竹材料处理工艺改良的研究

采用正交试验设计,探讨炭化、蒸煮及复合改性剂浸渍工艺对竹片工艺品质的影响,结果表明:采用二次炭化工艺可以显著提高竹片工艺品质,竹片炭化最优工艺参数为:一次炭化蒸汽压力0.3 MPa、炭化时间180 min;二次炭化蒸汽压力0.2 MPa、炭化时间100 min。蒸煮处理结合复合改性剂浸渍处理也可以提高竹片工艺品质并代替炭化工艺生产出高品质的竹片材料,竹片蒸煮最优工艺参数为:煮蒸水温80℃,蒸煮时间7 h;竹材复合防腐剂压力浸渍工艺的最优参数为:浸渍压力1.0 MPa、时间120 min、DP∶UF为4∶1。     

不同反应条件下番茄秸秆水热生物炭的理化性质和微观结构变化

为探究炭化温度和裂解时间对番茄秸秆水热生物炭（TSHB）微观结构、理化性质、主要成分及炭化效率的影响,并获得高效的炭化条件,采用低耗能的水热炭化法将番茄秸秆裂解为番茄秸秆水热生物炭。设置3个炭化温度（180、220、260℃）和4个裂解时间（2、4、6、8 h）,共12个处理,研究不同组合的炭化温度和裂解时间对番茄秸秆水热生物炭形貌结构、功能基团、pH值、电导率（EC值）、生物炭成分的影响,并分析番茄秸秆水热生物炭主要成分的变化。结果表明,番茄秸秆多孔且中空的维管束结构有利于水分和热量在番茄秸秆内部的快速传递,增加水热炭化温度能加速破坏番茄秸秆维管束结构和将条状番茄秸秆炭化为颗粒状水热生物炭。番茄秸秆水热生物炭的功能基团主要是脂肪醚C-O、烷烃C-H、饱和脂肪酸酯C-O、胺C-N以及细胞壁基团C-O、C=O、C-N、C-O-C。提高炭化温度可增加番茄秸秆水热生物炭功能基团数量,但炭化温度达到260℃时,明显破坏且大幅度减少番茄秸秆水热生物炭功能基团数量。水热炭化法制备的番茄秸秆水热生物炭为酸性生物炭（pH值5.13～5.33）。在相同的裂解时间下,相较于180℃和260℃炭化温度,22...     

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。     

双粒高粱发育的细胞学特点研究

为明确双粒高粱的形态解剖结构及发育过程,完善高粱的形态解剖理论,探索双粒高粱形成的细胞学机制,以ISD-1 双粒高粱为材料,利用常规石蜡制片法,对其子房和花药的发育过程进行了细胞学观察。通过对双粒高粱雌、雄配子体发育的细胞学研究发现,双粒高粱无柄小穗中可育花的雌蕊基部膨大为2 个大小不同的腔,中间有分隔层,在2 个腔内各有3 个花药和1 个子房。大腔和小腔的发育无先后顺序之分。2 个腔内胚珠的发育、大孢子的形成、花药的发育、小孢子的形成都是不同步的。花药的发育与传统的形式不同,先发育成1 个或2 个花粉囊再相互结合成完整的花药。与单粒高粱相比,双粒高粱具有独特的细胞发育特点,初步揭示了双粒高粱的形成是由于雌蕊分化为2 个腔,且每个腔具有完整的花药和子房结构。这对于完善高粱的形态解剖理论有重要的意义。     

玉米秸秆炭与炭化温度和时间的关系

[目的]筛选出最适宜炭化温度和时间条件下的生物炭。[方法]以玉米秸秆为生物质炭制作原料,对比研究不同炭化温度(350、450、550℃)和时间(1.5、2.0、2.5 h)制备的玉米秸秆炭的p H、电导率等特性及有机质、氮、磷、钾等元素含量及其间的相互关系。[结果]玉米秸秆炭有机质含量随炭化温度的升高和时间的延长而降低[62.23%(350℃)48.52%(450℃)35.78%(550℃)];在350℃炭化温度下p H随着时间的延长而增大,450和550℃炭化温度下p H基本保持在10左右;电导率随炭化温度和炭化温度的变化不明显,炭化温度350℃对玉米秸秆炭电导率的影响相对较大。玉米秸秆炭中速效钾含量随着温度的升高和时间的延长逐渐增加,全氮和碱解氮则相反,速效磷含量较高,表现出574.53 mg/kg(450℃)493.75 mg/kg(350℃)283.98 mg/kg(550℃)的变化趋势。[结论]350℃(2.5 h)和450℃(2.0 h)制备的玉米秸秆炭的农业利用预期效应较好,农业价值较高。     

秸秆粉碎炭化及与PVC粉料混合成套装置的设计

秸秆/PVC复合材料因其良好的加工性能、强度大、耐腐蚀、寿命长等优点,具有广泛的应用和发展前景。针对秸塑材料加工前需对秸秆进行粉碎、炭化、与PVC粉料充分混合的作业要求,设计了一套秸秆粉碎炭化及与PVC粉料混合装置。该装置采用两级粉碎同时实现秸秆粉料的干燥与切碎,炭化装置可快速将秸秆粉料炭化以提高秸塑材料的结合性能。该装置结构合理,连续化程度高,能够降低成本,有利于促进秸塑材料的进一步产业化发展。     

