基于TG-FNIR联用分析的农业固体废弃物热解特性研究

[目的]研究稻秆的热解及产物生成特性。[方法]采用热重（TG）与傅立叶近红外（FNIR）联用的方法（TG-FNIR）研究稻秆热解过程的影响因素及其产物生成特性。[结果]升温速率和粒径对稻秆的热解特性均具有一定的影响,升温速率越高,热解起始温度和失重温度越大,粒径越小越有利于热解;FNIR分析结果表明,热解初始阶段的气态产物主要是水蒸气和少量的CO及CO2,随着温度的升高,热解的主要气态产物变为CO、CO2、CH4以及小分子烃类。[结论]该研究清楚地了解了稻秆整个热解过程的状态及其产物的生成情况。     

升温速率对成型生物质热解过程的影响

【目的】研究不同升温速率下成型生物质的热解炭化规律。【方法】采用自行设计的热解试验装置,测定不同升温速率(5,7,10,15℃/min)条件下成型生物质热解过程中失重(TG)、失重速率(DTG)、工业成分(挥发分、灰分、固定碳含量)的变化及所需的活化能。【结果】通过动力学拟合,得到描述成型生物质热解过程的最合理机理函数,据此推测成型生物质热解反应机理为内扩散控制过程。当升温速率为10℃/min时,热解过程活化能最小,为195.52kJ/mol。在不同升温速率下,成型生物质热解过程中的TG曲线逐渐向高温区移动,且失重速率呈先增大后减小的趋势,在升温速率为5,7,10,15℃/min时,成型生物质的失重速率分别在322,427,448,554℃时达到最大,其值分别为0.804,0.649,0.512,0.466%/℃,可知在成型生物质热解炭化过程中,随着温度的增加失重速率呈先增大后减小的趋势,达到最大失重速率时的温度随升温速率的增大而升高,热解后成型生物质固定碳含量随着升温速率的增大而降低。【结论】较低升温速率热解有利于成型生物质热解成炭。     

基于热重红外联用技术的竹综纤维素热解过程及动力学特性

利用热重红外联用技术(TG-FTIR)研究了竹材综纤维素在不同升温速率下(5.0, 10.0, 15.0, 20.0和30.0℃·min-1)的热解特性和热解动力学。热重分析/热重一次微分曲线(TG/DTG)表明:竹材综纤维素热解可分为干燥、快速裂解和慢速裂解等3个阶段; 随着升温速率增加, TG/DTG曲线往高温一侧移动; 竹综纤维素热解过程发生复杂的化学反应, 包括多重、平行和连续反应; 热解挥发分主要由小分子CO, H₂O, CH₄和CO₂, 以及一些醛类、酮类、酸类、烷烃、醇类和酚类等有机物组成。利用无模式函数积分法, 即Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)积分法, 对其热解动力学进行研究。结果表明:竹材综纤维素的活化能随着转化率的升高先增大后减小再增大, 活化能数值的变化与纤维素/半纤维素不同的热解特性有紧密联系。     

污泥热解特性影响因素的研究

[目的]研究污泥的热解特性及其影响因素。[方法]采用热分析的方法研究升温速率、试验终温、污泥组分、颗粒粒径和氮气吹扫量等因素对污泥热解特性的影响。[结果]污泥热解可以划分为3个阶段:第一阶段是水分析出阶段(50～150℃);第二阶段是污泥失重的主要阶段(150～530℃),热解失重是由于有机物的分解引起;第三阶段(530～800℃)失重是由于无机物和残余有机物引起。污泥热解在第二阶段是放热过程。升温速率对污泥热解特性的影响主要表现在起始温度方面,而对峰温和失重率的影响较小;试验终温的影响则主要表现在污泥的失重率上,试验终温越高,污泥的失重率越高,而对热解起始温度的影响则可以忽略;污泥组分不同,表现出的起始温度、峰温和失重率等反映污泥热解特性的主要参数不同;污泥的粒径不同,反映热解特性的主要参数起始温度、终止温度、峰温和失重率等都存在明显的差异;氮气吹扫量对污泥热解参数基本没有影响,但随着氮气吹扫量的增加,污泥的失重率增加。[结论]该研究可为污泥的热处理方法研究提供理论依据。     

TG-FTIR联用下生物质废弃物的热解特性研究

采用TG-FTIR(热重-傅立叶红外光谱)联用的分析方法对红松锯屑的热解失重特性和产物生成特性进行了研究.结果表明,红松锯屑热解失重的主要阶段发生在200～450℃间,反应符合一级反应动力学模型,活化能在70～80 kJ·mol-1之间.小粒径有利于热解反应的进行,且该现象随着升温速率的增大而变得显著,但在本实验的梯度水平下粒径对热解特性的影响相对较小.升温速率对热解特性的影响相对较大,高的升温速率导致热解起始温度和失重峰温度向高温区移动,加快了热解进程,且升温速率达到50 K·min-1时,在735℃左右观察到特殊失重峰.FTIR的实时分析结果表明,热解的气态产物主要有CO2、CO、CH4和其他低分子烃类,通过对产物浓度变化的半定量分析,验证了粒径对热解特性的影响效果以及735℃左右特殊失重过程的存在.     

