纳米二氧化硅在稻秸上的形态分布及制备工艺

为了实现农作物稻秸的多层分级利用,采用扫描电子显微镜和X-射线能谱分析仪分析硅在稻秸单元表面的存在形式和分布形态,并进一步利用稻秸制备成微纳米二氧化硅,探讨热解温度(575、675、775℃)和热解时间(2、4h)对二氧化硅得率和粒径的影响。研究表明,硅主要以二氧化硅的形式存在于稻秸表面的颗粒物区,质量分数达12.8%。热机械处理可以减小硅的粒径。在相同的热解温度下,热解时间从2h增加到4h,二氧化硅颗粒粒径逐渐增大,并且使纳米二氧化硅得率保持在8%以上。。在相同的热解时间下,热解温度上升使得二氧化硅粒径变大。球磨处理可以改善二氧化硅颗粒的团聚现象,并且使粒径从18.94μm下降到6μm以下,处于小于100nm的比例增多。研究结果为以稻秸为原料制备纳米二氧化硅提供参考。     

聚磷酸铵改善稻秸-高密度聚乙烯复合材料的理化性能

为了实现稻秸的资源化利用,以稻秸为增强相、高密度聚乙烯（high density polyethylene,HDPE）为基体相、聚磷酸铵（ammonium polyphosphate,APP）为阻燃剂制备了稻秸-HDPE复合材料,并利用热重分析仪、锥形量热仪和力学性能测试仪,探讨APP的添加量（0、8%、10%、12%）对复合材料热性能、阻燃性能和力学性能的影响。1）热分析结果表明：当增强相的质量分数为30%,HDPE的质量分数为70%时,以稻秸为增加相的复合材料初始分解温度和热解峰温低于以木材为增加相的复合材料,但残余率较高。当在稻秸-HDPE复合材料中添加10%～12% APP时,会促使稻秸-HDPE复合材料提前发生热降解,使得初始分解温度向低温方向移动8～9℃,并且APP的加入提高了稻秸-HDPE复合材料的热解峰温和残余率。2）阻燃性能结果表明,当增强相的质量分数为30%,HDPE的质量分数为70%时,稻秸-HDPE复合材料的阻燃性高于木材-HDPE复合材料。当在稻秸-HDPE复合材料中添加APP时,稻秸-HDPE复合材料的阻燃性能进一步提高。当APP添加量为12%时,稻秸-HDPE复合材料的平均热释放速率、热释放速率峰值和总热释放量达到133 kW/m2、357 kW/m2和105 MJ/m2,比未添加APP时分别降低了20.4%、20.7%和11.0%,氧指数达到23%,比未添加APP时增加了12.7%。3）力学性能表明,当增强相的质量分数为30%,HDPE的质量分数为70%时,稻秸-HDPE复合材料的韧性高于木材-HDPE复合材料,APP的加入使得稻秸-HDPE复合材料的韧性得到提高,而弯曲强度、拉伸强度几乎没有影响。研究结果为以稻秸为增强相制备阻燃型木塑复合材料提供参考。     

葵花籽壳纳米纤维素制备工艺优化及其表征

为了充分利用葵花籽的工业生产副产物,该文以葵花籽壳为原料,采用硫酸水解法制备葵花籽壳纳米纤维素。通过单因素试验研究了酸解温度、酸解时间、硫酸质量分数和液料比4个因素对纳米纤维素得率的影响,应用响应面法对工艺参数进行优化,并对制备得到的纳米纤维素进行了透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)和X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)等分析。结果表明:当酸解温度为42℃、酸解时间为83.71 min、硫酸质量分数为59.97%、液料比为12.33:1时,预测得出纳米纤维素得率为31.67%,验证试验纳米纤维素得率为31.31%。制备的葵花籽壳纳米纤维素呈棒状,直径为10~30 nm,长度为150~300 nm,仍然具有纤维素的基本化学结构,结晶度较高,属于典型的纤维素Ⅰ型结晶结构。该文研究结果可以为葵花籽的综合利用提供参考。     

