溶剂萃取对螺旋藻水热液化生物原油储存稳定性的影响

为了研究生物原油所含不同组分对其储存稳定性的影响,该研究提出利用溶剂分步萃取法分离生物原油。采用螺旋藻为原料进行水热液化,利用极性不同的四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮和正己烷为萃取溶剂分离生物原油,以黏度和热值作为稳定性评价指标,利用热重分析仪、气相色谱质谱联用仪和傅立叶红外光谱仪分析生物原油的老化机理。结果表明：乙酸乙酯萃取得到的生物原油的黏度最低（316 mPa•s）,流动性最好,且在储存过程中黏度变化率最小（78.6%）,稳定性最好;利用溶剂可以分离生物原油中的重、轻组分和极性、非极性组分,生物原油的老化与极性大分子之间发生的酯化反应、聚合反应密切相关,而小分子非极性化合物的存在可显著降低生物原油的黏度,提高其流动性和稳定性;经储存后生物原油的热值降低了0.4%～6.2%,生物原油的极性组分、重组分和氮元素含量越多,黏度和热值的变化率越大。该研究可为生物质水热液化产物的定向调控及生物原油储存稳定性的提高提供参考。     

厕所粪便与粗甘油共液化制备生物原油研究

水热液化是处理湿有机废弃物并实现能源化的技术之一。以厕所粪便和粗甘油为原料进行水热液化,探究了不同质量比例的厕所粪便和粗甘油(1∶0、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、0∶1)对产物分布和油品特性的影响。粪便与粗甘油的比例混合为1∶3时,生物原油的产油率最高为40.6%,液化率最高为94.8%,相比单组分厕所粪便分别提高了18%和15%,表明粗甘油对粪便水热液化的产物转化具有促进作用。当在粪便中添加粗甘油时,水热液化生物原油的热值变化了0.27%～8.88%,含水率降低了11.5%～85.2%;所含烃类物质高达21.1%,酸类物质降低到14.4%,表明生物原油更稳定;增加了生物原油中的轻组分成分,残渣含量降低了25.2%～53.2%,进一步表明粗甘油可以改善粪便水热液化生物原油的油品质量。     

生物质水热液化产物特性与利用研究进展

近年来,由于水热液化技术可以将高含水率的生物质直接转化为生物原油而极具潜力,引起了人们的广泛关注。该文综述了生物质水热液化研究的最新进展,简述了生物质水热液化的产物分离流程,着重分析了水热液化4种产物(生物原油、水相产物、固体残渣和气体)的产物特性及其利用方式。在4项产物中,生物原油可作为燃料或者从中提炼高附加值产品,水热液化水相可以进行微藻养殖、经厌氧发酵产甲烷或者利用微生物电解池产生氢气等,固体残渣通过进一步处理后可作为生物炭使用,气相产物可作为温室的气体肥料。另外,该文总结了生物质中关键元素在水热液化产物中的分布规律,展望了水热液化技术未来研究方向,以期能为生物质水热液化研究提供参考与借鉴。     

小球藻粉水热催化液化制备生物油

为探索新型生物质燃油的开发,该文以小球藻粉为原料,采用水热催化液化方法制备生物油。研究了液化温度,液化时间,催化剂等因素对液化率的影响,在此基础上采用正交试验,以液化率为指标,探讨了生物油优化的制备工艺;利用傅里叶红外光谱(FTIR)和气相色谱-质谱联用(GC/MS)技术分析了小球藻粉生物油的基团结构与组成。结果表明,小球藻粉优化的液化反应条件为:采用质量分数5%的Ce/HZSM-5为催化剂,在300°C水热条件下催化液化20min,小球藻粉和溶剂料液比为1:10g/mL,液化率达39.87%。在此条件下制备的小球藻粉生物油的主要成分为醇类,酯类以及部分碳氢化合物,热值达26.09MJ/kg。和传统木质纤维素类生物质相比,小球藻粉制备的生物油成分更接近传统化石燃油且热值更高,显示了良好的应用前景,为微藻生物质液体燃料的制备提供参考。     

