杉木间伐材炭化过程微观机制分析

对不同炭化条件所得炭化物的FTIR光谱进行分析, 得出杉木间伐材加盖法炭化过程炭化物中微晶生成情况与表面官能团随温度的变化规律 结果表明, 炭化温度在600℃以下, 炭化物中较难形成高聚合度的芳核; 600~700℃间芳构化程度迅速提高, 其中发生大量-OH的脱水、脱氢反应, 在碳网间形成烷醚键、芳醚键; 经更高温度的结构重整, 部分炭化物从碳网畸变的交叉连接格子构造逐步转化成平面碳网为主的石墨状微晶结构; 结构重整过程中表面官能团发生了明显变化, 900℃的炭化物表面重新出现了酚-OH等基团     

热解温度对花生壳生物炭产率及部分理化特性的影响

为了研究花生壳生物炭的特征,评价其农业与环境领域应用价值与潜力,该研究分别在300,500,700℃下制备花生壳生物炭,测定其基础理化性质,以期了解花生壳生物炭特征及其随热解温度的变化规律。将花生壳原料放入马弗炉中,达到目标温度后低氧炭化2 h,然后对处理后样品进行理化性质的检测。结果表明,随着热解温度的升高,生物炭产率逐渐下降,土壤阳离子交换量(CEC)含量降低;大量矿质元素随着热解温度的升高含量增加,在500~700℃过程中,增幅较大;微量矿质元素中,B元素无明显变化规律,其他元素均随着热解温度的升高而增加;随热解温度的升高,花生壳生物炭表面的碱性官能团数量增加,酸性官能团的数量降低,花生壳生物炭的pH值由酸性变成强碱性,花生壳生物炭芳香化程度升高,稳定性增强;花生壳生物炭的孔隙度在高温(700℃)条件下比较发达,微孔和中孔均在较高温度下比较丰富,且微孔比重高于中孔。     

竹炭微晶结构的X射线衍射分析

针对不同炭化工艺制备竹炭材料的微晶结构,运用X射线衍射分析技术(X-rayDiffrac-tion)进行检测分析.结果表明在衍射角度2θ为24°和43°附近出现衍射小峰,竹炭细微结构单元有晶化现象存在或其细微结构单元的部分碳原子的排列有秩序,且其衍射峰强度随竹材炭化热解工艺的炭化温度升高而加强,竹炭微晶结构的无序化受到一定影响,有向有序化方向移动的迹象.     

炭化温度和时间对葡萄枝条炭和棉杆炭特性的影响

为探索适宜于农业应用的葡萄枝条炭与棉杆炭生产条件,将剪短的葡萄枝条和棉花秸秆在不同温度(300℃、450℃、600℃)与时间(1h、2h、4h、6h)组合条件下置于马弗炉中缺氧炭化,测定炭化后2种原料的出炭率、理化特性和元素组成,比较分析不同炭化温度和时间下2种生物炭特性和元素组成,评价其农用性质。结果表明:(1)随着炭化温度的升高和炭化时间的延长,葡萄枝条炭和棉杆炭的出炭率逐渐下降,且葡萄枝条的出炭率(33.14%)低于棉花秸秆(38.19%)。(2)生物炭的pH和电导率随着炭化温度的升高逐渐增加:pH均可增加到10以上,葡萄秸秆炭电导率远低于棉花秸秆炭。(3)随着炭化温度的升高葡萄枝条炭与棉花秸秆炭中的有机炭质量分数下降,全量氮磷钾与钙镁质量分数增加,碱解氮质量分数与速效磷质量分数下降;养分质量分数无论增加还是降低,葡萄枝条炭中的质量分数均低于棉花秸秆炭。同时,炭化时间对生物炭中养分质量分数的影响并不明显。可知炭化温度低及时间短条件下生产的生物炭农用性质较优,即棉花秸秆的炭化性能在300℃、1h炭化条件下为最适农用,葡萄枝条在300℃、2h炭化条件下为最适农用;棉杆炭农用特性优于葡萄枝条炭。     

