玉米秸秆皮单板层积材制备工艺优化

为将组分分离后的完整玉米秸秆皮用于人造板生产,该文以去除表皮层后的完整玉米秸秆皮为原料,以异氰酸酯胶为胶黏剂进行了玉米秸秆皮层积材的制备试验,并分析取样高度、施胶量、热压温度、热压时间等工艺条件对玉米秸秆皮层积材物理力学性能的影响。结果表明,利用穗位部及根部位置玉米秸秆皮制备的板材的性能,除内结合强度较小外,其他性能优于穗位部以上位置玉米秸秆皮制备的板材(P0.01);随着施胶量的增大,静曲强度、弹性模量、内结合强度等力学性能显著增大(P0.01),其吸水厚度膨胀率和吸水率都呈减小趋势;在热压温度为150℃、热压时间为6 min时,玉米秸秆皮层积材的力学性能较好,但随着热压时间的增大,其吸水厚度膨胀率和吸水率都增大。在取样高度为玉米秸秆的根部、施胶量为12%、热压温度为150℃、热压时间为6 min最优工艺试验条件下,玉米秸秆皮层积材达到了GB/T20241-2006《单板层积材》、LY/T1611-2003《地板基材用纤维板》的使用要求。该研究为玉米秸秆皮材料化利用及其制板工艺优化提供了理论基础与技术依据。     

异氰酸酯改性大豆油基木材胶黏剂的制备与性能

环氧大豆油丙烯酸酯（Acrylated Epoxidized Soybean Oil, AESO）具有原料来源丰富、环境友好、耐水性好等优点,以AESO为原料制备新型无醛木材胶黏剂是降低当前甲醛系胶黏剂用量的重要途径。针对AESO同时含双键、羟基和环氧基的结构特点,以六亚甲基二异氰酸酯（Hexamethylene Diisocyanate, HDI）为改性剂、过氧化苯甲酸叔丁酯为自由基引发剂,制备了改性大豆油基木材胶黏剂及其杨木胶合板材,分析了胶黏剂的化学结构、流变性、固化行为、胶合机理及其对胶合板物理力学性能的影响。结果表明：HDI改性后的胶黏剂具有更高的交联密度、内聚力和胶接力,其杨木胶合板的耐水胶合强度可达1.18 MPa;HDI可与AESO的羟基、环氧基反应生成氨基甲酸酯结构,同时HDI的加入降低了AESO树脂的黏度和最大固化温度,提高了胶黏剂的加工性能;HDI改性显著提高胶合板的物理力学性能（P<0.05）,当HDI与AESO的质量比为1∶9时,胶合板的横向静曲强度和弹性模量分别为57.6和5 920 MPa,且板材在120°C下2 h不开裂。该研究为以生物质大豆油为原料制备无醛胶黏剂提供了一种可行路径,有利于木材工业的绿色与可持续发展。     

杨木炭胶合成型速燃炭的制备与燃烧性能

为了研究了胶黏剂的类型、胶炭比、引燃剂的种类和添加量、成型压力、成型时间等因素对速燃炭燃烧性能的影响,该文利用杨木屑经炭化后得到杨木炭,以杨木炭为主要原料,添加适量不同种类的胶黏剂和引燃剂制备速燃炭。结果表明：将胶黏剂A和杨木炭以质量比为0.6︰1的胶炭比混合,并添加占杨木炭质量分数为5%的硝酸钾,在25 MPa的成型压力下保持2 min,制备出的速燃炭有较好的速燃效果。不仅具有一定强度,燃烧时无毒、无烟、无味,并能在 5 s内快速点燃速燃炭。速燃炭的抗压系数达8.60 N/mm2,燃烧剩余物的质量分数为6.33%,燃烧时间可持续11.20 min/g,热值达到35 762.76 J/g。该研究可为粉末燃料的成型胶黏剂研制提供依据。     