氧气气氛中紫胶树脂的热分解动力学试验

采用热分解动力学研究方法,在氧气气氛中同时监测紫胶树脂由室温至高温条件范围内的热质量(TG)和差示扫描量热(DSC)曲线,应用相应软件绘制微分热质量(DTG)曲线,测定紫胶树脂有氧热分解过程的特征参数变化;根据TG、DTG曲线,采用4种不同数学方法(Kissinger法、Starink法、FWO法、FRL法)计算紫胶树脂在氧气气氛中的热分解活化能,对计算结果进行了线性相关性检验;应用Malek法计算并推断紫胶树脂在氧气气氛中的热分解数学模型。结果表明:紫胶树脂在氧气气氛中的热分解反应为两步反应,且热分解反应过程中,体系的放热量高于吸热量;由于紫胶树脂具有聚合物特性,其热分解反应最大分解速率温度随升温速率的增大而增大。由于热分解反应体系的反应复杂性,4种数学方法中仅有Kissinger法、Starink法的计算结果具有密切的线性相关性,计算的热分解反应活化能分别为287.192、287.294 k J/mol; FWO法、FRL法的计算结果不具有密切的线性相关性,FRL法的线性相关性较差,但仍可依据FWO法的计算结果并结合TG、DTG、DSC曲线形状进行热分解机理的推断分析。应用Malek法对热分解反应进行了最概然机理函数的计算,紫胶树脂在氧气气氛中的热分解反应最接近于J-M-A方程,依据此方程的反应机理为随机成核和随后生长。依据DSC曲线,紫胶树脂在10、15、20、25℃/min升温速率时,黏流转变的起始、终止及峰值温度平均值,分别为46.6、146.5、80.1℃;计算了紫胶树脂在相应升温速率时的黏流转变焓变和熵变,平均值分别为199.4 J/g、0.56 J/(g·K)。     

不同升温速率下落叶松的热解特性研究

为深入探讨落叶松热解机理,获得更多高品位的实用燃料。采用热重法对比分析了落叶松在3组不同升温速率(15～55,110～150,210～250℃·min~(-1))下的热解特性,利用Coats-Redfern方法计算了落叶松在低升温速率(15,25,35,45,55℃·min~(-1))下的活化能值,同时采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析法对落叶松原物料和不同终止温度下的热解剩余物的化学结构进行了对比分析。结果表明:落叶松的热解过程分为干燥、预热解、热解和炭化四个阶段,主热解反应在200～400℃,随着升温速率的提高,最终失重率没有明显变化,最终固体残留物的质量分数在19%～22%,但是最大热解速率随着升温速率的提高从8.95%·min~(-1)增大到144.35%·min~(-1)。落叶松在低升温速率下热解趋势相似,随着升温速率的升高,TG热解出现热滞后现象,DTG主热解区间所需的温度范围扩大;在两组高升温速率下,整个TG曲线排列不再呈现上述规律,DTG曲线在纤维素和半纤维素热解峰区域仍表现出与低升温速率相同的变化规律。Coats-Redfern法计算落叶松低升温速率下的热解活化能值为81.28～95.61kJ·mol~(-1),拟合曲线表现出了良好的线性关系,表明落叶松的热解为一级反应。在不同低升温速率、相同终止温度下落叶松样品FTIR光谱图整体走势基本一致,随着热解反应的进程,主要基团吸收峰的位置变化不大,但在相同的吸收峰处存在明显的强度变化,部分吸收峰的强度逐渐降低甚至消失,说明此时落叶松的组成及组分含量发生了变化,热解基本完成。本研究为生物质热解工艺提供了理论依据和参考数据。     

2种生物质材料的热解特性及动力学研究

用热重分析在不同升温速率（5—50℃／min）和一定氮气（20mL／min）条件下对甘蔗渣、杨木的热解失重过程进行研究。结果表明,加热速率越大,热解速率越快;其热解过程可分为失水干燥、预热解、快速热解和残余物热解4个阶段;甘蔗渣、杨木快速热解阶段的失重率分别为80％和85％,它们均可由一级反应过程描述。由Coats-Redfem方法计算得出,甘蔗渣、杨木快速热解阶段低温热解平均活化能分别为40．84、74．94kJ／mol,高温热解平均活化能分别为9．21、11．39kJ／mol。     

国内典型烤烟烟叶的燃烧行为与动力学特性研究

采用热重分析法,全面考察了37个不同产地部位的国内典型烤烟烟叶在4个不同升温速率下的燃烧行为.结果表明,烤烟热解主要分为失水、挥发份析出与燃烧、焦炭燃烧与燃尽阶段;升温速率的改变对TG/DTG曲线产生明显的影响.运用K-A-S法对烤烟在热解过程中的不同转化率下进行动力学分析,给出了所有样品不同阶段的活化能分布,并且发现低温段的活化能高于高温段.最后,对比分析了不同产地、部位活化能的分布情况.     

