不同母质发育土壤的中红外吸收光谱特征

选取湘东丘陵区四种典型母质发育土壤(酸性紫色土、花岗岩红壤、板岩红壤和第四纪红土红壤),采集剖面(深至母岩/母质层)样品,应用傅里叶变换红外光谱仪研究灼烧去除有机质处理、土层深度和母质类型对土壤中红外吸收光谱特征的影响,分析吸收光谱与土壤理化性质的关系。结果表明,去除有机质后,特征区的中红外吸收值升高,反映矿物质对红外吸收谱线的强烈影响。在剖面上,底土(60~80 cm或100~120 cm)的中红外吸收值高于表土(0~20 cm),与土壤有机质含量的剖面分布相反。四种土壤的中红外光谱均属典型的高岭石图谱。砂粒、粘粒含量与红外吸收值的相关性最好,砂粒含量的最大相关系数(0.51)出现在3700、913和720~540 cm~(-1)附近,粘粒含量的最大相关系数(0.54)出现在1100~694 cm~(-1);本研究表明,原土的中红外吸收光谱特征主要受矿物质的支配,可以很好地反映土壤质地的状况,指示土壤质量变化。     

有机化合物构性相关分析的解析程序

根据有机化合物的构性相关规则 ,用演绎推理的方法建立了有机化合物构性相关分析的解析程序。这一解析程序把有机化合物的构性相关分析归纳成 5个步骤 ,即写出靶结构式 ,找出官能团 ,分析官能团和烃基中所含的每 1根化学键 ,考察分子中各结构单元之间产生的相互影响 ,最后分类总结出有机化合物的全部性能。     

杨木和杉木木材表面性质的研究

以人工林杨木和杉木木材为研究对象 ,对其表面自由能、表面极性和表面化学官能团等木材表面特征因子进行测定 ,并探讨不同温度处理条件下木材表面特性的变化机理。研究结果表明 :杉木比杨木有较高的总表面自由能 (42 35mN·m- 1 对 38 93mN·m- 1 )和非极性表面自由能 (41 6 1mN·m- 1 对 35 5 2mN·m- 1 ) ,而杨木的极性表面自由能比杉木要高 (3 4 1mN·m- 1 对 0 74mN·m- 1 )。杨木和杉木木材经过不同温度处理后 ,其总表面自由能和非极性表面自由能都随着处理温度的升高而下降 ,而极性自由能则有不同程度的升高。产生此种现象的原因主要为木材表面羟基缔合状态的解除及表面脱羟基作用的综合结果。木材表面 3种主要化学官能团为羟基、烷基和缩醛基 ,在高温处理条件下 ,两种木材羟基对烷基和缩醛基吸收峰面积之比都有所下降 ,说明高温处理过程是一个使木材表面羟基密度减少的过程。木材表面自由能与木材表面化学官能团变化有明显的相关性。     

不同自燃性煤氧化阶段的表征差异

对3种不同自燃倾向性煤样进行低温氧化实验,利用CO体积分数与煤体温度间变化的计算模型,求解出活化能和煤氧化过程发生转变的特征温度,同时结合热重-差示扫描量热（TG-DSC,theremogravimetric analysis-differential scanning calorimetry）实验结果,分析了不同自燃性煤氧化特性和活化能的低温表征规律。结果表明：1）低温氧化阶段,CO生成量、耗氧量和耗氧速率随着煤自燃倾向性增强而增大;不同煤样在实验过程中出现同样的CO生成量和耗氧速率急剧上升的温度拐点,且煤的自燃性越强,该拐点温度越低,同时CO体积分数的变化具有明显的阶段性。2）不同自燃性煤氧化阶段活化能变化规律存在显著差异,当各煤样的温度到达活性温度时,活化能快速减少,且活化能变化点对应于煤氧化过程发生转变的特征温度点。3）根据煤特征温度和活化能的变化规律,把煤低温氧化进程分为4个阶段,分别为表面氧化、氧化自热、加速氧化和深度氧化。     

桉木液化物活性碳纤维的结构与性能表征

采用自动吸附仪、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)测试桉木液化物活性碳纤维(LWACF)的结构,系统认识以桉木为原材料的LWACF性能.结果表明,LWACF比表面积达2 144 m2/g,平均孔半径为0.90 nm,微孔率为84.8％,部分介孔,无大孔;形貌在SEM下非常光滑,但在TEM下观测到表面是低于1nm的微孔并有结晶区存在;XPS表明LWACF由碳、氧元素组成,C原子浓度为96.8％;XPS和FTIR均证明LWACF表面有羟基、羰基和羧基等含氧官能团存在.LWACF比表面积大、微孔发达、具有含氧官能团,是优异的功能吸附材料.     

