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。     

竹材发泡板热解和燃烧特性

采用氧弹热值法、氧指数、热重分析法(TG)、锥形量热仪等方法分析了竹材发泡板与竹纤维板、挤塑板的热解性能和燃烧特性的差异。结果表明,竹材发泡板引燃时间最短,着火温度同竹纤维板相似,约为270℃,竹材发泡板和竹纤维板的热重曲线和燃烧释热曲线均有2个释热峰,竹材发泡板的热释放速率峰值为134.5 k W·m~(-2),氧指数43.5%,达到GB 20286—2006阻燃1级的要求,属于难燃材料范围。竹材发泡板燃烧特性指数最低,热解活化能最高,说明竹材发泡板阻燃性最好,与氧指数和锥形量热仪测试结果一致。     

棉秆热解特性的分析

对棉秆进行热重分析和不经粉碎直接热解炭化试验研究。结果表明,棉秆样品在200~450℃内失重迅速。棉秆不经粉碎直接热解炭化后,所得三相产物在500℃时,生成秸秆液和秸秆炭的比例最高,而生成秸秆气的比例最低;在400℃时,秸秆炭中的含碳量最高。在棉秆热解过程中,随着反应温度增加,热解固体产物质量不断减少,但是固体产物中固定碳不断增加;热解温度高于400℃后,随着反应温度的增加,固定碳开始下降。     

沙柳主要组分热解特性的TG-FTIR分析

沙柳热解可分为预热解阶段、快速质量损失阶段及残炭生成阶段,利用热重红外分析法(TG-FTIR)分析了沙柳及其主要组分纤维素、半纤维素、木质素的热质量损失特性及热解动力学规律、产物官能团特征。结果表明:沙柳纤维素热稳定性最好,热降解过程较短且降解充分;沙柳半纤维素热稳定性最差;沙柳木质素热降解过程持续时间长,质量损失速率相对缓慢。沙柳热解气中观察到了明显的CO_2、CO、烃类、酚类、醛类、酸类、酮类等物质的特征官能团。沙柳及其主要组分4种主要气体的析出强度,从大到小依次为CO_2、H_2O、CH_4、CO。     

基于热重红外联用和分布活化能模型的樟子松热解机理研究

利用热重红外联用技术（TGA-FTIR）和分布活化能模型（DAEM）,通过不同升温速率（5、10、20、30 ℃/min）,对樟子松的热解特性和热解动力学进行研究,并对其热解机理进行探讨。TG/DTG曲线表明,樟子松的热解过程分为干燥、快速热解和炭化3个阶段。FTIR图表明,热解挥发份气体相对含量最多的3类物质是CO2,醛、酮、酸类以及烷烃、醇类和酚类等有机物。随着转化率增加,通过DAEM计算得到的活化能数值波动明显,证明樟子松热解过程发生复杂的化学反应。01 <转化率（α）<03,主要是半纤维素降解,其支链首先降解,然后主链发生断裂;03<α<07,主要是纤维素降解,首先转化为中间产物活性纤维素,活性纤维素再次降解;07<α<08,主要是木质素降解,苯丙烷分子相互结合形成网状立体结构以及低反应活性的焦炭的不断生成造成此阶段活化能迅速增加。     

温度对马尾松热解产物产率和特性的影响

马尾松Pinus massoniana是中国重要的速生人工林树种。采用热化学转化法,可制取生物质燃气、生物质炭和生物油等高品质燃料。采用固定床热解反应器,开展了热解温度（400,500,600和700 ℃）对马尾松慢速热解过程产物产率和基本特性的影响研究。结果表明:随着反应温度的升高,气体产率逐渐增加,炭产率和生物油产率逐渐减少;在700 ℃时,可燃气的最高热值为12.11 MJN－1m－3,气体成分及其体积分数为二氧化碳CO2（24.00%）,一氧化碳CO（25.00%）,甲烷CH4（15.50%）,氢气H2（25.50%）和烃类气体CnHm（2n4）（0.97%）;炭的最高低位热值和比表面积分为31.8 MJkg－1和536.13 m2g－1;生物油中乙酸（5.30%）,1-羟基-2-丁酮（4.11%）,乙酰甲醇（8.46%）,苯酚（2.66%）和甲基苯酚（3.87%）的相对含量最高。图3表3参18     

落叶松木材的热解特性

采用热重分析仪研究了在不同升温速率、粒径下,落叶松树皮和实木的热解特性.结果表明:升温速率升高使热重(TG)和微商热重(DTG)曲线向高温侧移动,热解主要阶段变宽;粒径增大,DTG曲线温度增加,GDT绝对值减少;落叶松树皮GDT最大值为-0.0048,落叶松实木GDT最大值为-0.01,落叶松实木的热解转化率大于落叶松树皮的热解转化率.     