CeO2纳米颗粒催化柴油燃烧氧化特性分析

为了深入了解柴油中添加Ce O2纳米催化剂后生成颗粒的氧化特性,该文配制了Ce O2质量分数分别为0、50、100 mg/kg的纳米催化燃油,利用微粒分级采样装置采集柴油机燃用3种燃料生成的颗粒样品,采用扫描电镜研究了Ce O2质量分数对颗粒形貌特征的影响,通过热重分析方法研究了升温速率、Ce O2质量分数对颗粒氧化特性的影响并采用Coast-Redfern方法计算了颗粒的活化能。结果表明:颗粒群为团簇状结构,粒径范围在20~70 nm之间;随着Ce O2质量分数增加,颗粒平均粒径减小,粒径向小粒径方向移动,计盒维数增大。随着升温速率的增加,颗粒氧化过程出现滞后现象,氧化反应区域变宽,初始氧化温度、峰值失重温度和氧化终止温度增高,失重率峰值变小。升温速率对颗粒反应活化能影响较小。升温速率相同时,随着Ce O2质量分数的增加,颗粒的反应活化能、初始氧化温度、峰值失重温度和氧化终止温度均降低,Ce O2质量分数越高,降幅越大。Ce O2纳米催化剂添加到柴油后,使颗粒粒径变小,并能促进颗粒的氧化,降低颗粒起燃温度,可有效降低柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生温度和延长再生周期,对柴油机排气净化具有重要的意义。     

纤维素酶解预处理辅助超声法制备竹浆纳米纤维素

为了研究绿色、高效制备纳米纤维素(cellulose nanofibrils,CNF)的方法,该研究采用纤维素酶预处理竹浆协同超声波法制备纳米纤维素,对影响纳米纤维素得率的酶用量、酶解温度、酶解时间、超声时间等因素进行考察,得到纳米纤维素的较佳制备工艺。采用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)、傅里叶红外光谱仪(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、旋转流变仪、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、紫外可见分光光度计以及热重分析仪(thermogravimetric analyzer,TGA)对纳米纤维素的形态结构、流变性能、结晶度、热稳定性等进行表征。结果表明,在酶用量8%(纤维素酶/竹浆纤维质量比)、酶解温度50℃、酶解时间10 h、超声时间6 h的条件下制备的纳米纤维素得率高达62.6%。制备得到的纳米纤维素直径约为2~24 nm,长度约为50~450 nm,结晶度为73.05%。热重分析表明,纳米纤维素在700℃后仍有高达15.3%的残余率,说明纳米纤维素的制备条件温和,对结晶区的损害较小,其良好的热稳定性有望在耐热性生物质复合材料领域有较好的应用发展。     

纳米SiO2–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料制备及其性能研究

【目的】聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol,PVA) 作为缓释肥包膜材料具有价格低廉、透性好、环保、少残留的优点,但耐水性能差,制成包膜肥料进入土壤后缓释效果不持久。γ聚谷氨酸 (γ-PGA) 是一种原料易得的肥料增效剂,利用纳米二氧化硅 (nano-SiO₂) 和γ-PGA对聚合物PVA进行改性,并用改性后的PVA制备了缓释材料,优化nano-SiO₂、γ-PGA和戊二醛的配比参数。【方法】试验采用三因素三水平L₉(33) 正交设计,三因素三水平是PVA浓度 (因素A) 4%、6%、8%,γ-PGA与PVA的质量配比 (因素B) 0.8∶3、1∶3、1.2∶3,戊二醛占PVA与γ-PGA体积之和比例 (因素C) 0.1%、0.2%、0.3%,以不添加戊二醛的9个处理做对照。用有机高分子聚合法制备复合膜,分析了不同原料配比制备的膜材料的吸水性和渗透性能,找出最优原料配比。在此基础上,在上述包膜材料中分别加入5、10和20 g/kg的nano-SiO₂和少量无水乙醇制成复合膜,测定复合膜材料的吸水率、渗透率,分析了膜的红外光谱特征和表面微观结构变化,探讨其改性成膜机理。【结果】加入交联剂戊二醛后,复合膜材料的吸水率和渗透率均显著降低。当PVA浓度为4%,γ-PGA与PVA质量比为1.2∶3,戊二醛体积分数为0.3%时,复合膜材料的吸水率最低,为118%,铵离子和水的渗透率分别比对照降低了46.8%和23.0%。添加nano-SiO₂后,各处理膜的吸水率均随nano-SiO₂添加量的增加呈现先升高后降低的变化,当添加量为20 g/kg时,复合膜材料吸水率和NH₄+渗透率最低,与不加nano-SiO₂相比,复合膜材料吸水率和NH₄+渗透率分别降低了6.8%～38.2%和23.8%～53.2%,而水渗透率增加了38.4%～67.7%。红外分析光谱结果表明,PVA和γ-PGA反应生成醚键;添加nano-SiO₂处理的―OH伸缩振动峰变宽,透过率增加,并且出现了Si―O―Si摇摆振动和反对称伸缩振动;同时,从官能团特征看出复合膜中仍存在未反应的γ-PGA。扫描电镜结果显示纳米SiO₂–聚乙烯醇–γ聚谷氨酸复合膜材料的表面更光滑,致密均一,这可能是包膜材料能减缓氮素释放的主要原因。【结论】nano-SiO₂与PVA、γ-PGA、戊二醛分子结合生成的交联纳米复合膜材料亲水基团数目减少,膜材料吸水率降低,提高了包膜材料的缓释性能,更适用于颗粒肥料包膜。膜材料中存在的游离γ-PGA可以继续发挥肥料增效剂的作用。     