棉花秸秆双支撑切割性能试验

针对现有往复式切割器切割收获棉花秸秆过程中存在切割质量差与切割刀片易损坏等问题,该文利用自制的棉花秸秆切割试验台和高速摄影系统,以棉秆单位直径最大切割力和单位面积切割功为目标值,对平均切割速度、切割倾角和切割速比等影响因素进行了棉秆往复式双支撑切割条件下的单因素试验、中心组合试验和验证试验。利用响应面法对中心组合试验数据进行了处理,建立了目标值与各影响因素之间的回归模型,优化了往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数。试验结果表明,平均切割速度和切割倾角对棉花秸秆单位直径最大切割力和单位面积切割功的影响显著(P0.01),切割速比影响不显著(P0.05),但切割速比对棉秆切割截面的质量具有重要影响;当切割速比为1.25和1.5时棉秆一次切断率为85%,比切割速比为1、1.75和2时高出10%~15%,割茬高度比切割速比为1、1.75和2时低10~30 mm;利用往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数的最佳组合是:平均切割速度为0.9 m/s、切割倾角为12.7°、切割速比在1.25~1.5之间,该条件下的棉秆切割性能目标值的平均实测值与预测值的误差均小于7%,表明棉花秸秆往复式双支撑切割器工作参数的优化结果可靠。该研究为高效、低耗的棉花秸秆切割收获机械装备及其切割器的研制和使用提供参考。     

秸秆生化培养剂发酵稻草安全性的试验研究

本研究结果表明：急性毒性试验一次投灌剂量达到了国际认定的“食品毒性六级分级标准”规定的实际无毒级（２级）。在亚急性毒性试验中,各组的血液生理参数、红、白细计数,血红素含量均正常;血清尿素氮、肌酐、谷—丙转氨酶,直接及间接胆红素、球蛋白、白蛋白等血液生化参数均在正常值范围。大体剖解未见异常病变。采取心、肝、脾、肺、肾、淋巴结、园小囊、隐突、大肠、小肠等脏器,用１０％的甲醛固定,石蜡切片,Ｈ·Ｅ染色及Ｃａｊａｌ硝酸银染色,显微镜下观察,未见异常组织病变。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送性能试验分析

针对螺旋输送装置输送农业纤维物料功耗大、生产率低、效率低等问题,该文分析了螺旋输送装置的输送性能指标和螺旋叶片受力,找出了影响叶片受力的主要因素。利用自行研制的压力测试系统和功耗测试系统对螺旋叶片受到的压力和输送装置的功耗进行了测试。针对螺旋叶片所受压力、输送功耗、生产率和输送效率等输送性能指标,研究了螺距、螺旋轴转速和喂入量对输送性能的影响。结果表明,在喂入量70 kg/min、螺旋轴转速58 r/min、螺距160～300 mm的范围内,当螺距250 mm时平均输送功耗最低,为294.63 W;螺距为300 mm时输送效率和生产率最高,分别为90%和58 kg/min。在螺距250 mm、喂入量70 kg/min、转速58～148 r/min的范围内,当转速117 r/min时生产率最高,为65 kg/min。在螺距250 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量10～70 kg/min的范围内,当喂入量70 kg/min时生产率最高,为42 kg/min。该研究为研制适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置提供了参考。     

环模秸秆成型机压辊半径的优选与试验

生物质致密成型技术是生物质能转换的方式之一,秸秆成型机是生物质秸秆致密成型的主要机械。目前,环模秸秆成型机的机械效率较低,在研究环模秸秆成型机机械效率的过程中发现草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值与成型机的机械效率成正比关系。该文通过matlab软件计算出在不同压辊半径与环模半径比值时环模秸秆成型机的草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值,并绘制了其变化曲线,得出在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,成型机的机械效率达到最高,为85.82%。验证了在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,生产率达到最高值为2.28t/h。研究结果可为秸秆成型机压辊半径的优化选取提供理论依据。     

