芦笋秸秆预处理与厌氧发酵制取沼气试验

为了促进芦笋秸秆原料沼气发酵系统的产气效果,利用NaOH在无流动水的条件下对芦笋秸秆进行了碱性化学预处理,并在小型沼气发酵装置上以不同预处理时间、粒径和NaOH溶液质量分数对芦笋秸秆木质纤维素的变化及产沼效果的影响进行了试验研究。结果表明,预处理时间15~20d比不经预处理的试验组启动时间提早10d;芦笋秸秆粉碎和切割后,不经筛分的试验组比经过筛分后的试验组启动时间提早5~15d,发酵周期缩短23d;5% NaOH处理的试验组比NaOH 10%处理和不使用NaOH处理的试验组总产气量分别高453.82%和84.58%。综合比较,预处理时间15~20d、不经筛分和5% NaOH处理的条件下是较优的工艺条件,沼气发酵后其甲烷体积分数最高达70%,pH值大于7.5,均在正常范围内。     

预处理对麦秸/聚丙烯复合材料摩擦磨损性能影响实验

为提高麦秸秆纤维与聚丙烯(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溶液浸泡、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/PP复合材料.用体视显微镜观察了不同处理后的麦秸秆纤维微观结构,采用红外光谱技术(FTIR)研究了不同表面处理麦秸秆纤维的红外光谱,用M-2000A型磨损实验机测试了麦秸秆不同表面处理方法制备PP复合材料摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察分析复合材料磨损表面形貌.结果表明,NaOH、水热和蒸汽爆破处理对麦秸秆纤维表面化学成分有明显的影响;复合处理麦秸秆制备的复合材料摩擦磨损性能均优于单纯使用偶联剂处理麦秸秆制备的复合材料;复合材料的主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,水热处理和蒸汽爆破的复合材料耐磨性能较好.     

芦笋秸秆预处理与厌氧发酵制取沼气试验

为了促进芦笋秸秆原料沼气发酵系统的产气效果,利用NaOH在无流动水的条件下对芦笋秸秆进行了碱性化学预处理,并在小型沼气发酵装置上以不同预处理时间、粒径和NaOH溶液质量分数对芦笋秸秆木质纤维素的变化及产沼效果的影响进行了试验研究.结果表明,预处理时间15～20 d比不经预处理的试验组启动时间提早10 d;芦笋秸秆粉碎和切割后,不经筛分的试验组比经过筛分后的试验组启动时间提早5～15 d,发酵周期缩短23 d;5% NaOH处理的试验组比NaOH 10%处理和不使用NaOH处理的试验组总产气量分别高453.82%和84.58%.综合比较,预处理时间15～20 d、不经筛分和5%NaOH处理的条件下是较优的工艺条件,沼气发酵后其甲烷体积分数最高达70%,pH值大于7.5,均在正常范围内.     

玉米秸秆超微粉碎与醇解液化研究

研究了超微粉碎技术对玉米秸秆结构组成、物化性质和醇解液化的影响。结果表明:随着玉米秸秆粒径的减小,4种粉体的堆积密度由0.11 g/m L逐渐增大到0.41 g/m L,比表面积增大了1.05 m2/g,休止角和滑角也都不同程度增大。采用激光法和扫描电镜分析可知,与普通粉碎相比超微粉碎能显著减小颗粒粒径,使得超微粉的平均粒径达到15.54μm,由于团聚现象,离散度增大,X射线衍射结果显示超微粉碎破坏了玉米秸秆的晶体结构,结晶度显著减小,由44.72%减小到13.68%,表明超微粉碎能有效改善玉米秸秆的粉体性质。用微波和油浴两种加热方式对玉米秸秆进行液化,微波条件下,仅5 min超微粉液化率已经达到90.37%,而油浴需要近1 h才能达到90%以上,说明微波是一种有效的加热方式;常规油浴条件下,120 min超微粉液化率达到95.30%,而小于0.25 mm的普通粉液化率仅为84.83%,表明超微粉碎可通过增大比表面积和降低结晶度来提高醇解液化率。     

膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果

为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率,采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察,玉米秸秆的纤维束受到破坏,木质素包裹作用减弱,纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解;X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。通过进一步纤维素酶解试验,与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h,未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%,膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。结果表明,膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该     

超微粉碎对苦瓜渣理化性质与体外降糖活性的影响

研究了超微粉碎处理对苦瓜膳食纤维的理化性质与体外降糖活性的影响。分析了超微细苦瓜膳食纤维的可溶性膳食纤维含量、持水率和溶胀性随粉碎时间的变化,并测定膳食纤维组分对葡萄糖扩散、α-淀粉酶及α-葡萄糖苷酶活力的影响。结果表明,当超微粉碎膳食纤维d50达到20μm时,苦瓜纤维的持水率为17.04%、溶胀性为16.29 mL/g,可溶性膳食纤维含量达到17.20%。X射线衍射图谱表明,超微粉碎后苦瓜纤维非结晶区比例增加。相对未处理样品,超微粉碎具有提高苦瓜膳食纤维抑制葡萄糖扩散、降低α-淀粉酶和α-糖苷酶酶解效果的作用。苦瓜膳食纤维中的各组分具有不同程度的降血糖活性,其中以果胶的效果较好。超微粉碎处理可有效提高苦瓜纤维理化性质及体外降糖活性。     

不同比例小麦秸秆与烟煤混燃特性研究

以小麦秸秆和烟煤为研究对象,基于同步热分析技术,研究了小麦秸秆掺混质量分数为100%、60%、40%、20%、10%和0的动态燃烧特性,并优化了小麦秸秆与烟煤的掺混比例。研究结果表明,烟煤燃料比远大于小麦秸秆,说明烟煤更利于燃烧。从灰分特性分析,混燃有利于降低秸秆积灰和结渣风险。从混燃的燃烧速率(DTG)曲线可以看出,随着小麦秸秆质量分数降低,挥发分阶段燃烧速率由2079%/min逐渐降低为208%/min。小麦秸秆固定碳燃烧阶段最大速率(4033%/min)出现在419℃。由于烟煤质量比例的增加,混合燃料热稳定性提高,固定碳燃烧阶段逐渐向高温方向移动至525℃,并在过渡阶段出现2个燃烧峰。着火温度随着秸秆添加比例的降低逐渐升高,秸秆质量分数大于20%的着火温度区间为260~268℃,此时着火性能相比小麦秸秆并无显著下降。随着秸秆比例降低,燃尽温度则由520℃缓慢上升至596℃。从综合燃烧特征指数(SN)分析,在秸秆质量分数不小于40%时,SN大于3.60×10-7%2/(K3·min2),此时混燃组合可保证较好的燃烧特性。由差时扫描量热(DSC)数据分析可知,小麦秸秆质量分数为40%时,整体放热量为单独烟煤的84.14%。在提高整体放热量并保证较好燃烧特性的原则下,与烟煤掺混的小麦秸秆添加40%为较优比例。     

牛粪不同组分的热解特性研究

为研究牛粪不同组分的热裂解机理,根据范式洗涤原理对牛粪进行洗涤处理获得不同成分组合的洗涤纤维,利用扫描电镜观察牛粪及洗涤纤维的表观形貌,采用热重分析试验方法探讨牛粪中不同组分洗涤纤维的热解特性。电镜扫描结果表明:牛粪表面密实,没有裂缝和孔洞,随着洗涤的进行,表面结构破坏越来越严重,由出现凹陷条纹到最后呈蜂窝状结构,洗涤纤维的空隙结构有助于热解时传热和挥发分的析出。热重分析结果表明:以纤维素为主要成分的酸性洗涤纤维,热解速率最大,为14.310%/min,强酸洗涤纤维热解速率最小,为1.615%/min;不同组分的热解具有内在关联,并不是简单的叠加,纤维素的加入使木质素的热解速率和温度区间发生变化;半纤维素的存在对纤维素的热解挥发具有一定的抑制作用,使纤维素的热解速率由14.310%/min降低到7.617%/min。中性洗涤溶解物的存在,使得牛粪在较低温度开始热解,但半纤维素和纤维素的热解速率较低。     