适量木炭粉改善环氧树脂复合材料热/力学性能

为了充分利用木材炭化物,扩大其在复合材料等方面的应用范围,该文采用炭化后的木粉(木炭粉)和环氧树脂,通过模压工艺制备了木炭/环氧树脂复合材料。借助扫描电镜、万能材料试验机、动态热机械分析仪和维卡软化点测量仪等研究木炭粉质量分数对木炭/环氧树脂复合材料弯曲性能、冲击强度、动态力学性能以及耐热性的影响。在环氧树脂中,环氧树脂、反应性稀释剂和固化剂质量比为3∶2∶5;在木炭/环氧树脂复合材料中,木炭粉质量分数分别为0,5%,10%,20%,30%和40%。复合材料固化温度和时间分别设定为100℃和3 h。结果表明,添加木炭粉能有效增强环氧树脂力学性能:与纯环氧树脂相比,弯曲强度和冲击强度最高增加了278%和135%。动态力学性能结果证实随着木炭粉质量分数的增加,复合材料的储能模量和玻璃化转变温度(Tg)也逐渐增加。此外当木炭粉质量分数从0增加到40%时,复合材料的耐热性逐渐提高;维卡软化点从81.2℃提高到274℃。研究结果为,当木炭粉质量分数在10%时,环氧树脂/木炭复合材料具有较佳的力学性能和较好的耐热性能,为木炭在复合材料领域中的应用提供有益的借鉴。     

温度对纤维素半纤维素和木质素热解炭理化性能的影响

生物质炭是由生物质在缺氧或无氧的情况下,经高温慢速热解产生的一类难熔的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质,在能源、农业、环境和材料领域有广阔的应用前景。该文以纤维素、半纤维素和木质素为原料,采用程序控温管式炉,在不同的热解温度条件下(250、350、450、550、650、750和850℃)制备生物质三组分炭材料,并利用元素分析仪、量热仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、核磁共振波谱仪(13C NMR)、热重分析仪(TG)和扫描电镜(SEM)等仪器对其物理化学性能进行表征,研究热解温度对生物质三组分炭材料理化性能的影响。结果表明:随着热解温度增加,生物质三组分炭的质量产率和能量产率都呈下降的趋势,纤维素炭、半纤维素炭和木质素炭的质量产率分别从94.23%、63.06%和87.14%减少至17.01%、20.67%和41.40%,能量产率分别从94.23%、55.7%和77.82%减少至58.69%、12.91%和31.09%。随着热解温度增加,生物质三组分炭中C元素的含量逐渐增加,而H元素、O元素、H/C、O/C的含量逐渐减少,尤其在250～450℃范围内下降最为显著。随着热解温度增加,FTIR分析表明-OH、-CH3、-CH2、C=O、C=C、苯环骨架、C-O、C-H等官能团含量显著下降,并且在高温热解时红外曲线几乎变为直线。随着热解温度增加,XRD分析表明生物质三组分炭中的三斜晶系(Iα)和单斜晶系(Iβ)衍射峰的强度逐渐降低,而石墨化微晶碳的002衍射峰和101衍射峰的强度逐渐增加;13CNMR分析表明生物质三组分炭中的烷基碳、含氧烷基碳和羧基碳含量逐渐减少,而芳基碳的含量则显著增加,证明高温有利于类石墨化结构形成。随着热解温度的增加,纤维素炭和半纤维素炭的热失重率逐渐下降,而木质素炭的热失质量率逐渐增加,三组分炭的热失质量峰值往高温一侧移动。随着热解温度的增加,生物质三组分炭的颜色逐渐加深,其中纤维素炭发生皱缩现象,其直径不断减小,半纤维素炭发生熔融和发泡现象,变为薄片状的炭材料,木质素炭的孔结构变得更加发达,并且出现球状的金属结晶体。该文研究结果可为生物质炭的制备和应用提供基础数据。     