掺玉米秸秆脲醛缩合物的制备及缓释性能研究

以尿素和甲醛为原料,玉米秸秆粉末为填料,制备出低成本脲醛缓释化肥。获得了适宜的合成工艺参数:尿素和甲醛配比为1.4∶1(m∶m),加入玉米秸秆粉末量为尿素质量的20%;加成反应温度为75~80℃,pH值为8.5~9.0,反应时间为90 min,缩合反应温度为80℃,pH值为4.5~5.0,反应时间为30~45 min。以水溶液和模拟土壤法对合成得到的脲醛缩合物进行了尿素缓释性能测定,结果表明,在优化条件下合成得到的缓释化肥,其7 d水中溶出率低于25%,7 d土壤中溶出率低于20%。     

不同秸秆腐熟剂的应用效果试验

选用3种腐熟剂进行田间应用效果试验,结果表明秸秆还田能一定程度减轻病草害,腐熟剂对减轻病草害的作用不明显;使用腐熟剂能明显缩短腐熟时间;秸秆还田相比未实施秸秆还田能增产2.1%～7.2%,施用尿素能增产2.2%,但总体上施用尿素的秸秆还田再施用腐熟剂增产效果不明显。     

三种秸秆腐熟剂的应用效果比较试验

选用3种秸秆腐熟剂对水稻秸秆还田进行应用效果对比试验。结果表明:(1)秸秆还田能一定程度地减轻病草害;(2)施用腐熟剂对减轻病草害的作用不明显;(3)施用腐熟剂能明显缩短腐熟时间,其中腐熟剂②和腐熟剂③的作用最明显;(4)秸秆还田相比未实施秸秆还田能增产9.32%～20.27%;(5)不同腐熟剂间增产效果不同,施用腐熟剂①增产效果相对较好,相比不施用腐熟剂秸秆还田增产10.03%。     

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。     

水稻秸秆和淀粉基全降解装饰板的制备

基于环保和利用农业废弃物,该文采用热压成型方法制备水稻秸秆和淀粉全降解装饰材料,研究了碱处理、酸处理及热水处理对水稻秸秆纤维特性的影响,分析了水稻秸秆处理方法和淀粉胶粘剂含量对装饰材料物理力学性能的影响。结果表明:水稻秸秆的表面处理能不同程度改变其表面性能或去除硅质等化学成分,改善水稻秸秆纤维浸润性,热水处理和碱处理效果较优。经热水处理水稻秸秆及淀粉胶粘剂质量分数为10%时制备的装饰材料综合力学性能较高。装饰材料2h吸水厚度膨胀率较大,防水性能较差,但其具有一定的防湿性且环境友好,可作为室内等干燥环境下非承重装饰材料。     

水稻植质钵育秧盘制备工艺及参数优化

为实现适合中国国情的钵育栽植技术,该文以水稻秸秆为主要原料,配以热固性胶粘剂、固化剂和增强剂经热压制备水稻植质钵育秧盘,采用正交试验设计分析成型配比(施胶量、固化剂量、增强剂量和混料量)和制备工艺(成型压力、模具温度和保压时间)对植质钵育秧盘性能影响。通过对试验结果分析得出制备植质钵育秧盘工艺优化参数为:施胶量0.9kg、固化剂量0.002kg、增强剂量0.09kg、混料量1.3kg、成型压力30MPa、模具温度120℃、保压时间300s,优化后的工艺参数可满足实验室试验研究要求(钵孔率99.46%,膨胀率1.12%),为进一步研究和植质钵育秧盘产业化生产提供技术借鉴与参考。     

