热处理木材的水分吸着热力学特性

为了弄清楚热处理木材细胞壁中的水分吸着环境，即由半纤维素和木素组成的无定形区构造的变化，本研究通过对未处理及１５０，１８０，２３０℃处理云杉材在温度为２０℃和５０℃时的水分吸着等温线的测定，得到了吸着水的微分吸着热ＱＬ、微分吸着自由能ΔＧ及微分吸着熵ＴΔＳ与水分吸着量Ｗ、热处理温度之间的关系．结果表明：①与未处理木材相比，热处理木材的水分吸着机构发生变化，即第一层吸着和第二层吸着不具有时间上的重叠性；②随着热处理温度的升高，水分吸着量减少，这是由于吸湿性的半纤维素发生变化而致；③在相对湿度为６０％时，微分吸着热ＱＬ和微分吸着熵ＴΔＳ随着热处理温度的升高而减少，这一现象意味着水分子与木材分子之间形成的氢键结合数量上的减少．

毛竹及其组成单元的水分吸着特性

通过测量不同相对湿度下毛竹竹块、竹粉、竹纤维、薄壁细胞的吸湿平衡含水率,建立了相应的水分吸着等温线,并探讨了它们水分吸着特性的差异及原因。结果表明:毛竹竹块、竹粉、竹纤维、薄壁细胞的水分吸着等温线与木材类似,均呈反"S"形;竹粉的水分吸着等温线整体高于竹块,但两者的纤维饱和点含水率相差很小,约为0.37%;化学离析得到的毛竹薄壁组织细胞的纤维饱和点含水率为44.24%,显著大于竹纤维的纤维饱和点含水率(34.07%);毛竹薄壁细胞及竹纤维的纤维饱和点含水率均显著大于竹块和竹粉,原因是化学离析使竹材细胞壁壁内产生较多的微毛细管系统,有利于水分子的多分子层吸附和凝结水的产生。

木材的水分吸着和干缩湿胀——从静态到动态的研究

较系统地介绍了木材的水分吸着和干缩湿胀从静态到动态研究的发展历程,并归纳了有关恒定温、湿条件和湿度循环条件下及湿度循环过程中3个阶段木材水分吸着和干缩湿胀的研究成果及存在的问题,同时对今后需要研究的课题进行了讨论。旨在帮助木材科学工作者对该领域的研究进行较全面的了解,并希望他们能够从中得到启迪和借鉴,把这方面的研究工作提到一个更新、更高的层次上。

脱除部分化学成分杨木的动态水分吸着行为

【目的】考察木材主要化学成分对其在动态条件下水分吸着行为的影响,以获得动态条件下化学成分之间相互作用的信息,为解析木材的吸着和变形行为提供理论依据。【方法】以40~60目的杨木木粉为研究对象,对试材分别进行脱抽提物、脱半纤维素及脱matrix(木质素和半纤维素)处理,并采用X射线衍射(XRD)检测脱化学成分处理对试材的影响。将未处理材和各化学处理材分别置于温度为25℃、相对湿度在45%~75%之间正弦变化(周期1 h、6 h和24 h)的环境中,测量试材含水率变化情况,并利用傅里叶法对相对湿度及各试材的含水率变化进行拟合分析。【结果】1)XRD测试表明,化学处理材纤维素结晶区常用衍射峰的位置没有发生变化,脱抽提物材、脱半纤维素材和脱matrix材的结晶度分别为36.4%、41.3%和48.5%;2)在动态条件下,傅里叶法对不同周期下的相对湿度及各化学处理试材的含水率变化均获得了良好的拟合效果;3)各试材的动态等温吸附曲线由多个连续的椭圆形相互叠加而成,可以明显地观察到吸湿滞后现象,滞后率在0.881~0.955范围内;4)当相对湿度循环周期足够长时,未处理材、脱抽提物材、脱半纤维素材和脱matrix材的水分吸着系数分别是0.090 8、0.094 8、0.089 2和0.087 4,仅为静态条件下水分吸着系数的1/2左右。【结论】1)在化学处理过程中,木材的半纤维素被脱除,而纤维素的结晶结构没有受到破坏;2)随着相对湿度的正弦变化,各处理材的含水率也呈正弦变化,在相位上滞后于相对湿度的变化,且随着时间的延长逐渐趋于稳态;3)随着周期的延长,试材的振幅和水分吸着系数均有所增加,相位滞后有所下降;4)将各化学处理材进行比较,对于任一周期下,脱抽提物材的振幅和水分吸着系数最大,其次分别是未处理材、脱半纤维素材和脱matrix材。

