热解温度对玉米秸秆炭产率及理化特性的影响

【目的】通过对不同热解温度条件下玉米秸秆炭理化特性的分析,探索玉米秸秆炭具有较高利用价值的炭化温度。【方法】以玉米秸秆为原料,采用低氧升温炭化法,在不同热解温度下 (100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃) 分别炭化2 h,制备生物炭,收集并测定了固体产物生物炭产率及特性。【结果】生物炭的产率随热解温度的升高逐渐降低。生物炭全碳含量和碳氮比随热解温度升高而升高,全氮含量在400℃以后随热解温度升高而降低。阳离子交换量 (CEC) 在400℃～600℃达到较高水平,为70.87～83.48 cmol/kg。随热解温度升高,玉米秸秆炭表面碱性含氧官能团增加、酸性含氧官能团减少,pH随着热解温度的升高逐渐增加,当温度达到400℃及400℃以上时呈碱性甚至强碱性。红外光谱分析表明,热解温度达到500℃时,纤维素和半纤维素已经完全分解;高温热解使玉米秸秆中–CH₃、–CH₂、–OH、–C=O间发生缔合或消除,促进芳香基团的形成。随着热解温度的升高,玉米秸秆炭的比表面积和比孔容均是先变大后变小,孔径先变小后变大,在400℃～600℃条件下,玉米秸秆炭的孔隙相对较为丰富,不同热解温度下玉米秸秆炭的比表面积和比孔容呈极显著正相关关系(P < 0.01)。【结论】综合各项指标,玉米秸秆的最佳热解温度为400℃～500℃,此温度下制备的生物炭产出率相对较高,氮、碳养分损失少,生物炭的理化性能和养分利用均达到最优。     

秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析

以肥料化利用为目标,优化秸秆热解工艺,实现秸秆生物炭的高值化利用。该研究以水稻、小麦、玉米、油菜和棉花秸秆为原料,以炭化温度、保温时间和升温速率为因素进行正交试验,采用综合评分法优化热解工艺,并分析最优工艺条件下生物炭的理化特性。结果表明,影响秸秆生物炭品质因素的主次顺序为炭化温度、保温时间、升温速率。以生物炭的肥料化利用为目标,5种秸秆炭化的最优工艺参数组合是炭化温度500℃、保温时间30 min、升温速率10℃/min。在最优工艺条件下,5种秸秆生物炭的炭产率约为32%~38%,固定碳的质量分数大于45%,C元素的质量分数大于53%,N元素的质量分数为0.7%~2.5%,K元素的质量分数为3.41%~6.81%。生物炭表面有含氧官能团且内部有丰富的介孔结构。该研究为秸秆生物炭的肥料化利用提供数据支撑。     

不同热解温度制备的烟秆生物炭理化特征分析

分别对100～800℃下于马弗炉中低氧炭化制备的烟秆生物炭进行研究,分析其基础理化性质的变化.结果表明,烟草秸秆生物炭微量元素含量在热解温度为100～400℃时呈逐渐上升的趋势,在400～500℃时较为稳定;大量元素含量增加;C含量和N元素含量在100～300℃时逐渐增加,在400～800℃时先增加后下降,C/N在30...     

热解温度对回转窑玉米秸秆热解产物理化特性的影响

针对北方农业秸秆废弃物产量巨大且无法全部还田导致丢弃和露天焚烧现象激增等问题,该文通过搭建小型回转窑生物质热解装置考察不同热解温度下秸秆热解特性,分析主要产物的产率、元素组成等理化特性指标。结果表明:回转窑内热解温度的增加提高了热解液相产物产率和热解水产率,焦油产率呈先增加后降低趋势。与此同时,热解气总体积逐渐增加,H2含量和CH4含量也有所提高,生物炭产率和热值有所降低。当热解温度从400℃增加至700℃时,焦油产率从12.21%增加至21.70%;当温度进一步增加至800℃时,焦油产率降低至20.13%;相应的焦油热值从400℃时的19 974.0 kJ/kg逐渐增加到800℃时的21 710.0 kJ/kg。高热解温度加快热解过程中的热传递,加剧生物质大分子所含的羟基、羰基等含氧官能团的分解并促进挥发物的产生,进而提高了热解液体产物、热解水和焦油产率。过高的加热温度会加剧挥发分的二次反应,降低焦油产率;更多的含氧杂环结构会随着热解温度提高逐渐分解,因而焦油热值逐渐增加。生物炭产率随着温度增加逐渐降低,生物炭pH值和C/N比均逐渐增加,在兼顾生物炭产率和应用于炭基肥制备所需理化性质的同时需充分考虑热解温度影响。     