纳米ɑ-Fe_2O_3改性聚乙烯醇基蜂蜡复合涂膜材料工艺优化

为有效的提高聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)的成膜后阻湿性能,该研究采用乳化剂聚甘油酯和单甘酯复配乳化蜂蜡使其与PVA形成稳定的乳液。在PVA基膜材料中添加了蜂蜡及纳米α-Fe2O3,利用单因素试验确定了响应曲面试验的因素水平,从而使用响应面试验研究了两者之间对成膜透湿率的影响和交互作用。结果表明:随着蜂蜡添加量增加纳米α-Fe2O3添加量临界值降低且有效降低成膜透湿率,所以这2种材料之间存在明显的交互作用(P0.05)。回归优化的最优组蜂蜡添加量为0.739 g/100mL,纳米α-Fe2O3添加量为0.04 g/100mL时透湿率达到最低点,比对照组膜降低了73.76%(P0.05)。优化的膜材料具有明显的抑菌效果,在光催化条件下,能使大肠杆菌菌落总数下降1个数量级。     

纳米复合相变蓄冷材料的制备及蓄冷特性分析

针对生鲜冷链物流领域冷藏运输温度要求,通过差示扫描量热仪（DifferentialScanning Calorimeter,DSC）对甘氨酸、山梨醇、甘露醇、氯化钾进行筛选,经优化后配置出主储能为0.6mol/L甘氨酸+0.1mol/L山梨醇（命名为TA2）,以此体系为基液添加纳米二氧化钛和纳米氧化铝,并添加高吸水性树脂（Super Absorbent Polymer,SAP）对防泄漏现象进行优化,探究添加纳米粒子后复合相变蓄冷材料的相变潜热和热循环稳定性。将该复合材料应用于自制保温箱,以水晶梨为试验对象进行了蓄冷箱保冷特性试验,对比蓄冷保温箱载货与空载情况下箱内各点的温度变化,综合考虑蓄冷保温箱内蓄冷剂侧面布置和顶层布置加侧面布置这两种摆放方式对保冷性能的影响。结果显示,添加质量分数为0.5%的纳米二氧化钛粒子可使基液的导热系数达到最大值,经优化的最终材料为TA2+0.5%TiO2 + 0.25%SAP,相变潜热为294.57 J/g,Onset温度为-5.8 ℃,经过200次循环试验,复合材料热性能稳定。蓄冷剂以侧布加顶布的摆放方式下的大部分箱内空间平均温度为1.9 ℃,可在0～5 ℃保持480 min,温度场更均匀,利于保持生鲜产品新鲜度。研究结果为相变材料在生鲜冷链物流中的研制及应用提供参考。     