香榧瘿螨为害对香榧叶片结构及叶绿素质量分数的影响

  目的  研究香榧瘿螨Nalepella abiesis对香榧Torreya grandis ‘Merrillii’叶片的为害机制,对叶片结构及叶绿素质量分数的影响,可为香榧瘿螨的防治提供理论依据。  方法  利用正置显微镜、扫描电镜和透射电镜研究螨害对香榧叶片组织结构、气孔结构以及叶绿体超微结构的动态变化,并用分光光度法测定叶绿素质量分数的动态变化。  结果  随着螨害时间的持续,香榧叶片叶肉栅栏细胞形状改变,细胞数量减少;螨害第40天时,栅栏组织厚度明显减小,海绵细胞亦缩水变小,海绵组织更为松散;气孔区域部分角质钉结构破损,保卫细胞缩小,气孔器有明显的损伤和萎缩。叶肉细胞逐渐膨胀变形,细胞间隙变大,叶绿体数量逐渐减少,并出现膨大的淀粉粒;螨害第12天时,叶绿体内嗜锇颗粒数量明显增多,基粒片层排列逐渐散乱,结构不清晰,螨害第25天时则变得模糊,到螨害第40天时片层结构瓦解消失。接种瘿螨的处理与未接种瘿螨的对照相比,0~12 d叶绿素质量分数无显著差异,但在25~40 d叶绿素质量分数差异显著（P < 0.05）;随着螨害时间的持续,叶绿素质量分数下降更多。  结论  香榧瘿螨吸食破坏了香榧叶片叶肉细胞和气孔器的结构,使得叶绿素质量分数减少,从而影响了香榧叶片正常的光合作用。     

炭化温度对牛粪生物炭结构性质的影响

以牛粪为原料,在不同炭化温度下(200、300、400、500、600、700 ℃)采用热裂解法制备生物炭,借助扫描电子显微镜、元素分析仪、比表面积分析仪,结合Boehm滴定法、碘吸附及亚甲蓝吸附等,对所制得的牛粪生物炭的形貌特征、元素组成、比表面积、孔径、表面官能团和吸附性能等进行分析。结果表明:随着炭化温度升高,产率和挥发分含量降低,灰分和固定碳含量升高,pH值增加,制得生物炭的形貌特征更有规则且孔隙更加紧密。适当的升高炭化温度有利于孔隙的形成及微孔数量的增多,比表面积和孔容逐渐变大,而孔径逐渐减小。随炭化温度升高,牛粪生物炭的C含量增加,而H、O含量减小,N含量先增加后减小,H/C、(O+N)/C和O/C均下降,说明制得生物炭的芳香性和结构稳定性增强,但极性和亲水性减弱。表面官能团中羧基含量随炭化温度升高先增加后降低,羰基含量持续增加,而内酯基、酚羟基含量、酸总量和表面含氧官能团总量逐渐降低。碘吸附值和亚甲基蓝吸附值随炭化温度升高先增加后减小,在600 ℃下吸附值最大。     

热解温度对油菜秸秆炭理化特性及孔隙结构的影响

以农业废弃物油菜秸秆为原料,采用低氧升温炭化法,在不同热解温度(300,400,500,600,700℃)下分别炭化2 h,制备生物炭,收集并测定固体产物生物炭特性及孔隙结构。结果表明,随着热解温度的升高,油菜秸秆生物炭p H值逐渐增加,当温度达到400℃及400℃以上时呈碱性甚至强碱性。热解温度高于400℃时,油菜秸秆生物炭的矿质元素含量相对富集,表面碱性含氧官能团增加、酸性含氧官能团减少。阳离子交换量在400～500℃条件下达到较高水平,为77.39～80.00 cmol·kg-1。红外光谱表明,热解温度高于300℃时,油菜秸秆的芳香基团开始形成。随着热解温度的升高,油菜秸秆生物炭的比表面积和比孔容均是先变大后变小,在400～500℃条件下孔隙结构的发育和孔体积的形成比较好,具有较大的比表面积和比孔容,生物炭产出率相对较高,养分损失少,生物炭的理化性能、养分利用及孔隙结构均达到最优。     

落叶松木屑快速热解炭制备活性炭工艺及结构表征

以落叶松木屑快速热解炭为原料,采用水蒸气活化法制备了活性炭,其最佳活化工艺为:温度800℃,时间20 min.该条件下活化得率为51%,活性炭亚甲基蓝吸附值为232 mg/g,碘吸附值为968 mg/g,脱色性能优异.微观结构分析表明,快速热解炭主要由微孔组成,外表面包裹沉积吸附层,活化过程中活化剂能够有效去除沉积吸附...     