热重法研究落叶松热解动力学特性

采用热重分析仪,研究了氮气气氛下升温速率分别为20、30、40、50℃/min时落叶松木材的热解过程,并使用不同动力学分析方法对落叶松主要热解阶段进行了动力学研究,探讨了各方法之间的相似性.落叶松的热解过程可以分为预热、前热解、热解和后热解4个阶段.Freeman-Carroll法线性拟合结果表明,落叶松主要热解阶段可...     

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。     

川南地区3种丛生竹竹秆特性研究

为给蓬勃发展的丛生竹生产提供理论参考,以川南地区人工栽培的3种丛生竹材用林为研究对象,研究其竹秆特性,测量胸径、全长、秆高、尖削度、竹壁厚、节间长等指标。对各指标间相关性进行了分析,并拟合回归模型。结果表明,胸径与竹秆高度、秆质量、总节数等因子相关性显著,拟合的模型经F检验均达到极显著水平。在相同胸径下,全长方面,硬头黄竹>梁山慈竹>撑绿竹;秆质量方面,硬头黄竹秆质量最大,梁山慈竹和撑绿竹相当,约70%的秆质量都集中在中下部。随着竹秆相对高度上升,相对壁厚的下降速度依次为硬头黄竹>梁山慈竹>撑绿竹,相对直径大小为梁山慈竹>硬头黄竹>撑绿竹,但在相同胸径下,硬头黄竹胸径处的竹壁最厚。     

丛生竹竹篾层积材制备工艺的研究

以四川南部长宁县的丛生竹种梁山慈竹为试材,就2种热压工艺对竹篾层积材的性能影响进行了比较,采用正交试验法,对影响竹篾层积材物理力学性能的工艺因子进行分析和优化。结果表明,2种热压工艺制备的竹篾层积材性能均远高于标准要求;优化的竹篾层积材热压工艺为"热上热下"工艺;基于该工艺制备层积材优化的工艺因子为密度0.8 g.cm-3,热压温度150℃,热压时间1.5 min.mm-1。以优化的竹篾层积材工艺及因子,对该县3种丛生竹种梁山慈竹、硬头黄竹、慈竹竹篾制备的竹篾层积材的物理力学性能进行了对比。     

3种丛生竹竹篾浸胶特性研究

以四川省宜宾市长宁县的丛生竹竹种梁山慈竹竹篾为试材,对其浸胶过程中可能影响浸胶量的树脂固体含量、浸胶时间、竹篾厚度及竹篾发霉程度4个因子进行了正交试验及分析,优化的浸胶条件为树脂固体含量30%,浸胶时间6 min,竹篾的厚度范围控制在1.2-1.8 mm,不宜用严重发霉的竹篾。用优化的浸胶条件对梁山慈竹、硬头黄竹、慈竹竹篾的浸胶性能进行了比较及量化研究,根据试验数据拟合得出竹篾净增重率与竹篾毛重的关系式,硬头黄竹竹篾的浸胶变异性小,梁山慈竹竹篾浸胶变异性大且净增重率最小。     

慈竹重组材防霉性能的研究

选用慈竹Neosinocalamus affinis原料压制慈竹重组材,并以水基有机杀菌剂型防霉剂ZJFC-I为防霉剂。防霉剂选用0.3%,0.6%,1.0%,2.0%和3.0%等5个质量分数,采用表面涂刷、常压浸渍和真空浸渍的方式对慈竹重组材进行处理,然后对处理过的试件进行室内防霉对比试验及抗流失性试验。结果表明:防霉剂质量分数低于1.0%时,常压处理和真空处理后的试样其防霉效果优于涂刷处理的试样,但防霉剂质量分数高于2.0%时,3种处理方法的试样对霉菌的防治效果区别并不明显,均能达到较好的防霉效果;防霉剂质量分数为0.6%~3.0%时,有效成分的固着率在均为78.9%~88.8%,抗流失效果较好。图3表4参10     

