吸附去除水中4-硝基酚的影响

为提升农业废弃物的资源化再利用价值,以花生壳为原料,在不同热解温度(400、500、600℃)下限氧制备花生壳生物质炭(BC400、BC500、BC600),考察其对水中4-硝基酚的吸附效果。生物质炭表面灰分通过酸洗法去除,采用批量吸附试验的方法分析生物质炭对PNP吸附特性的影响,并结合元素分析、扫描电镜及红外光谱图方法,探讨热解温度对生物质炭吸附水中PNP特性的影响。结果表明,生物质炭总产量随温度升高而降低,其含碳量随温度升高逐渐增加;生物质炭中含氧官能团随温度的升高而减少,芳香性增强,有利于对有机物的吸附。吸附等温线符合Freundlich模型,线性拟合很好,R2在0.954～0.991之间;对比伪二级动力学模型、Elovich模型、颗粒内扩散模型可知,吸附过程与伪二级吸附动力学模型拟合效果最佳, R2在0.981～0.999之间,平衡吸附量随热解温度升高而增大,BC600BC500BC400,BC600的吸附容量为34.48 mg/g,是BC400的2.25倍。以NaOH为解吸剂,当NaOH质量浓度为1.0 mg/L时对4-硝基酚的解吸效率最高,为68.21%,可见生物质炭的再生利用具有一定的可行性。因此,高温制备的花生壳生物质炭可作为去除4-硝基酚的良好功能材料。     

A review on recent developments in soil water retention theory: interfacial tension and temperature effects

Study of soil physical processes such as water infiltration and redistribution, groundwater recharge, solute transport in the unsaturated zone, compaction and aeration in variably saturated soil hardly is possible without knowledge of the capillary pressure of the soil water as a function of the degree of saturation. Pore space topology, interfacial tension, and temperature probably are the most important physical factors affecting the capillary pressure at a given water content. Despite intensive research in the past decades on the water retention characteristics of soils, our knowledge of their response to varying ambient conditions is far from being complete. Current models of soil water retention as well as of hydraulic conductivity for unsaturated porous media often still use the simplified representation of the pore system as a bundle of cylindrical capillaries. Physical effects, like surface water film adsorption, capillary condensation and surface flow in liquid films, as well as volumetric changes of the pore space are often ignored. Consequently, physical properties of the solid phase surfaces, and their impact on water adsorption and flow, are often not considered. The objective of this contribution is to review various interfacial properties with possible application to the conventional water content — matric potential relation of soils. The ignoring of inter‐facial effects on the water retention of soils is widespread in the literature. The motivation of this paper is therefore to point out some of the more significant deficiencies of our current knowledge on the interaction of solid particle surfaces and the liquid phase in soil. We will first emphasize the impact of the wetting angle on the wetting of dry soil and to present the impact of interfacial tension of the liquid phase in the three‐phase system. At low water content, the transition from capillary‐bound water to adsorbed water and to wetting films is discussed separately, because of its impact on the rewetting process of dry soil. Finally, we discuss the impact of temperature on interfacial tension and water retention of soil as a second important interfacial process affecting directly the water retention of porous media.     

温度及过筛方式对猪粪和稻秆炭理化特性和镉吸附的影响

该文以猪粪、水稻秸秆为原料,采用2种过筛处理(热解前、后过筛),于300~700℃下制备生物炭,通过电镜扫描(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)对其进行表征并分析其理化性质,探讨不同处理生物炭理化性质及镉吸附能力之间的相关关系,并优选出以修复土壤镉污染为目标的生物炭处理。结果表明:1)稻秆生物炭的镉吸附能力(最大吸附量为69.2 mg/g)显著高于猪粪生物炭(最大吸附量为36.4 mg/g)。制备温度为300℃时,前、后过筛处理的稻秆生物炭对镉的吸附能力分别为10.6和11.5 mg/g;制备温度为700℃时分别增加至61.4和69.2 mg/g。前后过筛方式对稻秆和猪粪生物炭镉吸附的影响规律不明显。2)生物炭的产率与灰分含量显著负相关,与H/C极显著正相关。3)前、后过筛处理的稻秆生物炭以及前过筛处理的猪粪生物炭的镉吸附能力均与产率和H/C呈显著负相关。后过筛处理猪粪生物炭的镉吸附能力与所有理化性质均不显著相关。     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr（遇）的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450益和600益下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（遇）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（遇）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆>生物炭300益>生物炭450益>生物炭600益;当溶液初始pH=1时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：生物炭300益>玉米秸秆>生物炭450益>生物炭600益,且生物炭300益对Cr（遇）的最大吸附量约为141.24 mg·g-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（遇）的吸附。     

皇竹草生物炭的结构特征及其对（）的吸附性能

以皇竹草茎秆为原料,在限氧控温（300、500、700℃）条件下制备生物炭,研究该生物炭的结构特征及其对Cr（Ⅵ）的吸附行为。结果发现,随着热解温度的升高,皇竹草生物炭的产率下降,而灰分、pH呈上升趋势;电镜扫描（SEM）观察可见不同热解温度下所制备的生物炭结构相似,均具多孔和管状结构,但在700℃条件下所制备的生物炭相对300℃下制备的生物炭孔壁变薄,且孔壁有附着物,切面有突起结构。三种温度下制备的皇竹草生物炭对溶液中的Cr（Ⅵ）都具有较好的吸附作用,且500、700℃下制备的生物炭比300℃下制备的生物炭具有更好的吸附效果。在0~1 h之间,三种热解温度下制备的生物炭对铬的吸附量均随着时间的延长而快速增加,当吸附至1h时,基本达到饱和状态,随后吸附量无明显变化。     

低氧烟道环境制备污泥活性炭

为降低污泥制备活性炭的成本,以高温低氧烟道气为媒介,研究了活化时间、温度、蒸气含量以及氧含量对污泥活性炭性能的影响规律,结果表明：活化温度、活化时间及水蒸气流量的最佳值分别为800°C、90 min和34.8%,该条件下污泥活性炭比表面积、产率、甲基橙及亚甲基蓝吸附值分别为：246.3 m2/g、46%、14.8 mg/g、18.1 mg/g。因而,高温低氧烟气直接用于物理活化法制备污泥活性炭,活化气量（水蒸汽）不够,产品活性炭的性能差,活化温度高达800°C,运行成本仍偏高。将湿污泥用ZnCl2按1∶1浸渍16 h后活化炭化,在活化温度、活化时间、氧含量分别为550°C、90 min、2%时,污泥活性炭的产率为59%,其比表面积和亚甲基蓝吸附值分别达516.1 m2/g和129.8 mg/g,孔体积为0.29 cm3/g,微孔体积为0.16 cm3/g,平均孔径为3.95 nm,性能较好。氧气能促进活性炭微孔的形成与发展,最佳的氧含量为2%~4%。与无氧条件下制备的污泥活性炭相比,氧含量为4%时制得的污泥活性炭的比表面积增加了6.82%,亚甲基蓝吸附值提高了2.75倍。该研究表明：高温烟气作为热源、保护气和活化气,结合化学活化法,可将脱水湿污泥直接制成污泥活性炭。该结果可为低成本制备污泥活性炭、实现污泥处理的资源化利用提供一定的参考。