利用小麦秸秆制备的保水剂性能研究

[目的]以小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸制备保水剂,并检测各因素对保水剂吸水性能的影响,探索制备保水剂的最佳反应条件,以期制备出成本低,降解性好,保水性高的新型保水剂。[方法]采用水溶液聚合法制备保水剂,并通过单因素试验和正交试验来确定最佳反应条件,对合成产物的吸液倍率、保水性能和表观形态进行测定与表征。[结果]温度为70℃,去离子水用量为160ml,2.0%N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)用量为9ml,引发剂(过硫酸钾:硫代硫酸钠=3∶1)与丙烯酸单体比为2.0%,丙烯酸中和度为70%,反应时间为1h,合成的保水剂具有较高的吸水或盐水倍率,1g保水剂吸0.9%NaCl溶液41.2g/g,吸去离子水430.9g/g。红外光谱分析和电镜扫描结果表明,保水剂胶体接枝聚合成功,胶体具有良好的表面形态。[结论]制备的保水剂吸液速率快、重复吸水效果较好。保水剂在氯化铁溶液中吸水倍率最高,达到113g/g。复合离子溶液中,在离子浓度为1g/L时吸水倍率最高达57g/g。     

玉米秸秆和污泥共热解制备的生物质炭及其对盐碱土壤理化性质的影响

[目的]研究不同温度制备的玉米秸秆和污泥基生物质炭不同施加量对盐碱土壤基本理化性质的影响,为盐碱土改良及土壤污染物质的生态修复等方面的研究提供科学依据。[方法]以质量比5∶2的玉米秸秆和剩余活性污泥为原料,分别在300,350,400,450,500℃共5个不同温度条件下热解制备生物质炭,通过扫描电镜、元素分析和红外光谱对其性质及结构进行分析,并通过培养试验研究其对盐碱土壤基本理化性质的影响。[结果]随着热解温度的升高,生物质炭微观结构越发达,比表面积越大,表面官能团的种类和数量也产生了显著性变化;同时随着热解温度逐渐升高,生物质炭C含量不断增加,而O,H和N含量却逐渐降低;添加玉米秸秆和污泥共热解制备的生物质炭能够显著增加盐碱土壤中有机碳含量,而土壤中总氮、总磷、有效磷、速效钾含量变化幅度较小;水溶性盐含量降低明显;加入生物质炭后大幅度提高了土壤阳离子交换能力,添加量越大,阳离子交换量越大;但生物质炭对土壤pH值影响不大。[结论]玉米秸秆和污泥基生物质炭提高了土壤养分含量和肥力指标,降低了土壤盐碱性。玉米秸秆和污泥基生物质炭可用于盐碱土壤的改良。     

Greenhouse gas emissions in response to straw incorporation,water management and their interaction in a paddy field in subtropical central China

A field experiment was conducted to study the effects of combination of straw incorporation and water management on fluxes of CH₄, N₂O and soil heterotrophic respiration (Rh) in a paddy field in subtropical central China by using a static opaque chamber/gas chromatography method. Four treatments were set up: two rice straw incorporation rates at 0 (S1) and 6 (S2) t ha^?1 combined with two water managements of intermittent irrigation (W1, with mid-season drainage) and continuous flooding (W2, without mid-season drainage). The cumulative seasonal CH₄ emissions for the treatments of S1W2, S2W1 and S2W2 increased significantly by 1.84, 5.47 and 6.63 times, respectively, while seasonal N₂O emissions decreased by 0.67, 0.29 and 1.21 times, respectively, as compared to S1W1 treatment. The significant increase in the cumulative Rh for the treatments S1W1, S2W1 and S2W2 were 0.54, 1.35 and 0.52 times, respectively, in comparison with S1W2. On a seasonal basis, both the CO₂-equivalents (CO₂e) and yield-scaled CO₂e (GHGI) of CH₄ and N₂O emissions increased with straw incorporation and continuous flooding, following the order: S2W2>S2W1>S1W2>S1W1. Thus, the practices of in season straw incorporation should be discouraged, while mid-season drainage is recommended in paddy rice production from a point view of reducing greenhouse gas emissions.     