2种大型丛生竹对氮输入的可塑性响应

为全面了解半自然条件和造林条件下丛生竹氮输入与表型可塑性之间的关联性,对酒竹和绿竹扦插移栽植株在土壤氮素梯度变化条件下(N0～N160)的形态和生理适应性差异进行了研究。结果表明:与绿竹相比,酒竹具有较高的资源利用效率和较高的生产力,酒竹最优氮素施用更倾向于N120,而绿竹则为N80,酒竹对氮素利用有更大的饱和阈值;随着供氮水平的增加,酒竹和绿竹通过提高SLA、扩大冠幅和总叶面积以使光能吸收率和利用率达到最优化,并与根系数据(RGRr和根半径)相对应;酒竹和绿竹在纵向生长上也表现为通过开拓立体空间使株型更有利于摄取可利用的光资源;在中等氮肥供应(N80～N120处理)情况下能显著促进目标竹种光合生理参数如Pmax、LSP、LCP、Rd和φAQY的上升;而各项形态和生理参数在高氮素施用情况下均有所下降,但与对照相比均有显著提高;N40数据表明2种竹种在低氮施用下可塑性并不明显,但是根系和φAQY对低氮仍有一定的响应。     

3种大径丛生竹竹篾层积材的物理力学性能研究

我国丛生竹资源丰富,但其加工利用的开发远远落后于毛竹。为促进丛生竹的开发利用,以3种常见的大径丛生竹油簕竹、越南巨竹和麻竹为材料,加工成竹篾层积材,并对板材的物理力学性能进行测定。结果表明,3种竹篾层积材的含水率在7.02%～7.96%之间,符合《竹篾层积材》规定的标准6%～8%;最小静曲强度为118.40,基本达到标准规定的120;最小冲击韧性为112.86 kJ·m-2,均大于标准规定的110 kJ·m-2,即产品主要物理力学性能基本能达到或超过产品规定的指标,板材的胶合性能优良,各物理力学性能间具有较密切的相关性。因此,在生产实践中,开发和利用这3种大径丛生竹是可行的。     

4种大径丛生竹材的密度和干缩性研究

对油簕竹(Bambusa lapidea)、车筒竹(B.sinospinosa)、越南巨竹(Dendrocalamus yunnanicus)和麻竹(D.latiflorus)4种大径丛生竹竹材不同部位的密度和干缩性进行了测定和分析。结果表明,4种竹材的基本密度分别为0.742、0.678、0.761和0.601g·cm-3。气干体积干缩性分别为4.61%、3.82%、3.28%和3.66%。各竹种竹材的密度和全干缩性有显著差异,而竹材的气干干缩率没有显著差异。竹材的气干、全干和基本密度均与竹秆高度呈正相关,干缩性则相反。与常见的板材原料毛竹相比,4种竹材的密度和干缩性均可达到板材原料的要求。     

竹粉乙醇液化及其产物表征

以毛竹粉为原料,无水乙醇为反应介质,98%浓硫酸为反应催化剂,在高压反应釜中液化制备竹粉生物质油。考察反应温度、反应时间、催化剂用量、液固质量比4个因素对竹粉液化率的影响。采用红外光谱仪(FT-IR)分析原料、液化残渣及竹粉生物质油的表面官能团;气质联用仪(GC-MS)分析竹粉生物质油的化学组成。单因素试验结果表明,4个因素对竹粉液化率的影响都存在一个优选值,分别为反应温度160℃、反应时间40min、催化剂用量2%、液固质量比12∶1。正交试验结果表明,4个因素影响竹粉液化率大小的顺序为:反应温度反应时间液固质量比催化剂用量。在优化工艺条件下进行了验证试验,竹粉的液化率可达86.44%。试验制备的竹粉生物质油和固体残渣的FT-IR分析结果表明,竹粉中被液化的主要成分是综纤维素,木质素相对较少被液化;竹粉生物质油的GC-MS分析结果表明,生物质油的成分比较复杂,主要包括醇类、酚类、烷烃类、酮类、酸类、酯等化合物。     

竹产品的非物质生产研究

在分析现阶段中国竹产品的生产现状、存在问题、发展优势等基础上,基于马克思全面生产有关理论论述,结合西方哲学中有关非物质劳动的有益观点,提出了竹产品的生产过程具有非物质生产特性,就竹产品生产中涉及的非物质因素,竹产品开发中的竹文化、竹产品非物质设计中的创意元素、竹产品的品牌效应、竹产品的情感生产、竹产品的生产经营理念等进行了阐述,并提出相关应用建议。参16     

流化床快速热解笋壳的研究

以笋壳为原料,石英砂为流化介质,在自行研制的流化床快速热解装置上进行热解试验,研究了热解温度、物料尺寸、进料速率、滞留时间和添加剂对笋壳热解产物分布的影响。结果表明:加入添加剂KNO3热解效果较好,较佳工艺条件是热解温度500℃、物料尺寸1.0 mm、进料速度50 g.min-1、滞留时间0.8 s、KNO3浓度0.4%,液体产率可达62.7%。