不同含水率黏重黑土与触土部件互作的离散元仿真参数标定

为了获得可用于东北地区黏重黑土与触土部件相互作用的离散元仿真模拟参数,该文利用EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型对不同含水率的东北地区黏重黑土进行相关参数标定,针对含水率在10%～20%的实际作业环境,分别配置含水率为12.46%±1%和17.15%±1%的2种黏重黑土,以土壤颗粒间的滚动摩擦系数、恢复系数、表面能参数及静摩擦系数为标定对象,并以土壤颗粒的仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken的响应面优化方法得到堆积角回归模型,并对回归模型进行寻优,得到2种含水率的模型参数优化解,并给出了模型参数范围。测定了4种含水率下黏重黑土对3种触土部件材料(65Mn、UHMW-PE和PTFE)的静摩擦系数,并以此为基础分别对65Mn(典型铁基材料)和PTFE(典型低表面能材料)板进行斜面试验,以含水率为17.15%±1%的黏重黑土为试验对象,分别搭建斜面物理试验平台和仿真模型,以土壤颗粒与触土部件材料之间的滚动摩擦系数、恢复系数、表面能参数及静摩擦系数为标定对象,以仿真得到的土球在65Mn和PTFE板上的滚动距离为响应值,基于响应面优化法得到滚动距离回归模型,以实测的滚动距离为目标对回归模型进行寻优,得到黏重黑土对2类典型触土部件材料接触模型参数的优化解。研究结果表明,标定优化后的土壤模型能够近似代替真实的东北地区黏重黑土进行仿真,可利用标定后的参数进行黏重黑土与触土部件间的离散元仿真,可为东北黏重黑土作业条件下的农业机械触土部件仿生减阻设计与优化提供基础数据。     

Influence of thermal processing conditions on acrylamide generation and browning in a potato model system

Fried potato products such as French fries and chips may contain substantial amounts of acrylamide. Numerous efforts are undertaken to minimize the acrylamide content of these products while sensory properties such as color and flavor have to be respected as well. An optimization of the frying process can be achieved if the basic kinetic data of the browning and acrylamide formation are known. Therefore, heating experiments with potato powder were performed under controlled conditions (moisture, temperature, and time). Browning and acrylamide content both increased with heating time at all temperatures and moisture contents tested. The moisture content had a strong influence on the activation energy of browning and acrylamide formation. The activation energy strongly increased at moisture contents below 20%. At higher moisture contents, it was very similar for both parameters. At low moisture contents, the activation energy of acrylamide formation was larger as compared to the one for browning. This explains why the end of the frying process is very critical. Therefore, a lower temperature toward the end of frying reduces the acrylamide content of the product while color development is still good.     

三重耦合改性防止水基聚合物包膜肥料粘连并延缓释放

  【目的】  水基聚丙烯酸酯价格低廉、成膜性好,具有作为控释肥料包膜材料的潜力,但其玻璃转化温度低和耐水性差,导致用其制备的包膜控释肥料颗粒容易相互粘连并且养分释放过快。本研究旨在通过改性措施防止水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料的粘连,并提升其控释性能。  【方法】  选用易获取且价格低廉的3种改性剂纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷,通过简单的物理混合方式对水基聚丙烯酸酯进行耦合改性。采用动态热机械性能测定了改性前后包膜材料的玻璃转化温度和储能模量,采用接触角仪和水蒸气渗透装置分别测定了包膜的水接触角和水蒸气渗透率,采用静水溶出法测定了控释肥料的养分释放特征。为了更好地比较耦合改性的效果,将未改性的丙烯酸酯 (PA)、纳米二氧化硅单独改性的丙烯酸酯 (PA+Silica)、FeⅢ-单宁酸配合物单独改性的丙烯酸酯 (PA+Fe) 和十六烷单独改性的丙烯酸酯 (PA+HD)作为对照,分析了包膜材料性质改变对控释肥料养分释放特征的影响。  【结果】  耦合改性后包膜的玻璃转化温度提升了4.4℃,?70°C的储能模量提升了72.2%,水接触角提高了22°,水蒸气渗透率降低了13.6%。以上包膜材料性质的改变不但有效防止了控释肥料的粘连,也将其初期溶出率从未改性的38.29%降低到2.04%,控释期从未改性的8天延长到52天,释放模式也从和作物养分需求不匹配的“倒L”型变为和作物养分需求相匹配的“S”型。耦合改性改善包膜肥料粘连现象的原因为耦合改性将包膜材料的玻璃转化温度从20.40℃提升到了24.80℃。相关分析表明,包膜肥料初期溶出率的显著降低主要是因为FeⅢ-单宁酸配合物所降低的水蒸气渗透率和纳米二氧化硅所提高的玻璃转化温度和储能模量,而控释期的延长主要是由于十六烷所带来的水接触角的上升。  【结论】  采用纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷耦合改性水基聚丙烯酸酯后,有效防止了控释肥料的粘连,显著提升了控释性能,并且该改性方式易于应用到工业生产中,是一种可行的水基聚合物包膜材料的改性方法。     