椰壳热解活化制备活性炭及其机理研究

利用热解活化法制备高吸附性能的椰壳活性炭并对其热解活化机理进行研究。结果表明,在热解活化温度为900℃,保温5 h,升温速率为10℃/min时,可以制备比表面积为1 047.65 m~2/g的椰壳活性炭,其中总孔容为0.51 cm~3/g,微孔孔容为0.44 cm~3/g。该活性炭的碘吸附值为1 302 mg/g,亚甲基蓝吸附值为195 mg/g。结果表明:在不添加任何活化气体或化学试剂的情况下,热解活化制备高吸附性能椰壳活性炭的机理可能是由于热解活化过程中,热解释放气体,造成一部分孔隙;高温下未炭化物芳构化形成石墨微晶,键断裂时释放部分气体;这些气体作为活化剂对椰壳原料进行了自活化,生成一定孔隙;在密闭的情况下,热解产生气体,使得反应器内产生微压力,对孔隙的形成有一定作用。     

炭化温度和时间对烟秆生物质炭微观结构和理化性质的影响

为揭示不同温度和时间炭化的生物质炭微观结构及理化性质差异,以烟秆为原料,研究炭化温度(300、450、600℃)和时间(1、3h)对烟秆生物质炭特性及元素组成的影响。结果表明,烟秆生物质炭呈多孔、高比表面积结构,较为完整地保留了烟秆的组织结构。烟秆生物质炭pH值、有机碳含量、全钾含量和C/N比随炭化温度的升高和时间的延长而升高,而产出率和全氮含量则呈降低趋势。炭化条件对烟秆生物质炭理化性质具有明显影响,炭化温度的影响大于炭化时间。生物质炭的农业应用为烟秆无害化处理提供了新途径,但受生产成本及烟秆就地炭化水平影响,烟秆生物质炭推广应用还有一定的局限性。     

不同制备条件对蒙古栎人工林地表可燃物生物炭理化性质的影响

以蒙古栎人工林新鲜地表可燃物为原料,制备生物炭,研究其产率、元素质量分数、碳组分以及化学性质、速效养分、官能团类型。采用单因素方差分析、最小显著差异法(LSD)分析各指标组间差异性,为森林可燃物资源再利用提供新途径。结果表明：生物炭产率、去灰分净产率随温度升高而下降;但灰分质量分数、氢元素质量分数、氧元素质量分数、稳定性碳质量分数、pH则随温度升高而上升;不同炭化时间时,生物炭碳质量分数、不溶性碳质量分数、铵氮质量分数表现出不同的变化趋势。氮质量分数、阳离子交换量、硝氮质量分数、速效磷质量分数随温度升高呈先上升后下降趋势。与原生物质材料相比,生物炭电导率显著降低,但其随温度升高表现出缓慢上升趋势。生物炭表面的O—H基团随温度升高而降低,而C—H、—COO、Si—O—Si基团随温度升高逐渐消失,C—O—C、C＝C基团随热解温度升高呈先升高后降低趋势。制备过程中的不同温度、炭化时间均影响蒙古栎新鲜地表可燃物生物炭的理化性质,制备温度、炭化时间对各性质及官能团质量分数的影响不同,制备温度对生物炭理化性质影响较炭化时间更明显。     

不同裂解温度对梨树枝条生物炭理化性质的影响

[目的]本文旨在研究梨树枝条在不同温度下裂解所得生物炭的理化性质差异,确定适宜的制备生物炭温度范围,为梨树修剪枝条资源化利用提供新的途径。[方法]以粉碎梨树枝条为原料,在惰性气体包围下,在不同裂解温度(300～900℃)下制备生物炭,研究不同裂解温度对生物炭理化性质的影响。[结果]裂解温度由300℃上升到900℃,生物炭产率由61%显著降低到24%(P0.05),p H值由7.3显著上升到11.7(P0.05),生物炭中碳含量增加而氮含量显著降低,钾、钙、镁、硼、铁、铜等元素含量均先升高后保持稳定;阳离子交换量随温度的升高先显著下降后保持稳定。红外光谱分析表明随着裂解温度的升高,枝条内O—H和C—H键断裂,形成难降解的芳香烃类物质;扫描电镜分析表明生物炭孔隙度随着裂解温度升高而增加,温度越高,孔数量越多,比表面积越大,700℃下制备的生物炭比表面积相比300℃增加了50%;同时,比表面积及孔体积也随温度的升高而增加,吸附性增强。[结论]制备枝条生物炭时,将裂解温度设置为500～700℃时,元素含量相差不大,微孔和大孔数量基本达到最高水平,吸附性能达到最佳。     