玉米秸秆热解生物油特性的研究

基于为生物油开发利用提供基础数据的目的,在等离子体流化床热解实验台上利用粉碎的玉米秸制取生物油,并对生物油的物理化学特性进行了分析研究。生物油的最高得油率为37%,显酸性,密度在1100～1200 kg/m³之间;动力粘度的总体趋势是随温度的升高而降低;灰分百分含量小于0.1%。同时使用色质联用仪(GC-MS)对生物油进行了组分分析,生物油的主要成分有乙酸、羟基丙酮、水、乙醛、呋喃等。高含水量和含氧量使得生物油热值低,容易发生反应,需要对生物油进行进一步的分析和改性才能用于高端技术。     

生物炭对向日葵秸秆热解特性及气体产物影响

为了研究生物炭对向日葵秸秆热解的影响,以向日葵秸秆为原料,基于TG-FTIR研究生物炭添加前后向日葵秸秆热解特性与气体产物的变化。结果表明,与向日葵秸秆相比,混合样品主热解区间由276~349℃变得更长,并且发生不同程度的偏移,热解活化能不同程度降低,由60.21降到38.07~50.35 kJ/mol,呋喃类、酸类、含羰基类化合物、芳香醛类、CO、CH4等产物吸光度值存在差异。随着添加500℃制备生物炭比例增加,混合样品热解的活化能减小,释放气体产物中芳香醛类释放量增量减少,CO与CH4释放量降低。添加不同制备温度的生物炭,混合样品热解产生呋喃类、酸类、含羰基类化合物释放量均有所降低;添加500和700℃制备的生物炭,混合样品热解气体产物中芳香醛类增加。添加900℃制备的生物炭,向日葵秸秆热解气体产物中CO产量增加。该研究为向日葵秸秆的有效利用提供理论基础和技术支撑。     

反应条件对水稻秸秆慢速热解产物的影响与评价

秸秆炭化还田是培肥地力和土壤固碳的重要途径。该研究采用慢速热解试验平台,研究了热解温度 (450、500、550、600和650 ℃) 和停留时间 (30、40、50和60 min) 对水稻秸秆热解产物理化性质（以还田利用指标为主）的影响,同时分析了不同生产条件下的产品收率和能量分布。试验结果表明,热解温度为450～650 ℃时制备的水稻秸秆炭O/C均低于0.2,H/C均低于0.7,且随着热解温度升高和停留时间的增加,O/C和H/C呈现明显减小趋势;随着热解温度升高,水稻秸秆炭的比表面积、电导率和pH值均呈上升趋势,其值分别为4.5～83.4 m²/g、688～1 059 μs/cm和9.8～10.5;阳离子交换量在43.7～71.1 cmol /kg之间无规律波动;随着反应条件变化,水稻秸秆炭的比表面积、电导率和pH值具有较强的相关性,比表面积与pH值相关系数达到0.83,pH值与电导率相关系数为0.66,比表面积和电导率相关系数为0.54。随着热解温度的升高,炭产率降低,热解气产率增加,热解气中H₂、CH₄等可燃气组分富集,热值增加,最大可达到15.74 MJ/m³;热解温度为445～650 ℃变化时,水稻秸秆炭能量收率为45.2%～53.8%,热解气能量收率为11.6%～19.1%。该研究为水稻秸秆炭化还田轻简化热解设备开发提供了基础支撑。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

本文以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下生物炭的性质,并利用批处理实验,分析了生物炭添加量和热解温度对土壤磷吸附特性的影响。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。生物炭添加显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合生物炭对土壤磷的等温吸附。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述生物炭对土壤磷吸附动力学的行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤改良方面具有一定的应用潜力。     