以Hailwood-Horrobin平衡水分模型分析聚葡萄糖吸潮机理

为解释聚葡萄糖的吸潮性能,改进包装材料,在20~35℃和平衡相对湿度(ERH)10%~90%范围内,测定了初始含水率(IMC)1.01%~4.89%的5个国产样品(a1~a5)的水分吸附与解吸等温线。吸附和解吸等温线均是S型曲线,在ERH小于80%时,解吸等温线与吸附等温线之间存在滞后现象,样品初始含水率越低,滞后现象越显著。由于聚葡萄糖是无定形相态的粉末,我们假定聚葡萄糖水分吸附过程是蒸汽相态、液体相态(多分子层吸附)及固体溶液(单分子层吸附)之间存在的平衡,按照Hailwood-Horrobin(HH)模型把S型吸附等温线去卷积为单分子层(Mh)和多分子层成分(Md),吸附和解吸多分子层水含量随ERH增加呈现S型曲线增加,解吸单分子层含水率随ERH增加保持不变,而吸附单分子层含水率随ERH增加对a1~a4样品(IMC4.87%~2.35%)缓慢增加,对a5样品(IMC 1.01%)几乎线性减少。随着样品初始含水率降低,吸附位点聚合物分子量对a1样品最大,对a5样品最小。尽管红外光谱扫描显示a5样品羟基(3416cm^(–1))和无定形结构官能团(1027cm^(–1))的强度最小,但是a5样品的吸潮率最大。说明不同工艺加工的聚葡萄糖样品含水率越低,吸附单分子层水含量随ERH增加几乎线性减少,但是吸附多分子层含水量随ERH增加是S型增加,吸潮率和吸湿量增大。

湿润剂对基质水分吸持和白菜穴盘苗生长的影响

基质水分吸持特性直接影响蔬菜穴盘苗生长发育及整齐度,配制适宜的基质是潮汐式育苗的一个关键科学问题。为了探究湿润剂对基质水分吸持的作用,该研究选用3种湿润剂(SP、GY-S903、KT),设置0、0.15、0.30、0.60 mL/L共4个添加量,研究湿润剂添加对育苗基质水分吸收、蒸散和白菜穴盘苗生长的作用。结果表明:添加湿润剂处理与未添加湿润剂的对照处理相比,基质吸水量提高23.90%~74.70%,吸水高度提高46.03%~94.28%,吸水速率增加60.57%~116.26%,且湿润剂添加量越高,基质吸水能力越强;相对于不添加湿润剂处理,添加湿润剂显著提高了基质相对含水量和基质水分蒸散速率(P<0.05);湿润剂添加减小了潮汐床箱中不同位点穴盘基质吸水差异,吸水量变异系数降低9.01个百分点。进一步测定湿润剂添加后白菜穴盘苗生长发育参数,发现适量湿润剂对白菜穴盘苗生长无不良影响。研究结果为改善育苗基质水分吸持特性提供了依据。

不同煤化程度煤尘水分复吸特性及平衡预测模型研究

水分复吸是一种有效评价煤尘润湿性大小的方法,但不同类型煤尘的亲水性强弱存在差异。为了探究不同煤化程度煤尘水分复吸特性,通过自行设计水分复吸试验系统,对比分析不同煤尘在不同环境温度和相对湿度条件下水分复吸率变化规律,明确煤尘特性对水分复吸特性的影响,从而确立不同煤化程度煤尘水分复吸平衡预测模型。研究结果表明:随着环境温度升高,煤样水分复吸率先增大后减小,达到复吸平衡的时间在逐渐缩短;在相同温度条件下,相对湿度增加会提高煤尘水分复吸能力,水分复吸平衡时间与相对湿度成正比;煤化程度越高,其水分复吸能力越强。随着煤尘接触角增大,水分复吸率与接触角成线性反比关系,煤尘的润湿性与水分复吸能力成正相关线性关系;含氧官能团占比增加,水分复吸率整体上呈线性增加的趋势;煤尘比表面积增大会抑制水分复吸过程,而孔径增加会促进吸附水的储存,总孔体积增大会为复吸水提供更多的空间,因此可以根据煤尘特性参数有效预测不同煤化程度煤尘的水分复吸率及润湿性大小。通过对比分析各预测模型的拟合结果,发现Henderson模型是所有预测模型中拟合度最高的,最适合不同煤化程度煤尘水分复吸平衡的精准预测模型。研究将有助于不同煤尘吸湿性大小的定性分析,为煤尘润湿降尘技术研究提供借鉴。