用于复合材料的小麦秸秆纤维性能及制备工艺

针对目前中国小麦秸秆利用率不高以及燃烧秸秆所带来的环境污染问题,该文研究了利用稀烧碱溶液处理小秸秆以制备用于复合材料的小麦秸秆纤维的性能及制备工艺,研究了氢氧化钠溶液质量分数、液固比、处理温度和处时间等工艺参数与小麦秸秆纤维失重率的关系,并对所制备的小麦秸秆纤维的强伸性能、表面性能进行了测试。结果明,小麦秸秆经稀烧碱溶液处理(氢氧化钠质量分数4%、液固比30mL/g、处理温度100℃、处理时间60min)后制的小麦秸秆纤维力学性能与原样相比没有明显损伤,但内、外表面结构均变得疏松,比表面积增大,滴水接触角变小从而提高了聚合物聚乳酸对秸秆纤维的浸润性能,提高了二者之间界面的粘结性。该研究结果为利用小麦秸秆制备秸纤维增强聚乳酸复合材料提供参考。     

麦秸石膏复合材料力学性能和抗火性能研究

为提高麦秸利用率,增强石膏板力学性能,改善现有木基石膏板的抗火性能,试验以粒径分别为0.30～0.60和0.18～0.30 mm的粗、细2种麦秸纤维为增强相,以建筑石膏为连续相,采用复合常温固化型结构胶粘剂代替添加石膏缓凝剂的传统方式,提出了麦秸石膏复合材料初步成型和加湿增强的两步法制备工艺,并与杉木纤维和杉木刨花石膏复合材料的力学性能和抗火性能进行对比。结果表明,细麦秸纤维石膏复合材料的物理力学性能优于粗麦秸纤维石膏复合材料,其内结合强度、静曲强度、弹性模量和吸水厚度膨胀率分别为0.33 MPa、7.1 MPa、2370 MPa和2.82%,满足《LY/T1598-2011石膏刨花板》标准的要求。由于麦秸本身具有较低的导热系数和较高的灰分含量,麦秸石膏复合材料具有较杉木石膏复合材料更优的抗火性能,其点燃时间较杉木纤维石膏复合材料高,无明显热释放速率峰值。与杉木纤维石膏材料和杉木刨花石膏材料相比,细麦秸纤维石膏复合材料的总热释放量分别低48.18%和35.87%,CO2生成速率主峰分别低42.25%和38.81%,CO生成速率主峰相近,残重率略高。试件残照表明麦秸石膏复合材料试件燃烧后外观形貌更完整,炭化程度减轻。通过扫描电镜发现,麦秸纤维的外表面较光滑,石膏主要吸附在麦秸的内表面,较小纤维单元有利于增加石膏与麦秸内表面的接触面积。因此,从微观上说明了细麦秸纤维石膏复合材料的力学性能较高的原因。麦秸秆光滑的外表面几乎充满SiO2,这也说明了麦秸石膏复合材料有较好抗火性能的原因。研究可为石膏基复合材料的功能提升和麦秸石膏复合材料产品的工程应用提供参考。     

添加尿素和无机盐土对秸秆厌氧消化的影响

向厌氧消化体系加入外源添加剂是一种有效且简单的用于提高产气效率的方法。为了解决秸秆厌氧消化原料转化率低、易酸化、厌氧消化时间长等问题,该文选取尿素和无机盐土作为秸秆厌氧消化的添加剂,研究比较不同添加量对玉米秸秆厌氧消化过程产气特性、发酵环境、微生物活性以及物能转化效率的影响。结果表明,对于出现酸化问题且甲烷菌活性较低的厌氧消化系统,添加尿素和无机盐土有利于缓解酸化并促进微生物生长繁殖,三磷酸腺苷（ATP）峰值时的微生物数量可增加2.76×1011-5.31×1011个/L。添加一定量的尿素和无机盐土可使产气高峰提前,添加10%的无机盐土处理组与纯秸秆处理相比,产气高峰可提前4d;但酸化也会削弱尿素和无机盐土对产甲烷过程的促进作用,添加量越大,削弱效果越显著。研究结果可为秸秆厌氧消化的工程应用提供参考。     