畜禽粪便的热解特性和动力学研究

利用热重-微商热重的分析方法对猪、牛、鸡和羊4种畜禽粪便的热解行为进行了研究。热重试验样品粒径为0.2mm,高纯氮气为热解环境,加热起始温度为20℃,终止温度为900℃。通过对热重(TG)曲线和微商热重(DTG)曲线的分析,得出畜禽粪便热解过程的脱水、过渡、主要失重和炭化4个阶段以及主要热解阶段的几个特征值参数;考察了加热速率对样品热解过程的影响,发现加热速率对样品热失重速率影响比较明显;利用试验所得数据,通过建立反应动力学方程,采用一级单组分和一级双组分分阶段反应模型,求出不同畜禽粪便在相应热解条件下的反应动力学参数,结果显示,几种样品的表观活化能值都在100kJ·mol-1以下,说明几种热解对象都很容易受热分解。     

内蒙古临河区磷石膏改良盐碱地效果分析

[目的]研究盐碱地施用磷石膏对土壤理化性质和向日葵产量的影响,以期为临河区盐碱地改良研究提供理论支持。[方法]以磷石膏为改良剂,研究盐碱地施磷石膏后土壤理化性质和向日葵产量的变化。[结果]磷石膏可促进盐碱地土壤耕层脱盐,降低土壤p H和交换性钠含量,增加向日葵盘数、盘粒重和产量。[结论]以磷石膏作为盐碱地土壤改良剂适合在临河区应用和推广。     

磷石膏对吹填海泥改性的影响

[目的]探讨磷石膏改良吹填土的机理。[方法]通过室内模拟脱盐试验,探讨磷石膏对吹填土理化性质的改良效果。[结果]施用磷石膏可提高吹填土的脱盐速率,以混施效果最好,与对照相比差异达0.01显著水平;磷石膏的施入使单位体积水量的淋盐效率下降,增加淋洗用水量;混施磷石膏可以部分抑制吹填土脱盐碱化,淋洗后pH比对照低0.6个单位,总碱度、RSC、SAR都低于对照,而且可使吹填土的离子组成由NaCl型转为CaSO4或Ca（HCO3）2型。[结论]磷石膏对吹填土淋洗脱盐不但有促进作用,而且可以改善吹填土的理化性状。不同施用方式的效果存在一定的差异,以与吹填土混合施用效果最好。     

不同土壤改良剂对盐碱地棉花产量的影响

[目的]筛选盐碱棉田改良剂的最优组合。[方法]采用4因素3水平正交试验设计,研究复合肥、腐殖酸、磷石膏、牛粪4种土壤改良剂对盐碱地棉花株高、果枝台数、成铃数及产量的影响。[结果]磷石膏对棉花产量影响最大;最优组合为复合肥450 kg/hm2、腐殖酸600 kg/hm2、磷石膏22 500 kg/hm2、牛粪7 500 kg/hm2,该处理的棉花株高中等,果枝台数、成铃数均为最高水平,籽棉产量最高,达到3 146.8 kg/hm2。[结论]为提高盐碱地棉花产量提供了技术支撑。     

组合改良剂对天津滨海盐碱土的改良效应

[目的]对天津滨海盐碱土进行培养,筛选出较佳的改良方案,为滨海地区盐碱土的改良提供理论依据。[方法]利用磷石膏(A)、聚丙烯酰胺(B)、园林废弃有机物(C)3种改良剂,通过3因素3水平正交设计,研究组合改良剂对天津滨海盐碱土的改良效应。[结果]不同处理均能不同程度地降低土壤盐分含量,增加养分含量。其中对土壤盐分指标有显著影响的因素是磷石膏(A),最佳方案是A_2B_1C_2;对土壤结构指标有显著影响的因素是聚丙烯酰胺(B)与园林废弃有机物(C),最佳方案是A_2B_1C_1;对土壤养分指标有显著影响的因素是园林废弃有机物(C),最佳方案是A_3B_2C_3。[结论]磷石膏、PAM、园林废弃有机物对盐碱土改良效果的最佳配方为A_2B_1C_2。     