液氨预处理对农作物秸秆化学结构及酶解效果的影响

  目的  探索液氨预处理(liquid ammonia treatment,LAT)对生物质原料水解顽抗性和纤维素类生物质酶解效率的影响。  方法  采用LAT法对小麦Triticum aestivum秸秆(以下称麦秸秆)、高粱Sorghum bicolor秸秆、苜蓿Lotus corniculatus草及三者混合物(质量比为1∶1∶1)进行预处理,利用热重分析仪、傅里叶变化红外光谱仪、X-射线衍射仪和扫描电镜等对其预处理前后的化学结构变化进行表征,研究预处理温度和酶解时间对4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解转化率的影响。  结果  LAT预处理对生物质原料的化学结构影响显著。经LAT预处理后,葡聚糖、木聚糖和阿拉伯糖等化学组分的相对含量降低;氧(O)和氢(H)元素的相对含量降低,部分含氢(H)、氧(O)元素的官能团发生脱落;结晶度出现小幅下降,生物质表面孔隙结构增多,酶在生物质化学结构上的可及度增加。麦秸秆和混合物的最佳预处理温度为90 ℃,苜蓿草和高粱秸秆的最佳预处理温度为110 ℃;随酶解时间延长,4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解率都增加;葡聚糖的最大酶解率从大到小为麦秸秆、混合物、高粱秸秆、苜蓿草,木聚糖的最大酶解率从大到小依次为高粱秸秆、麦秸秆、混合物、苜蓿草。  结论  LAT预处理可以提高木质纤维素生物质尤其是麦秸秆和高粱秸秆的酶解效率。图8表2参24     

不同制备工艺中柠条生物炭的理化性质研究

为了使柠条资源能够高效利用,研究活化前后的柠条生物炭制备工艺。本试验在不同的温度(400℃、500℃、600℃)下,分别用管式气氛炉CO2活化法和马弗炉高温热解法,并通过工业分析及元素分析、比表面积测定、傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对制备的生物炭进行表征和对比分析。结果表明:随着热解温度的升高,产率都在下降;挥发分逐渐析出,马弗炉高温热解法的挥发分下降比率比较快,含氢和氧官能团及含碳物质逐渐分解,灰分含量逐渐增大,CO2活化后的生物炭灰分相对较小,马弗炉高温热解法下的固定碳比率逐渐增大,而CO2活化后固定碳比率先增大后减小,在500℃时值最高;没有活化的生物炭元素C含量相对较低,活化后最大为74. 103%; BC-G600芳香性最强,烷基基团随温度升高逐渐消失,碳结构更加稳定具有做吸附剂的潜力;马弗炉高温热解法下600℃生物炭有较大的比表面积和丰富的微孔结构,活化后的柠条生物炭在600℃时没有完全发生气化反应,比表面积相对较低,CO2活化柠条生物炭在高温区域有很大的研究潜力。因此,该研究为柠条制备生物炭的可行性提供数据支撑并具有参考意义。     

重组竹/玻纤/PET泡沫复合多层结构保温板制备及性能评价

  目的  为了促进木质结构保温板(SIP)的可持续发展,引入具有优良力学性能及装饰效果的可再生重组竹,结合环保型粉状环氧树脂胶黏剂,制备了重组竹/结构保温板复合材料。  方法  通过差示扫描量热法(DSC法)、力学性能测试和导热系数测试研究粉状环氧树脂胶黏剂的固化特性及复合材料的结合强度、抗弯强度、导热系数及耐热水性。  结果  ①粉状环氧树脂胶黏剂的最佳固化条件为84 ℃开始发生固化反应,在116 ℃时充分固化,于180 ℃下体系完全固化。②当涂胶量为150 g·m?2,热压时间为15 min时,重组竹/结构保温板复合材料的结合强度和抗弯强度分别可达0.83和19.80 MPa,导热系数为0.054 2 W·m?1·K?1(25 ℃)。在80 ℃热水浸泡3 h后,复合材料的结合强度仍达0.15 MPa。  结论  获得综合性能优异且具有良好耐热水性的重组竹/结构保温板复合材料。图6表2参21     

采用碳酸钾活化法制备油茶壳活性炭

以油茶壳为原料,采用碳酸钾活化法制备活性炭.探讨了活化温度、浸渍比和保温时间对活性炭吸附性能的影响.结果表明,随着活化温度的提高和保温时间的延长,活性炭的得率不断下降,吸附性能呈先升后降的趋势.N2吸附-脱附等温线分析结果表明,活性炭具有发达的微孔结构,活化温度升高有利于中孔结构的发达.在较佳的实验条件下,活性炭的比表面积为1033.2 m2·g-1,总孔容积、微孔容积和中孔容积分别为0.662、0.500、0.162 cm3·g-1.     