农作物秸秆微波热解特性试验

为了研究农作物秸秆在微波辐照下的热解特性,采用定制的微波加热装置,进行了整包秸秆的微波热解试验,并对秸秆微波热解的产物和能耗进行了考察。结果表明,微波加热过程中料包内部温度分布均匀,升温迅速。微波输入功率是影响加热过程的关键因素, 同时料包内部的传热传质对温度分布也有重要影响。微波加热会引发秸秆的热解反应,气体产物主要由氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳等组成,通过氮吸附方法和扫描电镜分析,得到了固体产物的比表面积、孔容和孔径。微波热解电耗较大,应该合理选择微波功率和物料处理量,以提高经济性。该文结果可为农作物秸秆的资源化利用提供基础性资料。     

不同热解温度限氧制备的畜禽粪便生物炭养分特征

为了分析畜禽粪便生物炭中的养分特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用限氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度（350、450、550、650和750 ℃）的畜禽粪便生物炭灰分含量,C含量、大量和中微量元素养分含量及其残留率的变化,并分析了C/N比值,原材料与炭化产品养分含量、及热解温度和生物炭养分特征的相关性。结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭C、N含量逐渐下降,灰分含量和P、K、Ca、Mg、Fe、Mn养分含量逐渐增加。高温热解虽增加畜禽粪便生物炭的养分总量和C/N比值,但也降低了各养分残留率。综合分析表明,畜禽粪便生物炭养分含量及其残留率与原材料中的养分含量、热解温度密切相关,其中与热解温度相关性显著。因此,选择高C和高养分含量的畜禽粪便原材料是提升生物炭养分含量的基础,而适宜温度是保留生物炭较高养分残留率的关键。该研究中畜禽粪便适宜热解温度为450 ℃,该温度下各生物炭的养分残留率整体表现为牛粪>猪粪渣>鸡粪。     

不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性

掌握不同生物炭材料的结构特征和化学特性是合理利用生物炭的基础。通过无氧炭化法制备了不同炭化温度下的玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭,对比了不同材料和不同炭化温度下生物炭性质的差异。结果表明:炭化温度低于400℃时,两种材料生物炭的孔隙结构保存完整,600℃以上时,两种材料生物炭的蜂窝状结构均遭到破坏,玉米秸秆生物炭被破坏得更严重;同一炭化温度下,玉米秸秆生物炭的比表面积及总孔容和平均孔径均大于沙蒿生物炭,两种生物炭的比表面积随炭化温度的升高均增大,总孔容呈"V"形变化;两种材料的生物炭均呈碱性,炭化温度越高,pH越大,400℃~800℃,每升高10℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的pH均以0.02的幅度增加,同一温度下,玉米秸秆生物炭的pH大于沙蒿生物炭,在400℃、600℃和800℃下分别比沙蒿生物炭高0.31、0.35和0.29单位;随炭化温度的升高,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的C、P、K和灰分含量增加,400℃~800℃,玉米秸秆生物炭的C、P、K含量以炭化温度每升高10℃分别增加2.94、0.11、0.20 g/kg的幅度变化,沙蒿生物炭也以4.35、0.07、0.24 g/kg的幅度增加,与此同时,玉米秸秆生物炭的N、H含量以每升高10℃分别以0.13 g/kg和0.86 g/kg的幅度降低,沙蒿生物炭的N、H含量分别以0.04 g/kg和0.82 g/kg的幅度下降,S含量无明显变化,C/N和C/H增大,且不同材料生物炭的元素含量差异显著;两种材料生物炭的N、P、K有效性随炭化温度的升高均下降,400℃~600℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效N含量分别下降了57.89%和19.05%,800℃时两种生物炭的速效N均接近0 mg/kg,400℃~800℃玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效P含量分别降低了67.41%和52.36%,此时速效K含量也分别降低了45.62%和90.16%。总之,不同材料和炭化温度对生物炭的物理特征和化学特性都有较大影响。     

山地酿酒葡萄园土壤理化性质分析

对陕西省渭北高原山地3个不同海拔高度酿酒葡萄园0 ～ 60 cm土层土壤的理化性质进行了研究.结果表明:各葡萄园土壤pH均在8.0左右,属碱性土壤;土壤有机质和N、P、K等大量元素含量偏低,各种微量元素除了B含量很低以外,其他元素均含量丰富;各葡萄园土壤理化性质差异很大,从整体上看海拔最低点的最好.土壤养分中速效N、P、K含量与黏粒(＜0.002 mm)含量之间呈显著的正相关,与粉粒(0.002 ～ 0.02 mm)含量之间呈显著的负相关.     