凹凸棒石改性甘蔗渣/麦秸木质陶瓷制备与性能

为资源化利用甘蔗渣和麦秸等废弃物,以甘蔗渣、麦秸以及凹凸棒石为原料,以酚醛树脂为黏结剂,采用混合后热压再烧结的工艺制备凹凸棒石改性甘蔗渣/麦秸木质陶瓷,试验制备出了各温度点下的木质陶瓷材料并对其真密度、体积密度、显气孔率、抗弯强度、电阻率等性能进行了测试,对该材料的性能、形成机理及规律进行了分析,初步揭示了原料选择、原料配比、温度等参数对制备过程及材料性能的影响。试验结果证明了通过该工艺用甘蔗渣（麦秸）和凹凸棒石制备木质陶瓷的可行性,同时也表明烧结温度对材料性能影响很大,坯体在700～800℃保护气氛下煅烧可提高传统木质陶瓷的强度而不影响木质陶瓷导电性。试验为甘蔗渣（麦秸）等植物残渣以及凹凸棒石的利用提供了新的途径。     

玉米秸秆复合渗灌管研制及渗水性能研究

秸秆地下灌溉是将作物秸秆与土壤混合挤压形成具有渗水能力的复合渗灌管进行田间灌水的一项技术,开发符合灌水要求的秸秆复合管材关系到秸秆地下灌溉的成败。利用自制的秸秆复合管成型机,以秸秆掺量、含水率、螺旋轴转速为参数,在室内进行了基于玉米秸秆的秸秆复合管性能3因素3水平正交试验,研究了秸秆复合管材的成型和渗水性能,分析了秸秆掺量、初始含水率、螺旋轴转速对秸秆复合管材的容重、渗水速率和渗水均匀系数等的影响。结果表明:1)秸秆复合管材的容重在1.278～1.355g/cm~3之间,影响其容重的主要因素是秸秆掺量,随着秸秆掺量的增加,复合管材的容重减小;秸秆掺量为5%,初始含水率为22%,螺旋轴转速为62 r/min时,有利于秸秆复合管成型;2)在0.25 m压力水头自由出流条件下,1 h的秸秆复合管材渗水速率在0.76～1.40 L/(m·h)之间,与常用的微灌灌水器流量相当。秸秆掺量为9%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50r/min时,秸秆复合管材渗水速率最大;3)低压自由出流条件下,秸秆复合管材透水均匀系数在0.13～0.35之间,秸秆掺量为5%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50 r/min时,透水均匀系数最大,仍不能满足灌溉要求;4)综合考虑秸秆复合管材容重、渗水速率及渗水均匀度等因素,秸秆掺量为5%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50r/min时,秸秆复合管材综合性能指标最优。上述结论对秸秆复合管材的研究和开发具有一定的参考价值,有利于推动秸秆资源化利用和田间节水技术的发展。     

不同表面处理麦秸秆对木塑复合材料性能的影响

为提高麦秸秆纤维与聚丙烯(polypropylene,PP)基体的界面结合力,采用复合处理法对麦秸秆纤维进行表面处理:先分别用NaOH、乙酸溶液浸泡、水热处理、蒸汽爆破和微波等方法对麦秸秆纤维进行预处理,再复合偶联剂法处理麦秸秆纤维;用熔融共混、模压成型方法制备麦秸秆/废弃PP木塑复合材料,探讨了麦秸秆不同表面处理方法制备PP木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能;用体视显微镜对不同处理的麦秸秆及木塑复合材料拉伸断面进行观察。结果表明:经复合处理的麦秸秆与PP木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能均优于单纯使用偶联剂处理的麦秸秆与PP木塑复合材料;NaOH和乙酸复合处理的复合材料力学性能和抗吸湿吸水性能较好,水热和蒸汽爆破复合处理的复合材料次之。麦秸秆经复合处理后,表面变粗糙,秸秆纤维和PP基体的界面黏合性得到改善。该文研究结果对通过麦秸秆纤维表面处理提高麦秸秆/废弃PP木塑复合材料的性能有重要的实际意义。     

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。