异向双辊式香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

香蕉秸秆含水率高、脆性大、富含纤维素,而现有的香蕉秸秆粉碎还田机粉碎率低、能耗高且茎秆纤维易缠绕粉碎刀辊。针对上述问题,设计一种异向双辊式香蕉秸秆粉碎还田机,介绍该机的总体设计方案,确定粉碎装置、传动系统、限深装置的结构和主要参数。田间试验表明:该机器在田间作业时,当刀辊转速为1 600 r/min,前进速度为12.9 m/s,粉碎刀片长度为124 mm时可达到最优工作状态,此时平均工作效率为0.437 hm^2/h,高于性能指标0.400 hm^2/h;机器平均粉碎合格率为97.09%,大于行业标准94%,达到秸秆粉碎还田的农艺要求。     

柚皮纳米微晶纤维制备及对羧甲基淀粉膜流变的影响

以柚皮原料分离得到柚皮纤维,再采用硫酸酸解法制备出柚皮纳米微晶纤维素（Pomelo peel nano microcrystalline cellulose, PP-NCC）,对其微观形貌、长径比、红外光谱、结晶度及热稳定性进行表征分析,并研究了PP-NCC对羧甲基淀粉(CMS)成膜液流变特性的影响。结果表明：合适的酸解不仅能够有效地去除原料中的果胶、半纤维素以及木质素等无定形区的物质,也能够水解一部分不完美晶区;得到的柚皮纳米微晶纤维素为长径比8～20的棒状晶体,其中长径比大于10的比例超过60%;柚皮纳米微晶纤维素的主体物质还是纤维素,纤维素的主要化学性质并未发生变化;纳米微晶纤维素的相对结晶度由酸解前的55.64%提高到74.35%,但其起始热分解温度由240℃降低至212℃。柚皮纳米微晶纤维素可以作为羧甲基淀粉膜的增强剂,其流变指数n均小于1,表明柚皮纳米微晶纤维素/羧甲基淀粉成膜液为假塑性流体;成膜液的G′>G″,且二者在频率扫描范围内没有发生交叉,表明复合成膜液为弱凝胶结构;黏稠系数KPL值及零剪切黏度η0和动态流变参数中的储能模量G′均与纳米微晶纤维素的添加量呈正相关,表明柚皮纳米微晶纤维素在成膜液中的分散性良好,且有助于增强膜体系网络结构的作用。柚皮纤维纳米化后表现出了较好的功能性质,可以为柚皮的综合利用提供一种新的思路。     

加气灌溉对麦秸秆还田后土壤还原性与水稻生长的影响

为揭示添加微纳米气泡的加气灌溉对秸秆还田条件下稻麦轮作区水稻生长的影响,并提出合理进气量的加气灌溉方式,设置6个处理（无秸秆还田不加气灌溉（CK）、小麦秸秆还田不加气灌溉（ST）、小麦秸秆还田+进气量0.3L/min加气灌溉（SO1）、小麦秸秆还田+进气量0.5L/min加气灌溉（SO2）、小麦秸秆还田+进气量0.7L/min加气灌溉（SO3）和小麦秸秆还田+进气量0.9L/min加气灌溉（SO4））开展水稻盆栽试验,观测不同处理下的土壤还原性状况以及水稻生长规律。结果表明：秸秆还田会显著增强土壤的还原性状况,微纳米加气灌溉可以改善土壤还原性,且随着进气量的增加改善效果逐渐增强,当进气量为0.9L/min时,土壤活性还原性物质含量、Fe2+含量、Mn2+含量最高可降低48.66%、56.11%和42.76%;进气量在0.5~0.7L/min时的加气灌溉能够促进水稻的生长发育,缓解秸秆还田带来的水稻生长前期生长受到抑制的问题,促进水稻根系良好生长,利于水稻光合作用的有效性,促进干物质积累,从而提高水稻产量,微纳米加气灌溉处理较无秸秆还田以及秸秆还田不加气灌溉处理最高可增产19.7%。综合考虑添加微纳米气泡的加气灌溉对于改善秸秆还田后土壤的还原性以及对水稻生长发育的影响,推荐使用溶解氧质量浓度为8.06mg/L的微纳米气泡水（SO3处理）对稻麦轮作区秸秆还田后的水稻进行灌溉。     