不同作物秸秆加工制成生物质炭的理化性质比较研究

为表征不同作物秸秆加工制成的生物质炭的理化性质差异,以玉米、水稻和油菜的秸秆为原料制备生物质炭,借鉴材料科学的方法,研究其形貌结构、表面特性和有机组分元素比等内容。结果表明:200℃→450℃作物秸秆样品失重量和失重速率最大,半纤维素和纤维素为主要燃失物质。玉米、水稻和油菜的秸秆生物质炭均为多孔结构,孔隙大小和形状各异。水稻秸秆炭的比表面积最大(2.65 m2g-1)、油菜秸秆炭次之(2.56 m2g-1)、玉米秸秆炭最小(1.84 m2g-1)。水稻、玉米、油菜秸秆炭的孔体积变化率分别在43 nm、62 nm、48 nm处达到峰值。油菜秸秆炭的H/C最小、为0.03,O/C和(O+N)/C最大、分别为1.15和1.19。因此,450℃更利于残留样品质量;生物质炭的孔隙结构决定其比表面积,油菜秸秆炭具有更强的芳香性、亲水性和极性。研究结果可为生物质炭的制取和应用提供参考依据。     

小五台山不同海拔土壤理化性质垂直变化规律

以河北小五台山不同海拔18块样地土壤为研究对象,分析和比较了不同海拔下土壤物理性质、持水能力、养分特征等14项指标,研究小五台山不同海拔土壤理化性质的垂直变化规律。结果表明:(1)随海拔的升高小五台山土壤容重逐步降低,总孔隙度逐步升高,毛管孔隙度变化不明显;随土层深度增加土壤容重变大,总孔隙度降低。(2)土壤含水量、毛管持水量、最大持水量、田间持水量随海拔升高逐渐升高,随土层深度增加逐渐降低,这种降低趋势随海拔增加逐渐扩大。(3)土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮含量随海拔升高而逐渐升高,随土层深度增加而降低;土壤全钾含量随海拔升高表现为先升后降的抛物线型,在2 100～2 200m达到峰值。0—20cm土层速效钾和速效磷含量随海拔升高没有明显变化趋势;20—60cm土层速效钾含量随海拔升高而升高,40—60cm速效磷含量随海拔升高而降低。(4)土壤有机质、全氮、碱解氮含量有明显的表聚现象,且海拔越高越明显;土壤全磷和速效钾含量也有明显的表聚现象,海拔越高越不明显;土壤速效磷含量存在一定的表聚现象,但并不明显;土壤全钾含量没有表聚现象。     

Physical,Chemical and Biological Properties of an Accelerated Cassava Based Compost Prepared Using Different Ratios of Cassava Peels and Poultry Manure

Monitoring the physical, chemical and biological properties during accelerated composting enables concise determination of its stability and maturity. Determination of physical parameters such as pH, moisture and temperature, chemical parameters such as total nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), organic matter and humic acid as well as biological parameters such as microbial count and carbon dioxide (CO₂) evolution was carried out during a four (4) week composting period, The trend observed for pH showed the mesophilic and thermophilic phases and a similar trend was observed for the compost temperature. Intermittent increase and decrease was observed for total N, P, K as well as for the fungal and bacterial population. A direct relationship was observed among the bacterial population, CO₂ evolution and humic acid. However, composting for four (4) weeks produced a stable compost, which was evident through the physical observation of the final product and the results obtained for the chemical and biological parameters.     