炭化秸秆对苹果根系一氧化氮生成及根区土壤硝酸盐代谢的影响

【目的】土壤硝酸盐既是果树的氮素营养来源,也是潜在的环境污染因素;炭化秸秆是作物秸秆不完全燃烧的产物,施入土壤能够改善土壤的理化特性。本研究主要探讨苹果根系和根区土壤一氧化氮（NO）及土壤硝酸盐代谢相关酶在土壤施用炭化玉米秸秆后的变化,旨在揭示炭化秸秆对苹果根系及根区土壤硝酸盐代谢的调控作用,从而为控制土壤硝酸盐转化及改善果园土壤管理提供理论依据。【方法】在春季,将炭化玉米秸秆与土壤按照0.5%-8.0%（w/w）的比例混匀后装入陶盆,然后将生长势相近的3年生‘富士’苹果幼树（砧木为平邑甜茶）移栽到陶盆中,于移栽120-190 d后定期检测苹果根系和根区土壤NO生成速率以及硝酸还原酶（NR）的活性,并分别测定根系一氧化氮合酶（NOS）活性和根区土壤亚硝酸还原酶（NiR）与羟胺还原酶（HyR）活性以及土壤硝化强度的变化等。【结果】苹果根系及其根区土壤NO生成和硝酸盐代谢对炭化秸秆施用量的反应明显不同,根系NO生成速率和一氧化氮合酶活性在炭化秸秆施用量为1.0%-2.0%（w/w）时明显升高,在8.0%时显著下降;根系硝酸还原酶活性在炭化秸秆施用量为0.5%-2.0%（w/w）时明显升高,在4.0%-8.0%时显著下降;在处理后第120-170天,炭化秸秆对根系NO生成和硝酸还原的作用效果更突出。在炭化秸秆施用量为0.5%时,根区土壤NO生成速率、硝酸还原酶活性和亚硝酸还原酶活性均明显升高;在炭化秸秆施用量超过1%后,土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性明显降低;在炭化秸秆施用量超过2%时,土壤NO生成速率则明显降低;在处理后第120-155天,炭化秸秆对根区土壤NO生成和硝酸还原的作用最明显。施用炭化秸秆还明显促进苹果根区土壤的硝化作用,在炭化秸秆施用量为2.0%-4.0%时,土壤硝化强度提高最明显;随着炭化秸秆用量由0.5%增加到8.0%,根区土壤羟胺还原酶活性逐渐升高;在施用后140-170 d,炭化秸秆对根区土壤硝化作用的效果最显著。【结论】土壤施用炭化秸秆明显干扰苹果根系及根区土壤硝酸盐代谢,较低施用量（0.5%-1.0%）的炭化秸秆促进根系和土壤硝酸盐还原形成NO,较高施用量（2.0%-4.0%）的炭化秸秆增强根区土壤的硝化作用,其中,0.5%的炭化秸秆对根区土壤硝酸盐还原的促进作用最突出,1.0%的炭化秸秆对根系NO的生成作用最显著,根区土壤硝化强度在炭化秸秆施用量为2%时达到最大。     

秸秆炭化烟气两级除尘装置设计及数值模拟

为提高秸秆炭化烟气的除尘效率,在典型旋风分离器基础上,在排气管中增设回转拨指轮,构成两级除尘。利用SolidWorks和ANSYS ICEM软件对其建模和网格划分,在数值模拟软件FLUENT中采用RNG k-ε模型和RSM模型相结合的方法进行流场模拟,建立了流场理论模型。采用DPM模型对颗粒的分离效率进行模拟,测试在同一烟气进口速度(20 m/s)条件下,典型旋风分离器及不同回转转速(0、900、1 450、2 900r/min)下两级式除尘装置内部烟气流场的静压、切向速度、径向速度、轴向速度分布及不同粒径颗粒的分离效率。结果表明,与传统旋风除尘器相比,回转拨指轮对除尘器内的静压有较大的影响,且静压随转速的增大而增大;回转拨指轮转速对流场切向速度亦有较大的影响,随转速提高,切向速度增大,但对径向速度和轴向速度的影响较小;两级除尘及内部回转拨指轮转速对1μm颗粒收集无较大影响,但对于10μm以上的颗粒,可显著提高分离效率,且随转速增大分离效率有所提高,但不同转速对分离效率的影响差异不显著。     

我国秸秆资源利用现状及其炭化利用展望

随着农村经济发展和农民收入的增加,农村居民生活用能结构正在发生着明显的变化,每年农作物秸秆大量剩余。目前我国秸秆资源化利用途径主要有秸秆肥料化技术、饲料化技术、能源化技术、材料化技术等,已经不能满足发展的需要。近年来,生物质炭化技术作为公认的解决秸秆焚烧问题的可行技术措施之一,日益受到国内外广泛关注。通过把数量巨大的农作物秸秆热解炭化后加以充分开发利用,可以解决可持续发展、节能降耗、环境保护与治理等领域面临的复杂问题,有助于构建低碳高效经济发展模式,对保障国家环境、能源、粮食安全意义重大。     

蓝藻与木屑混合炭化制备燃料炭研究

该研究以蓝藻与木屑压缩混合物为原料,经粉碎干燥处理后,进行热解炭化制备燃料炭,考察了升温速率、炭化时间、炭化温度等因素对炭化实验的影响。结果表明,在不同炭化条件下获得的燃料炭的得率和热值差异较大,且获得燃料炭的燃烧性能较未炭化原料有很大提升;蓝藻与木屑混合物制备燃料炭较为适宜的工艺条件为:升温速率为10℃/min,炭化温度为350℃,炭化时间为40min,在此条件下燃料炭得率可达57.9%,热值可达17.4 MJ/kg,其热值比普通生物质材料(10MJ/kg)提高了0.7倍。