金针菇的水分吸着等温线

采用静态恒重法测定金针菇在15℃,25℃和35℃下,0.1～0.9水分活度范围内的水分吸着等温线。用GAB,BET,Caurie,Halsey,Henderson,Oswin,Smith,Modified chung-pfost及Modified mizrahi方程、经非线性回归拟合金针菇的水分吸着数据。结果表明,在所研究的温度与水分活度范围内,Hendenson方程对试验数据的拟合效果最佳,金针菇的吸着等温线呈S型,属于Ⅱ型等温线,对水分的吸着能力随温度升高而降低。按GAB,BET与Caurie方程得出的单分子层值均随温度升高而降低。金针菇的单分子层值适合用GAB模型求取,在15℃,25℃和35℃下,吸着过程的单分子层值分别为0.065 85 g/g,0.055 29 g/g和0.048 42 g/g。

褐煤干燥后水分复吸规律及平衡含水率预测

为研究干燥温度及环境温湿度对我国褐煤干燥后水分复吸的影响,通过恒温恒湿箱对经过不同干燥温度(80,120,160℃)处理后的海拉尔褐煤、云南褐煤、霍林河褐煤进行不同相对湿度(50%,70%,90%)、不同吸湿温度(20,30,40℃)条件下的水分复吸实验。研究表明,相对湿度对褐煤平衡含水率影响最大。随着吸湿温度升高,褐煤平衡含水率先增加后减小,不同于以往认为的一直减小的规律。通过饱和溶液法进一步检测了褐煤在相对湿度0~100%范围内等温条件下水分复吸的平衡含水率,发现其随相对湿度增加呈'S'型曲线变化,Chung-Pfost模型能够很好地预测褐煤水分复吸的平衡含水率。

保水缓释氮肥水分状态与吸持特征研究

保水肥料的水分有效性不但取决于保水肥料的吸水倍率,还取决于水分在保水肥料中的存在状态及吸持特征。首次用差示扫描量热仪(DSC)和水分特征曲线方法对实验合成的保水缓释氮肥水分状态及吸持特征进行了研究。发现保水缓释氮肥的自由水+束缚水含量随着平衡含水量增大而提高,保水缓释氮肥平衡含水量中94%以上为自由水+束缚水,其与普通水具有相同或相近的热力学性质,其相当于土壤重力水,毛管水和薄膜水之和,保水缓释氮肥所持水分90%以上是植物有效水。保水缓释氮肥的结合水占5%以下,其相当于土壤吸湿水,是植物难利用水。DSC测定的有效水(94%)和水分特征曲线测定的有效水(91%)十分接近,因此,DSC可作为评价吸水保水缓释肥料有效性快速方法。保水缓释肥料可增加土壤持水量,降低土壤水分蒸发,提高土壤保水和释水量。保水缓释氮肥合成过程中待聚液保温时间是一个重要工艺参数。

干燥强度对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响

为考察干燥强度对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响,以宝日希勒褐煤为研究对象,在恒温200℃条件下进行了4种不同强度的干燥试验,得到了不同全水分的干燥煤样。采用低温氮吸附法分析了褐煤的孔隙结构特征,并对原煤及不同干燥强度煤样的孔径分布、孔体积和比表面积进行了表征。试验结果表明:在恒温200℃干燥过程中褐煤煤质无明显变化;原煤及不同干燥强度煤样的孔隙结构特征基本一致,等温吸附曲线均属第Ⅱ类,吸附回线均属H3型;随干燥强度的增加,煤样的比表面积先减小后增大,总孔体积和平均孔径逐渐增大。复吸试验结果表明,不同干燥强度煤样的水分复吸量随中孔的增加而增大,选择适宜的干燥强度来减少中孔的增加是抑制褐煤水分复吸的有效途径。

褐煤润湿性及水分复吸的量热法研究

利用量热法分别对褐煤、脱灰褐煤和常见矿物质的润湿热进行测定,考察水分复吸对褐煤润湿性的影响,并对干燥褐煤水分复吸动力学进行分析.结果表明:褐煤中有机质的润湿热远大于其矿物质的润湿热,是褐煤润湿放热的主体.褐煤中含氧官能团越多,润湿热值越大.酸洗脱灰降低了褐煤的亲水性.芒来褐煤脱灰后,润湿热由101.61J/g降至66.79J/g,褐煤矿物质中高岭石的润湿热高于方解石和石英的润湿热;干燥褐煤的水分复吸符合二级动力学模型,相关系数大于0.99;褐煤复吸水分越多,其润湿热越小,芒来褐煤复吸水分增加到28.76%(质量分数)时,其润湿热由101.61J/g降至5.04J/g.水分复吸过程中,在表面形成的单层吸附或团簇吸附是褐煤润湿热降低的主要影响因素,而孔隙吸附或毛细凝聚吸附对其润湿热影响较小.