Physical Properties and Enzymatic Digestibility of Phosphorylated ae,wx, and Normal Maize Starch Prepared at Different pH Levels

Phosphorylated starches were prepared with sodium tripolyphosphate (STPP) at pH 6, 8, and 10 from waxy (wx, 3.3% amylose), normal (22.4% amylose), and two high-amylose (ae, 47 and 66% amylose) maize starches. After phosphorylation, the gelatinization peak temperature (T_p) decreased and pasting peak viscosity (PV) increased for all the starches except wx, which showed a slight increase in gelatinization temperature. There was a substantial effect of phosphorylation pH on paste viscosity. More crosslinking was found in ae starches with phosphorylation at pH 10. Sodium ions apparently decreased PV of all the phosphorylated starches while only slightly affecting PV of native starches. Phosphorylation increased swelling power of some of the starches, with maximum swelling power at phosphorylation pH 8 and minimum at pH 10. Maximum swelling power for wx starch after preparation was at pH 8 and minimum at pH 6. After phosphorylation, the clarity and freeze-thaw stability of all the starches was greatly increased compared with the native starches. Phosphorylation increased digestibility of ae starches but had little effect on wx and normal starches. After phosphorylation, the adhesiveness, springiness, and cohesiveness of all starch gels generally increased, the hardness of 47% ae and wx starches increased, and that of normal starches decreased. Enthalpy of gelatinization decreased after phosphorylation with the greatest decrease observed for ae starches. When the phosphorylation pH increased from 6 to 10, the brightness (L*) of all the phosphorylated starches decreased, while a* and b* of all the phosphorylated starch increased. Scanning electron micrographs showed some erosion on the surface of starch granules after phosphorylation.     

祁连山东段高寒植被类型对土壤理化特征的影响

[目的]探讨祁连山东段不同高寒植物的土壤理化特征,为区域水资源合理利用提供理论依据.[方法]对祁连山东段6种灌丛植被和高寒草地的土壤基本性状、土壤持水能力和土壤渗透性进行了相关指标的测定.[结果]①祁连山东段高寒植被的土壤容重随着土层深度的增加而增大,土壤含水量则随着土层深度的增加而降低.②祁连山东段土壤总孔隙度随着土...     

河西走廊不同类型戈壁土壤理化性质分析

根据甘肃河西走廊不同类型戈壁及其分布特点,通过测定土壤pH值、有机质含量、电导率、全盐含量和水溶性盐离子含量等指标,分析了不同类型戈壁土壤的理化性质。结果表明:河西戈壁土壤的pH值在7.0~8.0之间,呈微碱性;有机质含量绝大多数在1.0%以下,养分含量归于5级和6级水平,属极度缺乏状态;全盐含量平均值为1.41%,但不同类型戈壁土壤的全盐含量差异较大,盐化戈壁的全盐含量在2.69%~32.87%之间,平均为11.15%,其他类型戈壁的全盐含量在0.05%~4.27%之间,全盐含量整体随土层深度增加呈增加趋势;不同戈壁类型土壤中各种盐离子含量不同,存在一定差异,主要阴离子平均含量排序为SO4^2->Cl^->HCO3^->CO3^2-,主要阳离子平均含量排序为K^++Na^+>Ca^2+>Mg^2+。     

Effect of Ultrasonic Treatment of Brown Rice at Different Temperatures on Cooking Properties and Quality

This research studied developing quick cooking brown rice by investigating the effect of ultrasonic treatment at different temperatures on cooking time and quality. The medium grain brown rice was ultrasonically treated in water at temperatures of 25, 40, and 55°C for 30 min and then dried by air at 25°C to its initial moisture content (11.0 ± 0.6%, wb) before cooking. The microstructure of rice kernel surface, chemical composition, and optimal cooking time of treated brown rice were determined. The pasting and thermal properties and chemical structure of flour and starch from treated brown rice were also examined. The results showed that the optimal cooking times were 37, 35, and 33 min after treatment at 25, 40, and 55°C, respectively, compared to the control of 39.6 min. The ultrasonic treatment resulted in a loss in natural morphology of rice bran, allowing water to be absorbed by a rice kernel easily, particularly at high‐temperature treatment. Even through rice flour still maintained an A‐pattern in the pasting properties, the crystallinity significantly increased after treatment at 55°C. Ultrasonic treatment increased the peak, hold, and final viscosities and decreased the onset temperature (T_o) and peak temperature (T_p), significantly. Thus, ultrasonic treatment could be used for reducing cooking time of brown rice.