倾斜抛物线型孔轮式小麦供种装置设计与试验

为解决淮北平原玉米秸秆覆盖地小麦播量较大且难以精量控制以及现有小麦集排供种装置结构较复杂的问题,设计了一种具有倾斜抛物线型孔轮式小麦精量供种装置。阐述了该供种装置结构和工作原理,分析并确定了主要相关参数,建立了型孔截面曲线限制方程,构建了小麦充种过程的力学模型,以型孔锥角、型孔轮转速和供种轮数量为试验因素,以供种速率、供种速率稳定性变异系数和种子破损率为试验指标,进行了供种性能试验研究。试验表明:倾角为40°抛物线型孔的供种稳定性较优,其供种速率稳定性变异系数小于1.8%,种子破损率低于0.2%;在型孔轮数量1~5、工作转速10~100 r/min条件下,小麦供种速率随型孔轮数目和转速增加呈上升趋势,其供种速率范围为30~1 500 g/min,供种速率稳定性变异系数随型孔轮数量增加呈下降趋势、随转速增加呈先降后升趋势,其稳定性变异系数均小于2.0%,种子破损率均不大于0.2%;以安装5个抛物线型孔轮供种机构建立单位面积播种量数学模型进行的主动供种匹配试验得出,模拟机组前进速度不大于9.8 km/h时,可实现较大范围的主动供种,其稳定性变异系数均小于2.0%;田间试验得出直播小麦种植密度为230~270株/m2,均匀性变异系数为21.97%。倾斜抛物线型孔轮可实现小麦高速供种并简化供种装置结构。     

不同秸秆隔层材料对河套灌区土壤水盐运移及玉米产量的影响

通过在内蒙古河套灌区设置秸秆隔层试验,研究小麦、玉米2种秸秆隔层材料对土壤水盐运移及玉米产量的影响。结果表明,秸秆隔层处理在整个玉米生育期0～40cm土层土壤含水率变化波动较大,且土壤含水率总体低于不设隔层的对照处理,不同秸秆隔层处理在玉米生长前期土壤含水率差异不明显,但后期玉米秸秆隔层处理土壤含水率低于小麦秸秆隔层。40～80cm土层不同处理土壤含水率变化趋势与0～40cm正好相反,含水率大小依次为玉米秸秆隔层、小麦秸秆隔层、对照。秸秆隔层处理抑制了土壤盐分随水分的向上运移,同时延缓了水分的下渗过程,增强了盐分淋洗效果,玉米秸秆隔层的控抑盐效果好于小麦秸秆隔层。秸秆隔层处理没有明显增产优势,玉米秸秆隔层处理较小麦秸秆隔层处理的玉米产量要略高。     

秸秆后覆盖小麦播种机设计与试验

针对华北平原麦-玉两熟区,小麦在玉米秸秆覆盖地撒播易出现秸秆堵塞、麦种架空、晾籽等问题,利用正转旋耕抛土模型以形成土壤、秸秆顺序覆盖,设计了一种秸秆后覆盖小麦播种机,可一次完成旋耕、均匀撒播、覆土、覆盖秸秆、镇压等作业。旋耕刀采用对称螺旋线排列;通过抛土运动分析确定了被抛物料运动的最大高度为0.52 m,水平方向最大位移为0.79 m,并确定了导土板的位置参数;通过性能试验优选分种装置与水平方向夹角为35°,分种板间的距离为50 mm。在河北涿州试验站进行了整机田间试验,结果表明:正转旋耕装置能有效抛土、抛秸秆,避免秸秆、根茬堵塞分种装置,耕深稳定在148~152 mm内,耕深稳定性系数为95.5%,多功能行走轮滑移率约为5.3%,机具通过性能符合国家标准(GB/T 20865—2007)要求;机具作业后秸秆覆盖量平均为1.07 kg/m2,达到作业前秸秆覆盖量的80%;播深稳定在30~35 mm内,播深合格率为91.1%,不同位置幅宽内10 cm×25 cm矩形框内麦种数量稳定在29~30粒,符合农艺要求。     