炭化温度对艾纳香生物炭理化性质的影响

炭化温度是实现艾纳香加工废弃物转化成生物炭的重要因素。本文研究了炭化温度对艾纳香生物炭理化性质的影响,以期为艾纳香生物炭的利用奠定基础。本研究对比了300、500和700℃对艾纳香生物炭产率、比表面积、形貌特征、表面矿质组成及红外光谱特征等理化特性的影响。温度对艾纳香生物炭产率和理化特性影响较大,当炭化温度为300℃时,其产率最高,为45.52%,而且所产生的生物炭保有生物质炭应有C、O为主体;但当温度进一步升高时,其主体结果呈现片状、簇状脱落,直至其主体结构崩解,其C、O元素含量逐渐降低,Na、Mg、K、P、Cl等矿质元素逐渐提高;其来源于糖类、蛋白质、核酸等物质的羟基(-OH)、N-H基、C=O、-COOH等基团逐渐裂解消失,形成-C-C-、Si-O-Si等基团。300~500℃是艾纳香生物炭的最佳炭化温度,在该温度下制备形成的艾纳香生物炭不仅保持了生物炭所特有的比表面积大、多孔等共有形貌结构特征,还保护了艾渣中的C、O结构主体及K、Ca、Mg等矿质元素。     

热解工艺对生物炭产量的影响

为了揭示炭化条件与生物炭产率之间的关系,以油菜秸秆为实验材料,通过无氧炭化法来研究炭化温度、炭化时间和炭化时的升温速度对生物炭产率的影响。结果表明:温度从300℃升高至900℃,产率从40.17%降低至19.40%;300℃、600℃和900℃炭化时间从5min增至150min,产率分别为42.58%~48.76%,27.32%~30.15%,18.55%~25.11%;600℃升温速度从50℃/h增至250℃/h,产率从29.00%~28.60%降低至26.04%~26.88%。可见,热解温度是影响油菜秸秆生物炭产率的重要因素,而炭化时间和升温速度对油菜秸秆生物炭的产率影响较小。     

竹碎料/酚醛树脂制备竹材陶瓷的烧结工艺

以精刨竹碎料和酚醛树脂为原料,采用高温真空炭化烧结工艺制备了竹材陶瓷,研究了烧结工艺对竹材陶瓷性能、物相组成和微观结构等的影响。结果表明:①烧结温度对竹材陶瓷的尺寸收缩率有较大影响,当烧结温度为600~1 200 ℃时,竹材陶瓷的尺寸收缩率大于20%范围内;②竹材陶瓷的密度减少率在600~1 000 ℃范围内,随着烧结温度的升高逐渐降低,在1 000~1 200 ℃范围内,随着烧结温度的升高逐渐增加;③随着烧结温度的升高,竹材陶瓷的炭得率降低、静曲强度和弹性模量升高、石墨化程度逐渐增强;④酚醛树脂经高温炭化后形成的硬质玻璃碳对竹材细胞起填充、强化作用;⑤竹材陶瓷的较佳烧结温度范围为800~1 000 ℃。图7参15     

油用牡丹‘凤丹’不同生育期矿质元素的动态变化

  目的  研究油用牡丹‘凤丹’Paeonia ostii ‘Feng Dan’不同生育期矿质元素动态变化规律,为油用牡丹的科学施肥提供依据。  方法  以8年生油用牡丹‘凤丹’为材料,测定根、茎、叶以及不同生育期果荚和种子的矿质元素,分析矿质元素积累分配特性以及矿质元素分配的相关性。  结果  生育期内油用牡丹‘凤丹’根、茎、叶中的磷持续下降,根和叶中的氮持续降低,钾和镁在不同器官内变化趋势不同。铁在不同器官内的质量分数均大于其他微量元素,除铜外,其他微量元素在根中呈先升高后降低的趋势。果荚和种子中的氮逐渐升高,果荚中钾和种子中磷呈先下降后升高再下降的趋势。矿质元素的变化表现出不同程度的相关性,其中氮、磷、钾、铁、锰与其他元素间相关性较高;同种矿质元素在‘凤丹’营养器官和生殖器官之间表现出不同程度的相关性。  结论  在生育期内,油用牡丹‘凤丹’从展叶期到现蕾期之前对氮、磷元素需求量大,应在植株展叶前追施氮肥和磷肥;结实期对氮、磷、钾需求量大,建议在开花后追施氮磷钾肥;在植株现蕾期前(3月上旬)追施铁肥,在5–7月种子发育期追施硼、锌肥,满足‘凤丹’植株对这3种微量元素的需求。表7参36