碱溶液处理对褐煤含氧基团及其水分吸附行为的影响

采用化学滴定法测定了胜利褐煤中含氧基团的含量,得出酸性含氧基团主要以酚羟基为主,部分羧酸根以羧酸盐的形式存在,羰基占有一定的比例。采用不同碱溶液对褐煤进行处理,考察了褐煤的水分复吸行为,探讨了含氧基团对水分复吸性能的影响。研究结果表明:褐煤经过碱溶液处理后,表面的酸性含氧基团发生解离,碱溶液pH值越大,酸性含氧基团解离程度越大,导致褐煤复吸水分时吸附速率的降低和吸水量的减少;基于两种酸性含氧基团的变化趋势及其对水分吸附量的影响,推测出不同处理样吸附机理的差异,即,实验用煤的每个羧基周围可能由2个水分子包围,而每个酚羟基周围约由1/4个水分子包围,羧基与水分子的结合能是酚羟基的8倍。

不同温度提质褐煤在水分复吸后的自燃特性变化

基于雨雪天气后低阶煤焦自燃高发的现象,采用固定床管式炉在105~800℃范围内对褐煤提质,提质新鲜样（SA）及其水分复吸样（SC）分别在程序升温装置中进行自燃测定,分析自燃特性变化。结果显示,水分复吸使SC的临界温度吸氧量比SA降低60%以上。与SA不同,SC的吸氧量在低温氧化阶段很小且存在波动,在加速氧化阶段产生短暂＂平台＂期。SC在加速氧化阶段的瞬时升温速率（θ）比SA增加更快,自热温升加速。FCC指标显示,200~400℃提质的SC,自燃倾向性比SA显著增加,与SA-105接近,即高湿度环境储存会抵消提质降低褐煤自燃倾向性的效果。

水热提质对内蒙褐煤物化结构及水分复吸的影响

为探究水热提质过程中褐煤物化结构的演变规律及其对水分复吸行为的影响,选取内蒙褐煤在170~330℃下进行水热提质,然后进行水分复吸实验,运用化学滴定和氮吸附对煤样物化结构进行表征。结果表明:水热提质使褐煤含氧官能团和孔结构发生很大变化,孔体积和比表面积随提质温度升高呈现先增大后降低的趋势,羧基和酚羟基分别在200℃和230℃后发生显著分解而不断减少;含氧官能团和孔结构的共同作用使提质煤平衡含水量先增大后减少。为降低褐煤复吸水分的能力,在保证提质煤后续良好转化行为的前提下,需选择300℃左右的水热提质温度,尽可能破坏褐煤孔结构和含氧官能团,从而抑制褐煤对水分的复吸行为。

黄土高原北洛河流域林地枯落物特征及水分吸持效应

明确黄土高原不同林分类型枯落物的时空变化特征,理解其水土保持功能,为流域土壤侵蚀模拟和预测提供基础数据和理论支撑。野外实测了北洛河流域内山杨、刺槐和沙棘3种人工林分以及乔木初期(白桦)、中期(辽东栎—油松混交林)、亚顶级(油松)和顶级(辽东栎)4个次生演替阶段林分枯落物盖度、厚度和蓄积量。用浸泡法对枯落物持水能力和过程进行了研究。流域各林分类型枯落物厚度介于4.55—1.38 cm,蓄积量介于17.24—4.99 t/hm^(2),24 h持水深和有效拦蓄深分别介于2.73—0.96 mm和2.45—0.81 mm,表现为辽东栎—油松混交林>油松/辽东栎>山杨>刺槐>沙棘>白桦。枯落物持水量与浸泡时间存在对数函数关系(R^(2)≥0.85,P<0.01),2 h以内迅速增加,8 h基本饱和。半分解层厚度、蓄积量、持水量和吸水速率均大于未分解层。流域内次生演替林分水分吸持能力和拦蓄作用总体上优于人工林分。植被演替过程中,辽东栎-油松混交林枯落物盖度、蓄积量和持水能力表现最优,建议在黄土高原造林及林地抚育管理过程中重视混交林的建设和保护。