改性玉米秸秆对铜离子的吸附性能

利用NaOH对玉米秸秆进行预处理,并利用微波辐射的方法进行物理方式处理,选取含多官能团小分子的柠檬酸与玉米秸秆进行酯化反应,以添加羧基官能团的方式制备出吸附性能强的改性玉米秸秆吸附剂。研究了改性玉米秸秆吸附剂在不同条件下对Cu2+吸附效果的影响。研究结果表明,改性玉米秸秆吸附剂对Cu2+有很好的吸附性能。当吸附剂的投加量为0.8 g、pH值为5、反应时间90 min、反应温度35 ℃、溶液初始浓度60 mg/L时,对Cu2+吸附效果最好。      

小麦秸秆丙酸法脱木质素反应动力学

研究了小麦秸秆丙酸法预处理的反应历程和反应动力学。脱木质素过程分为0~60min的快速脱木质素和60~180min的脱残余木质素2个阶段。通过建立反应动力学方程,获得了丙酸法预处理小麦秸秆的化学反应速率常数和反应级数。温度分别为333、343、353、363K时,速率常数分别为0.0023、0.0028、0.0037、0.005,反应级数为一级。在一定温度和时间条件范围内的动力学研究表明,小麦秸秆的丙酸法预处理的平均反应活化能为26.05kJ/mol,频率因子为26.797L/（mol·min）。     

稻麦轮作区秸秆还田对水稻土结构的影响

为探明稻麦轮作区秸秆还田对水稻土结构的影响,依托常熟农业生态试验站25 a的长期定位试验,研究秸秆还田对水稻土容重、团聚体分布及稳定性、团聚体有机碳分布和孔隙大小分布的影响。试验设不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥和半量秸秆还田(NPKS1)、化肥和全量秸秆还田(NPKS2)等处理。采集各小区耕层水稻土,通过湿筛的方法测定团聚体分布及稳定性,通过X射线CT扫描和图像处理得到孔隙结构信息。结果显示,与CK相比,单施化肥(NPK)能显著提高土壤有机碳含量、降低土壤容重,对团聚体分布及稳定性、大孔隙度(大于0.032 mm)、孔隙大小分布没有显著影响。与NPK处理相比,秸秆还田(NPKS1、NPKS2)分别使土壤容重降低14.0%和19.4%,有机碳含量提高10.0%和23.1%,但是对团聚体分布及稳定性影响不显著;化肥和半量秸秆还田(NPKS1)对大孔隙度和孔隙大小分布没有显著影响,化肥和全量秸秆还田(NPKS2)的大孔隙度(大于0.032 mm)提高了110.6%,各当量孔径范围的孔隙度也明显提高(大于1.5 mm除外)。结果表明,经过25 a的秸秆还田,稻麦轮作区全量秸秆还田能够降低土壤容重,增加土壤有机碳含量和各级团聚体中有机碳含量,增大土壤总孔隙度和大孔隙度,改善水稻土的物理结构;而半量秸秆还田没有显著改善水稻土的孔隙结构。     

丙酸预处理小麦秸秆的纤维素水解动力学

利用丙酸法预处理小麦秸秆,测定了不同温度下反应产物中葡萄糖质量浓度,并根据Saeman模型,计算得到了纤维素水解和葡萄糖降解的动力学数据,其活化能分别为6.508 6×104J/mol和5.622 3×104J/mol。动力学分析表明:纤维素水解反应速度快,但是生成的葡萄糖容易发生降解;该模型的最优化反应条件为80℃和176 min,实验得到的葡萄糖质量浓度为8.89 g/L,与模型预测结果偏差很小。