秸秆灰混凝土力学性能试验及强度预测

为了优化混凝性能,减少水泥产业耗能,尝试采用以部分秸秆灰替代水泥制备混凝土。该文通过试验对油菜秸秆灰混凝土拉压性能进行了研究,得到秸秆灰质量分数和水胶比对秸秆灰混凝土拉压性能的影响规律,如当秸秆灰质量分数增大时,混凝土拉压性能呈下降趋势;当水胶比过大时,混凝土力学性能急剧下降。同时提出秸秆灰混凝土抗拉性能与抗压性能间的线性函数关系以及混凝土轴心抗压强度计算公式,并与其他混凝土抗压强度公式进行比对验证。采用小波神经网络的预测方法,引入随机函数,对试验数据抽样进行训练,而后预测数据并与试验数据进行比对,计算误差,并将预测数据用于该文提出的拉压公式进行验证,结果表明验证较好。最后试验结果表明:当秸秆灰替代掺量为10%时,秸秆灰混凝土劈裂抗拉强度下降了25%,抗压强度仅下降了8%;当替代掺量为20%时,抗压强度下降了31%。     

秸秆热解炭化多联产技术应用模式及效益分析

通过秸秆热解多联产技术,能够将废弃的秸秆转化为燃气和生物炭等,既能提供清洁能源,改善用能结构,又能有效还田和固碳,具有较好的推广应用潜力。分析内加热式移动床生物质炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气联产技术、外加热式移动床生物质热解炭气油联产技术的工艺参数,提出了适宜自然村、村镇社区和规模化应用等3种不同规模用户的秸秆热解炭化生产技术应用模式,并以不同规模秸秆利用量为例,得到消耗每吨秸秆的纯利润分别为87、135和141元/t,销售利润率20%左右,温室气体碳排放交易可增加8%左右的纯收益,经济与环境效益良好。     

纳米SiO2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭的结构及除磷特性

将秸秆粉用氨基淀粉黏合剂均相包覆,并掺杂纳米二氧化硅(nano SiO_2),采用原位发泡、炭化处理技术制备成纳米SiO_2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭(掺杂纳米SiO_2秸秆多孔颗粒炭,nano SiO_2/AR-biochar)。通过透射电镜(transmission electron microscope,TEM)、热稳定性(thermogravimetry,TG)、扫描电镜-能谱扫描(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer,SEM-EDS)、比表面积与孔分析(Brunauer,Emmett and Teller,BET)、氮气吸附和压缩测试等技术手段对nano SiO_2/AR-biochar的孔结构特征、比表面积、微观形貌及压应力进行系统表征,并研究了nano SiO_2/AR-biochar对磷酸根吸附过程等温线及动力学模型。结果表明,掺杂nano SiO_2/AR-biochar孔结构分布匀称、比表面积大幅改善;TEM和SEM发现,掺杂nano SiO_2秸秆多孔颗粒炭材料的表面可形成类似海绵絮状结构,为炭材料提供较高的吸附位点;掺杂nano SiO_2可显著提高炭材料的机械压缩性能,当掺杂量为秸秆粉质量的6%时,压缩强度由3.89 MPa增加到7.96 MPa,增幅达104.6%。由于纳米SiO_2的掺杂,nano SiO_2/AR-biochar具有了更强除磷效果,且吸附过程符合准二级动力学模型,在短时间内(5 min)其吸附率可高达18.42 mg/g,体现了该掺杂纳米二氧化硅秸秆多孔颗粒炭具有良好的除磷特性。     