不同含水率对谷子籽粒压缩力学性质与摩擦特性的影响

为了探明不同含水率谷子籽粒的物理机械性质,减少谷子籽粒在播种、碾米加工及储运等过程中受到压缩载荷及摩擦而产生的机械损伤,该文针对不同含水率的谷子籽粒进行压缩力学性质与摩擦特性试验。研究了谷子籽粒的挤压破碎过程,获得不同含水率谷子籽粒的力-位移（变形）曲线,破坏力、变形量及破坏能。随着含水率升高,破坏力减小,变形量和破坏能呈现先降低后升高的变化规律。同时采用赫兹接触理论,得到谷子籽粒单向表观弹性模量和许用挤压应力,结果表明二者都随含水率升高线性降低。分别测定了谷子籽粒与钢板和铝板间的滑动摩擦系数,随含水率升高,谷子与该2种材料的摩擦系数均增大,且与铝板的摩擦系数要高于钢板。根据试验结果,分别拟合得到了压缩和摩擦力学性能指标与谷子含水率的关系方程,为谷子播种、仓储、加工等装备设计及参数优化提供了基础依据。     

不同含水率蚯蚓粪颗粒物料流动性研究

蚯蚓粪是有机固体废弃物经蚯蚓过腹处理后排出的特殊物料,由于含水率高达40%～60%的同时又能够保持散体细小颗粒的状态,导致流动性参数难以通过常规测试手段得到。为给蚯蚓粪收集、分离、运输等不同阶段机械化作业提供有效的运动摩擦参数,探究含水率变化对蚯蚓粪颗粒流动性参数的影响。研究通过堆积角试验与离散元仿真(Discrete element method,DEM)堆积角虚拟试验相结合的方法,从数值上量化分析了基于牛粪转化后不同含水率25%～65%蚯蚓粪物料的滚动摩擦参数与物料黏结能力。结果表明,显著影响蚯蚓粪堆积角的因素为蚯蚓粪-蚯蚓粪滚动摩擦系数,蚯蚓粪-不锈钢滚动摩擦系数,蚯蚓粪的JKR表面能(Johnson Kendall Roberts surface energy)。随着含水率的增加,蚯蚓粪-蚯蚓粪的滚动摩擦系数由0.135下降至0.110,蚯蚓粪-不锈钢滚动摩擦系数由0.116下降至0.102,两者呈现小幅度下降,内摩擦角由45.81°降至26.10°,而JKR表面能由0.179 J/m~2增加至0.345 J/m~2,增幅显著。含水率低于50%时,随着含水率增加,物料滚动摩擦系数减小,内摩擦角减小,一定程度上有利于物料滚动流动;含水率超过50%时,由于表面能增高,内聚力增大,蚯蚓粪物料之间易发生物料黏结团聚,一定程度上又会阻碍蚯蚓粪的翻滚运动。     

中国多元林草原料生物质资源分布及醇类利用指标分析

中国林草原料资源丰富,对其分布的整理不仅有助于推动林草原料的综合利用,也有助于解决林草废弃物带来的环境问题。因此,该研究根据中国大陆地区的地理经纬度,对全国范围内的代表性林草原料进行了分区梳理,并筛选出了各地区的优势林草作物。对多元林草原料的分布与组成特性,水分、挥发分、纤维素含量、半纤维素含量、C元素含量、O元素含量、热值等进行了共性和个性指标的整理,确定了多元林草原料组成与结构分析的数据库检索字段。华东地区甜菜并不适宜作为生物质醇类利用中林草原料,氧元素含量较其他林草原料高出46%,玉米秸秆和水稻秸秆中O元素含量较低,适宜作为生物质醇类利用中林草原料;大豆中纤维素含量明显较低,比其他林草原料低40%,西南地区玉米秸秆高于其他林草原料;西北地区黑麦草和华东地区华南地区甘蔗的比热容值较高,在3.2～4.8J/(kg·K),其他能源草比热容值多处于0.8～2.4J/(kg·K)。深入分析各地区代表性林草原料作为醇类利用的指标,探讨多元林草原料的物理性质、化学组成、工业组成、元素组成以及醇类利用潜力的差异性、变异性和相关性。该研究为中国多元林草醇类利用提供了重要的基础支撑和数据参考。     