鸡粪生物炭的制备及其对硒镉伴生酸性土壤的改良效果研究

为探究鸡粪生物炭(JF-BC)的高效制备及其对恩施地区硒镉伴生酸性土壤改良的效果,通过优化限氧热解技术中温度、时长参数制备高吸附性能鸡粪生物炭,通过为期52 d的室内恒温恒湿土壤培养试验探究不同添加量JF-BC(未添加记作CK,2%添加量记作2%BC,4%添加量记作4%BC)对土壤理化性质的影响及动态进程。试验结果表明,热解温度700℃、热解1.5 h,制备的JF-BC产品pH最高,镉吸附性能最优。产品对于4≤pH≤8的Cd2+溶液具有稳定吸附效果,吸附量为244.81～248.22 mg·g-1。2%BC及4%BC处理均使得培养的土壤由酸性提升至中性或弱碱性。培养第3 d,2%BC和4%BC处理有机质、有效磷、速效钾含量较CK显著提升29.19%和56.90%、425.4%和449.09%、884.11%和1475.82%,培养过程中效果稳定持续;培养过程中2%BC处理碱解氮较CK显著提升,4%BC与CK无显著性差异。培养第52 d,4%BC土壤阳离子交换量较CK显著提升45.34%。培养过程中,2%BC及4%BC处理土壤有效镉逐渐降低,较CK最高降低32.32%,4%BC处理有效硒有所增加,较CK最高增加26.47%。JF-BC能有效改善恩施地区土壤的pH、有机质、阳离子交换量等化学性质,提升土壤磷、钾肥力,降低镉的有效性,提高硒的活化率,4%添加量改良效果更佳。但当JF-BC大量施用时,要注意氮素的补充及磷、钾素减量。此研究对改良恩施地区土壤酸化、提高硒利用率并抑制镉迁移转化提供有益探索。     

互花米草在乙醇-水体系中直接液化制备生物油

生物质因其储量丰富、来源广泛、碳中和等优势被认为是最具有应用前景的生产替代燃料的原料。在容积50 m L的小型高温高压反应釜中,利用醇-水共溶剂直接液化互花米草制备生物油,考察反应温度、醇-水共溶剂中乙醇体积分数、液料比对液化产物分布的影响,分析了原料的热重特性及生物油的主要成分。结果表明:随着升温速率的增加,互花米草的热失重曲线(thermogravimetric,TG)和微分热重曲线(differential thermogravimetric,DTG)基本保持不变,但却发生了不同程度的横向移动,出现明显的滞后现象,这是由温度和时间共同作用的结果;正交优化操作条件为温度340℃、乙醇体积分数50%、液料比10 m L/g,此时生物油产率高达44.2%,而残渣率仅为12%;与单一溶剂相比,醇-水共溶剂对互花米草的液化具有明显的协同作用,在提高产油率的同时能够显著改善生物油的品质;生物油的气相色谱-质谱分析表明生物油是一种组分复杂的含氧有机混合物,包括酸类、酚类、酯类、呋喃等,主要成分为酚类和酯类,相对含量分别为29.62%和11.27%;乙醇能够与酸发生酯化反应生成酯类,而酚类主要来自原料中木质素的降解;以乙醇体积分数为50%的醇-水共溶剂作为液化介质时,生物油的能量回收率为76.5%,明显高于以水或乙醇作为单一溶剂时液化所得生物油的能量回收率,因而醇-水共溶剂是生物质直接液化中非常有前景的液化介质。     

以粪污水热资源化为核心的高效种养结合系统分析与展望

种养结合系统是实现养殖业和种植业可持续发展的重要途径。水热技术可以转化畜禽粪污生产生物原油、生物炭、水相产物和气体产物,分别具有燃料、土壤改良、农用杀菌剂和温室气体肥料应用潜力,以粪污水热资源化为核心构建的高效种养结合系统有助于提高土地对畜禽粪污的消纳能力、构建生态可持续的绿色循环农业,实现畜禽粪污资源化利用、种植业和养殖的协同高效发展。该研究基于国内外近十余年的研究,系统综述了粪污水热资源化产物在种养结合生态循环农业模式中的作用和应用潜力,论述了畜禽粪污水热转化生物原油在农业内燃机中作为燃料的研究现状,阐述了水相产物作为潜在的农用杀菌剂在作物病害防控中的作用,梳理了畜禽粪污来源水热炭在转化机理、理化特性和还田应用中的研究进展,分析了气相产物中的组分和用于温室种植的潜力。在此基础上总结了以粪污水热资源化为核心的高效种养结合系统面临的主要挑战,并对水热资源化产物农业循环应用的研究方向进行展望。研究为畜禽粪污水热资源化产物的高值利用和高效种养结合系统研究提供理论参考。     

玉米秸秆液化制备生物高聚物材料的研究(英)