不同原料生物炭对铵态氮的吸附性能研究

为探讨不同原料生物炭对铵态氮吸附量及吸附机制,以花生壳、玉米秆、杨木屑和竹屑为原料,在500℃下充N_2保护热解制备生物炭,通过电镜扫面图(SEM)与傅立叶红外光谱图(FTIR)表征NH_4~+-N在生物炭表面的吸附特征,结合批量平衡吸附试验,对比研究不同原料生物炭对NH_4~+-N的吸附性能。结果表明:吸附后生物炭表面附着颗粒或粉末物质,孔隙被填充,表面变得较为平坦。四种生物炭表面分布的-OH、-C=O、-C-O,以及花生壳生物炭与玉米秆生物炭表面的-CH_3、-CH_2、-O-参与了吸附;Langmuir方程可以较好地拟合四种生物炭对NH_4~+-N的等温吸附;吸附均在50 min内达到平衡,伪二级动力学方程均可以较好地描述生物炭对NH_4~+-N的动力学吸附过程;在溶液pH=7.00条件下,初始浓度为800 mg·L~(-1)的体系中,四种生物炭对NH_4~+-N的最大吸附量为9.5~15 mg·g~(-1),吸附能力大小为花生壳生物炭玉米秆生物炭竹屑生物炭杨木屑生物炭。研究表明,生物炭表面含氧官能团对吸附NH_4~+-N起到决定性作用,吸附为单分子层吸附,且由快速反应所控制,四种生物炭中吸附性最好的是花生壳生物炭。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

田间“限氧喷雾”制备生物炭技术与炭质表征

生物炭具有改良土壤、固碳减排、吸附重金属和有机污染物等方面的有益作用,但其农业和环保应用面临着成本过高这一瓶颈问题.在田间直接将生物质转化为生物炭,可节省原材料收集与炭品运输等环节的费用,降低使用成本.可通过喷雾技术在田间限氧条件下实现生物炭的制备,其工艺如下:物料在槽内经逐层压实后,采用单向引燃、逐次喷雾的方式辅助竹柳和棉秆成炭;采用多位点引燃、逐层喷雾的方式辅助芦苇成炭.制炭期间,土槽中的侧壁开孔方管起通气和限氧作用以控制适燃,铁质密网起限氧、防尘和提供喷雾通道等作用以控制成炭.采用该技术制备的生物炭表现出了较好的同槽均质性和异槽同质性,成炭率达30%,制备得到的炭含有丰富的羧基(0.71～1.43 mol/kg)、酚羟基(0.43～1.09 mol/kg)官能团,且具有较大的比表面积(45.5～83.2 m~2/g).田间"限氧喷雾"技术为生物炭的制备提供了新的思路和技术选项,也为其农业和环保应用创造了条件.     

木材表面非极性化原理的研究 Ⅱ.木材与苯乙烯接枝共聚过程中化学官能团和表面极性的变化

通过对杉木、杨木木材及其主要成分在与苯乙烯接枝共聚反应过程中化学官能团及临界表面张力变化的研究,探讨了木材各化学组成在接枝共聚过程中的反应性能和对木材表面极性的影响。研究表明:木材可与苯乙烯发生接枝共聚反应,反应只在木素和苯乙烯之间进行。木材与苯乙烯接枝共聚可降低木材临界表面张力,即降低木材表面自由能,从而有效地改善木材的极性。     

乙酰化处理对樟子松木材耐光性和热稳定性的影响

【目的】探讨乙酰化处理对人工林木材耐光性和热稳定性的影响,为木材颜色调控技术及高耐光染色木材的研发提供理论依据。【方法】以樟子松木粉为试样,加入乙酸酐和二甲苯溶液,在120℃条件下分别反应5,10,20,40,60 min,测试乙酰化处理时间对木粉增重率的影响;分别称取1 g经不同时间乙酰化处理的木粉和未处理木粉,置于 UV老化试验箱内辐射100 h,利用红外光谱分析 UV辐射前后乙酰化木粉化学官能团的变化,通过热重和扫描电镜分析乙酰化木粉的热稳定性及其形貌变化。【结果】随着乙酰化处理时间的延长,樟子松木粉的增重率呈现先增加后降低的趋势,在处理40 min 时木粉增重率最大;乙酰化木粉在1741 cm －1和1385 cm －1处的CO,C—H特征吸收峰强度均大于原木粉,处理时间40 min 时木粉的吸收峰强度最大;UV 辐射后,乙酰化木粉在1508 cm －1处木质素苯环特征吸收峰强度明显大于原木粉,处理时间40 min 时木粉的吸收峰强度最大,表明木粉经乙酰化处理后光稳定性得到提升;热重分析显示,经乙酰化处理后,木粉热分解所需的温度明显提高,表明乙酰化木粉的热稳定性好于原木粉;扫描电镜分析表明,乙酰化处理可增强木粉微观构造抵抗光劣化的能力。【结论】乙酰化处理能有效抑制樟子松木材的光降解反应并提升其热稳定性。