疏解棉秆的微波干燥动力学及能耗分析

为了研究疏解棉秆微波干燥过程中装载量对干燥时间、干燥速率、干燥效率以及单位能耗的影响,该试验采用微波频率为2 450 MHz,输出功率为1 k W的微波干燥设备,装载量范围在34~200 g的疏解棉秆进行干燥。结果显示:干燥过程经过一个短暂的升速后较长时间处于降速阶段;采用7种常见薄层干燥模型对干燥数据进行非线性拟合,通过比较决定系数、均方根误差、离差平方和,发现Midilli模型是表述疏解棉秆微波干燥的最优模型,干燥系数随着装载量的增加而减小;装载量从34 g增加到200 g时,干燥时间也随之从10 min增加到20 min;疏解棉秆的水分有效扩散系数随着装载量的增加而减小,其平均值介于1.8078×10-8~4.1997×10-8 m2/s,同时基于Arrhenius方程,求得平均活化能为4.82 W/g;装载量在34~200 g时,通过提高装载量能够提高微波干燥效率(7.52%~19.78%),同时降低微波干燥的单位能耗(12.49~35.90 MJ/kg)。研究结果为棉秆的干燥和工业化生产提供参考。     

紫色土埂坎根-土复合体土水特性与抗剪强度

研究根-土复合体土-水特征曲线与抗剪强度的关系,可为紫色土埂坎根-土复合体强化机理的揭示与埂坎稳定性的维持提供科学依据。选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎草本植物根—土复合体为研究对象,结合Hyprop2土壤水分特征曲线测量仪、滤纸法与直剪试验,拟合土-水特征曲线,揭示基质吸力对根-土复合体抗剪强度的影响。结果表明:(1)根-土复合体土-水特征曲线明显分为边界效应区、过渡区与非饱和残余区,3种常用模型(B-C、VG、F-X)中F-X模型拟合该曲线效果最好,根-土复合体饱和含水率、进气吸力、残余区含水率以及相同体积含水率下的基质吸力均高于素土。(2)随着体积含水率降低,根-土复合体黏聚力先增大后减小,试验范围内黏聚力最大值51.25 kPa出现在体积含水率约23%时,内摩擦角则线性增大。相同体积含水率下,根-土复合体黏聚力较素土最大增加50%,内摩擦角提升不大。(3)基质吸力对根-土复合体抗剪强度的增强作用具有阶段性特征,各阶段临界吸力值与土-水特征曲线一致,过渡区(基质吸力为3~500 kPa)土体抗剪强度提高明显,进入非饱和残余区后(基质吸力>500 kPa)由于黏聚力下降,土体抗剪强度增速减慢,根-土复合体抗剪强度随基质吸力增大而提升的幅度大于素土。通过建立埂坎根-土复合体土-水特征曲线和抗剪强度的关系,可估测实际工况下的埂坎土体抗剪强度,进而为坡耕地埂坎的建设、维护管理以及坡耕地侵蚀阻控提供理论依据。     

堆积碎石土中细小黏粒的细观孔隙特征

孔隙特征(多孔性、变异性、复杂性)对雨水入渗的具有重要影响。应用图像处理技术对具有级配代表性的湖南省湘潭市昭山区某堆积碎石土斜坡中细小黏粒的细观孔隙特征进行了试验研究。研究结果表明,相同质量的细小黏粒土体的孔隙度与含水率存在二次曲线关系,试验土体在含水率为10.41%时压实性最好;孔隙数目、孔隙复杂度以及孔隙变异度随着含水率的增加而减小,表明含水率越小孔隙的扭曲程度越高,孔隙就越复杂,且孔隙数含量越多,越有利于表层雨水下渗;不同含水率下孔隙定向角在10°~20°,50°~60°,100°~110°,140°~150°这4个方位上分布相对密集,且含水率越小,孔隙定向性相对较明显;孔隙定向角分布具有辐射状,含水率为15%时最为明显,有利于水分的水平渗透迁移。