该研究旨在探讨低温生物质液化技术及液化产物应用的可能性。以玉米秸秆为原料在酸性、常压条件下快速液化成多羟基化合物，再以多羟基化合物为原料合成一系列的聚合材料。采用不同的有机溶剂，在稀硫酸的催化作用下，对不同的温度下生物质的液化效果进行研究。同时探讨了液化有机溶剂同生物质物料的混合比率对液化过程的影响。试验表明，碳酸乙烯酯比乙烯醇具有较高的液化率。优化试验结果表明，在较佳的液化效果下， 有机溶剂同玉米秆的混合比率为3∶1，反应温度160℃，稀硫酸浓度3%，反应时间2.5 h。液化产物经稀释、调节pH值、过滤、臭氧氧化一系列过程的处理后得到具有高活性多羟基聚合物。阐述了以多羟基聚合物制备各种生物聚合物材料如聚酯薄膜、聚胺酯泡沫和颗粒板的方法。聚酯薄膜是多羟基化合物上的羟基和多元酸上的羧基通过酯化反应形成的；聚胺酯泡沫通过多羟基化合物上的羟基和二异氰酸酯反应形成。研究表明以多羟基化合物和多元酸（酐）形成的聚酯型胶粘剂适合于制造颗粒板。     

秸秆生物炭和鸡粪对铅胁迫下玉米生长和生理特性的影响

通过盆栽模拟铅(Pb)胁迫试验,研究了不同秸秆生物炭添加量(20,40g/kg土壤)、不同鸡粪添加量(20,40g/kg土壤)、秸秆生物炭和鸡粪等量复配(各20g/kg土壤)处理对Pb胁迫下玉米生长和生理特性的影响。结果表明:施用生物炭和鸡粪不同处理均显著增加铅胁迫下玉米的株高、鲜重、光合色素含量、光合性能和抗氧化酶活性。生物炭和鸡粪等量复配处理较对照提高鲜重69.9%、株高50.0%、叶绿素b含量50.0%、净光合速率(P_n)97.9%、蒸腾速率(T_r)126.5%、气孔导度(G_s)132.6%、超氧化物歧化酶活性(Superoxide dismutase,SOD)68.4%、过氧化物酶活性(Peroxidase,POD)69.4%、过氧化氢酶活性(Catalase,CAT)115.3%、脯氨酸含量88.6%、可溶性糖含量48.6%。生物炭和鸡粪等量复配处理对促进铅胁迫下玉米的生长,提高叶片的光合能力和抗氧化能力效果最佳,为改善重金属铅污染的土壤质量和作物生长提供了经济有效的途径。     

鸡粪生物炭表征及其对水和土壤镉铅的修复效果

采用缺氧控温法,在200、400、600和800℃条件下制备鸡粪生物炭(BC200、BC400、BC600和BC800),利用比表面积及孔径分析仪(BETacceleratedsurfaceareaandporosimetrysystem)、扫描电镜(scanningelectron microscopy)、透射电镜(transmission electron microscope)、傅里叶红外光谱仪(Fourier transform infrared spectroscopy)等对其理化性质和结构特征进行表征,并研究了鸡粪不同温度处理下生物炭对水体和土壤中Cd、Pb污染修复效果。结果表明,鸡粪生物炭灰分含量、pH值、BET比表面积及孔径随热解温度的升高而增加,表面出现大量无规则的孔隙结构,且以介孔为主,而生物炭产率则随温度升高而显著降低(P0.05)。鸡粪生物炭对Cd2+、Pb2+的吸附分为快速吸附和慢吸附2个阶段,Elovich模型能更好地模拟Pb2+、Cd2+的动力学过程,平衡时最大吸附量分别达到52.02 mg/g (BC600)和242.59 mg/g (BC800)。添加鸡粪生物炭显著提高了土壤pH值(P0.05),而TCLP提取态Pb、Cd含量降低,最大较对照分别降低16.5%和14.5%。与对照相比,鸡粪生物炭不同程度上降低了Pb、Cd弱酸提取态、可还原态以及可氧化态比例,其残渣态比例则分别增加了5.49%～15.14%和2.51%～6.30%。综上所述,鸡粪生物炭对重金属Pb、Cd具有较强的钝化效果。     