复合菌剂对好氧堆肥养分组成变化的影响

[目的]实现畜禽粪便的无害化要求,优化堆肥工艺。[方法]在分析好氧堆肥温度变化确定堆肥进行程度的基础上,研究复合菌剂对好氧堆肥养分组成变化的影响。[结果]接种复合菌剂在加速碳素分解、缩短堆肥周期的同时,能够使有机碳含量和C/N分别比不接种复合菌剂降低4.68%和7.08%,使全氮量、水解性氮含量、有效磷含量分别比不接种复合菌剂提高2.59%、10.98%和3.76%,而复合菌剂对于速效钾含量的影响并不明显。[结论]复合菌剂的接种能够提高肥效,确保生产出优质的堆肥产品。     

Fe/Zn双金属对地下水中PCBs的还原脱氯研究

[目的]研究Fe/Zn双金属对地下水中PCBs的还原脱氯效果。[方法]以Fe、Zn构建二元金属还原体系,以PCBs降解率为考察指标,研究了添加羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)时,Fe/Zn双金属对PCBs的降解效果,同时考察了负载率、金属投加量对PCBs脱氯的影响。[结果]合成的HP-β-CD对PCBs有很好的增溶作用,PCBs表观溶解度随HP-β-CD浓度增加而线性增加,形成1∶1的包结物;10℃下,当混合金属投加量为10 g,Zn质量分数为7%时,321μg/L PCBs降解7 d后的去除率为47.6%。[结论]该研究为PCBs污染的地下水原位修复提供了理论指导。     

高浓度CO2条件下拟南芥叶绿体结构观察

[目的]为今后CO2条件下植物生长发育的研究奠定基础.[方法]在高浓度和正常浓度CO2条件下,对拟南芥叶绿体超微结构和叶绿素含量等指标进行了对照研究.[结果]在高浓度CO2条件下,短期内叶绿体数量增加,体积变大,淀粉粒和脂质球增多,基粒片层和类囊体膨大,叶绿素含量、相对含水量均高于对照.但是,随着时间的延长,这些促进作用均减弱甚至出现胁迫状况.[结论]高浓度CO2在短期内会对叶绿体光合作用和植株生长总体起到促进作用,但延长时间,这种促进作用逐渐消失甚至有迹象会表现为抑制作用.     

富营养条件下水质对伊乐藻与菹草生物质腐烂速率的影响

[目的]研究了不同水质对伊乐藻与菹草腐烂分解及释放体内营养盐的影响。[方法]在实验室条件下,模拟2种水草的自然腐烂分解过程。[结果]伊乐藻和菹草在高氮、高磷水中腐烂得最为彻底;伊乐藻和菹草植物样含氮量在不同的水质中没有随着时间呈现有规律的变化,在试验结束时2种植物残余物的含氮量接近于原初样;伊乐藻与菹草植物样中磷的释放随时间呈现规律性的变化,且在短时间内大量释放出组织内的磷,菹草释放磷的速率比伊乐藻快。[结论]时间为影响伊乐藻生物量消减、体内氮释放、磷释放与菹草体内磷释放的显著性因素(P0.05)。氮为影响菹草生物量消减与体内氮释放的显著性因素(P0.05)。磷为影响伊乐藻体内氮释放的显著性因素(P0.05)。     

超临界CO_2萃取姜油树脂的工艺研究

[目的]优化采用超临界CO2萃取姜油树脂的工艺。[方法]利用超临界CO2流体作为萃取溶剂从干姜中提取姜油树脂,研究萃取压力、萃取时间和萃取温度对姜油树脂萃取率的影响,通过正交试验确定了姜油树脂萃取工艺的最佳萃取条件。[结果]姜油树脂超临界CO2萃取的最佳萃取工艺条件为：萃取压力35 MPa,萃取时间2.5 h,萃取温度40℃,在此条件下,姜油树脂的萃取率为2.86%。[结论]该研究可为调味料科研工作者和生产厂家提供参考。     

我国磷石膏资源化利用现状及对策建议

介绍了我国磷石膏产排状况及其综合利用、资源分布情况。阐述了磷石膏产品更新状况,着重分析了磷石膏加工工艺技术革新情况,包括磷石膏制硫酸联产水泥生料集成粉磨的新工艺,磷石膏制备墙体砖的工艺,制备高品质磷石膏的湿法磷酸新工艺,硫磺分解磷石膏制硫化钙工艺,磷石膏制备硫酸钾工艺,正交法制备钾钙肥工艺等。分析了磷石膏资源化应用领域拓展状况,包括不同领域应用、用作土壤调理剂。从加强综合协调、增加税收和相关政策的支持力度、加大专项资金的支持力度、各级部门落实相关配套政策、完善行业标准体系几方面,提出了磷石膏综合利用建议。最后对磷石膏的开发研究方向进行了展望。