保水剂吸释水分与养分动力学规律研究

围绕保水剂吸收、释放水分和养分的性质,通过室内试验深入分析了3种粒径规格(0.8～1.6 mm、1.6～3.5 mm、3.5～5.0 mm)的保水剂在不同浓度(0.02、0.04、0.08 mol/L)NH_4H_2PO_4养分溶液中反复吸释水分及养分的动力学规律。结果表明:保水剂吸水初始,吸水速率达到最大,随后逐渐减小并趋于溶胀平衡,吸水倍率与溶液浓度关系由大到小依次为0.02、0.04、0.08 mol/L,与粒径关系由大到小依次为1.6～3.5 mm、3.5～5.0 mm、0.8～1.6 mm,随吸水次数增多而减小。保水剂吸持水分的能力和每小时释水量随转速(土壤吸力)的增大不断减小,释水时保水率与溶液浓度关系由大到小依次为0.02、0.04、0.08 mol/L,与粒径关系由大到小依次为0.8～1.6 mm、3.5～5.0 mm、1.6～3.5 mm,离心次数对其影响不显著。保水剂释水时滤液中NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P浓度随转速(土壤吸力)增大整体呈减小趋势,累积释放量与溶液浓度关系由大到小依次为0.08、0.04、0.02 mol/L,与粒径关系由大到小依次为1.6～3.5 mm、3.5～5.0 mm、0.8～1.6 mm,随离心次数增多而减少。相较其他粒径保水剂,1.6～3.5 mm粒径保水剂在同样条件下吸收、释放较多水的同时,还能释放出更多养分离子。

停留时间对褐煤半焦孔隙特征及水分复吸的影响

利用螺旋热解装置在不同热解停留时间下制备半焦产品,研究了停留时间等对半焦孔隙结构和水分复吸的影响;结果表明,随着热解停留时间的增加,褐煤热解半焦比表面积和孔体积增大,平均孔径减小;饱和含水质量分数随着半焦比表面积的增大而增大,且维持在8.9%～12.5%。

不同类型大米吸着等温线差异性研究

对11个大米样品（5个粳米、2个籼米、4个糯米），采用静态称重法测定了水分吸附和解吸等温线数据，温度分别为10、20、25、30、35℃，相对湿度范围11.3％-96％，并分别采用修正Chung—Pfost方程（MCPE）拟合等温线。在10—35℃范围内，拟合的粳米、籼米及糯米每个温度水分吸着等温线依次降低。粳米与糯米之间吸附等温线差异显著大于粳米与籼米之间吸附等温线差异，籼米与糯米之间吸湿性相似，粳米与籼米解吸等温线之间差异不显著，但是粳米与糯米解吸等温线之间在10～30℃范围、低相对湿度下存在差异。Mixolab分析仪适量加水实验显示，粳米米粉的吸水率大于籼米和糯米。粳米、籼米、糯米米粉团的蛋白质网络强度（C2）依次减少，但是米粉团淀粉糊化（C3）、糊化淀粉粒的物理溃败（C4）和淀粉回生（C5）减少次序是籼米、粳米和糯米。与籼米比较，糯米米粉团具有弱的蛋白网络、低的淀粉糊化粘度值、低的糊化淀粉粒物理溃败和淀粉回生值，这些物理化学特性不降低其米粉吸水率。

极端干旱地区葡萄根系吸水数值模拟

研究成龄葡萄根系分布与吸水特征及耗水规律,能够为制定成龄葡萄灌溉制度、提出丰产与节水相协调的成龄葡萄田间水分管理模式和创建成龄葡萄水分高效利用技术体系提供技术支撑。该文在分析灌溉条件下葡萄吸水特征的基础上,建立了一维非饱和土壤水分运动的无网格数值模拟模型,并依据实测葡萄根系分布特征,获得了葡萄一维根系分布函数,将其与不同的经验根系分布函数应用于数值模型进行动态模拟。通过模拟值与土壤水分实测值的比较分析,结果表明,不同根系分布模型下土壤水分模拟差别不大,相对误差均在1%以下,但相对于其他根系分布,指数根系数分布模拟值与实测值的误差较大,因此,认为拟合的根系分布函数和无网格数值模型能很好的模拟极端干旱地区葡萄根系吸水和土壤水分运动,且在缺乏实际根长分布数据的条件下,线性根系分布和分段根系分布都可反映葡萄实际根系分布,为利用简单一维根系分布模型分析不同灌溉条件葡萄吸水特征提供参考。