水热预处理对猪粪厌氧消化及沼液生态安全性的影响

为进一步提高猪粪在厌氧消化过程中水解性和产甲烷性能,同时增加猪粪沼液还田利用途径的生态安全性,该研究采用水热的方式对猪粪进行预处理,探究了不同温度（70、90、120、150和170 ℃）水热预处理对猪粪的理化特性和厌氧消化产甲烷性能的影响,并对其沼液的生态安全性进行评估。结果表明,不同温度水热处理30 min条件下,猪粪SCOD（Soluble Chemical Oxygen Demand,溶解性化学需氧量）增加了3.9%～43.6%;经150 ℃水热处理后的猪粪获得最高的产甲烷量(398±40) mL/g（以VS计算,Volatile Solid,挥发性固体）,相对于未经处理猪粪的产甲烷量显著提高了5.6%（P<0.05）。猪粪经150 ℃水热预处理和厌氧消化后的沼液中重金属Hg、As、Pb、Cr和Cd含量均满足《农用沼液（GB/T 40750-2021）》的限量要求;粪大肠杆菌的含量满足《粪便无害化卫生要求（GB7959-2012）》;土霉素大幅度降低,恩诺沙星、磺胺嘧啶和诺氟沙星的含量均低于检测限。因此,适当的水热预处理（150 ℃）不仅能够提高猪粪的厌氧消化产甲烷性能,并且能够进一步加强粪污无害化处理和降低沼液还田利用的环境风险。     

果园生态养鸡鸡粪DOM的淋溶特征及其对抗生素迁移的影响

为研究粪源溶解性有机物与抗生素的共迁移行为及机制,以川中丘陵区典型石灰性紫色土为对象,通过吸附平衡试验与填装土柱试验,结合光谱学表征手段,研究鸡粪溶解性有机物（Dissolved Organic Matter,DOM）的淋溶特征及其对磺胺嘧啶（Sulfadizine,SD）、氟苯尼考（Florfenicol,FFC）及泰乐菌素（Tylosin,TYL）吸附和淋溶的影响。结果表明：鸡粪DOM以色氨酸为主要成分,吸附性强于腐殖酸成分,可增加土壤表面对抗生素的吸附位点。3种抗生素的等温吸附过程均符合线性和Freundlich方程,并以物理吸附为主。SD和FFC在紫色土中吸附性较弱,当与鸡粪DOM（200 mg/L）同时进入土壤时,其吸附未发生显著变化;而当鸡粪DOM先与土壤作用后,SD和FFC与土壤表面已吸附的鸡粪DOM成分通过非共价作用结合,吸附显著增加,相应吸附容量参数（Kf值）分别增加77.28%和114.36%。TYL在紫色土中的吸附很强,对鸡粪DOM的影响不敏感。在模拟降雨条件（20 mm/h）下,SD和FFC极易淋溶,与平衡吸附试验结果一致,SD和FFC在鸡粪DOM预先与土壤作用的土柱中穿透分别延迟了0.49和0.25个孔隙体积,淋溶总量减少了12.04%和15.35%,而鸡粪DOM与抗生素同时进入土壤的处理也表现出减少抗生素迁移的趋势。TYL未发生穿透而主要分布在表层土壤中,鸡粪DOM对它的淋溶无显著影响。综上,鸡粪DOM与抗生素发生共迁移的过程中,大量鸡粪DOM中色氨酸物质在土壤中的吸附,对弱吸附性抗生素的淋溶迁移具有显著的阻滞作用。     

纳滤膜孔径对沼液超滤透过液养分富集与膜污染行为的影响

超滤（ultrafiltration，UF）能有效浓缩沼液，但透过液中仍含有大量养分，可进一步采用纳滤（nanofiltration，NF）等精密膜浓缩利用。NF膜的孔径会直接影响膜的截留特性和通量，从而影响浓缩性能。为了探究NF膜孔径对沼液浓缩过程养分富集效果和膜污染行为的影响，该研究以鸡粪沼液的UF透过液为研究对象，分别采用800 D、500 D、100 D的NF膜（平均膜孔径分别为2.0、1.0、0.5 nm）进行浓缩，重点分析养分截留效果和膜污染特征。结果表明：不同孔径的NF膜均能高效截留化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）和总磷（total phosphorus，TP），截留率可达68%以上，但对总氮（total nitrogen，TN）和总钾（total potassium，TK）的截留较低，仅为19%～35%。随着膜孔径降低，NF对COD、TN、TP、TK的截留效果略有提高，但整体差异不明显。不同孔径NF膜在沼液浓缩过程均出现了明显的水通量降低。与1.0 nm的NF膜相比，0.5 nm膜较小的孔径和2.0 nm膜较大的初始通量均会导致膜表面有机-无机致密污染层的形成，从而造成水通量快速降低；而1.0 nm膜表面形成的以无机晶体为主的污染层较为疏松，通量下降较为缓慢。综合养分截留效果和水通量变化规律，确定孔径为1.0 nm的NF膜更适用于浓缩沼液的UF透过液，研究结果可为推动沼液膜浓缩的发展与工程应用提供理论与技术支撑。