4JSM-2000型棉秆粉碎与残膜回收联合作业机的设计与试验

为提高新疆秋后棉地残膜回收机械化水平,解决传统残膜回收机械普遍存在的残膜回收率低、含杂率高、残膜易缠绕和作业效率低等问题,该文研制了一种可一次完成棉秆粉碎还田、残膜回收、残膜与棉秆及土等杂物分离作业的秋后棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机。该机使用锤片式粉碎装置和螺旋搅龙输送装置,作业时起膜齿将残膜揭起后堆积在起膜齿末端处;偏心滚筒式拾膜机构将残膜拾起并运送至卸膜机构,捡拾滚筒壁上的卸膜槽与卸膜叶片协调配合完成卸膜作业,卸膜叶片通过卸膜辊的高速旋转产生离心风力,使落入蜗壳壳体内的残膜沿风道进入残膜回收箱,完成残膜回收。田间试验结果表明,该机在作业速度为6.0 km/h时,作业效率为1.15 hm2/h、棉秆粉碎合格率为90.1%、残膜回收率84.4%、膜秆分离率87.3%,棉秆粉碎还田和膜秆分离效果较好。该机各项参数满足农艺要求,研究结果有利于解决棉田残膜污染问题。     

接种菌剂腐熟稻草育秧基质提高机插稻秧苗素质及产量

为探明稻草育秧基质在机插稻生产中的应用效果,该文以水稻土(CK)为对照,研究了接种自制腐秆菌剂的稻草基质(T1)、不接种腐秆菌剂的稻草基质(T2)2种基质理化性状及其对机插稻秧苗素质、机插质量及产量形成的影响。结果表明,T1、T2容重显著低于CK,含水量、孔隙度(通气孔隙度和持水孔隙度)和养分含量则显著高于CK;接种腐秆菌剂改善了稻草育秧基质的理化性状,可降低基质有机质含量、提高速效养分浓度及减小碳氮比(C/N)。与T2和CK相比,T1培育出的秧苗综合素质较好、机插质量高,有利于促进大田分蘖早生快发,同时增加了各时期叶面积指数、干物质质量及N、P、K吸收量,可形成较多的有效穗和充足的总颖花量,最终促进水稻高产的形成。T1产量比CK提高了4.37%,增产效果显著。可见,接种腐秆菌剂的稻草基质能满足水稻秧苗正常生长,与当前机插技术兼容性强,有利于提高机插稻产量及稻草的资源化利用,是一种较为理想的机插稻育秧基质。     

热解油水相酸洗-烘焙二级预处理改善玉米秸秆热解特性

烘焙和酸洗都是可提升生物质品质的预处理方法。烘焙可以脱除生物质中的氧,酸洗则可有效脱除碱金属及碱土金属,而氧和AAEMs对热解油的品质和产率均具有影响。该文研究了酸洗-烘焙两级耦合预处理对玉米秸秆热解特性的影响。试验用酸液取自热解联产联供示范项目热解油的水相部分,烘焙温度选取230、260、290℃。研究发现,酸洗预处理能够有效脱除AAEMs,对K、Na、Mg脱除率分别达到97.53%、81.38%、84.86%。两级预处理能明显降低O/C;酸洗-290℃烘焙半焦相比玉米秸秆原样,O/C降低了25.32%。两级预处理能明显削弱烘焙对热解油产率的不利影响,酸洗-290℃烘焙半焦相比290℃烘焙半焦,其热解油产率提高127.66%;两级预处理显著提高了热解油中糖类的含量,同时降低了酚类和酸类的含量;对酸洗-290℃烘焙半焦,其热解油中糖类含量高达45.89%,酚类和酸类则低至9.76%和6.31%。其他化学组成如酮类和呋喃类的含量存在一定程度的下降,醛类含量则有小幅度的提升。该文提出的利用热解联产联供示范项目热解油的水相部分对秸秆进行酸洗,并结合烘焙的两级预处理方法可为对生物质热解提供参考。     

大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。