玉米秸秆水热炭化预处理制备水煤浆及其成浆特性

针对我国玉米秸秆产量高、利用率低的现状,探究玉米秸秆水热炭化(Hydrothermal Carbonization,HTC)预处理特性,并分析其水热炭(Hydrothermal Carbon,HC)与煤混合成浆机制。水热炭化操作温度为180、200、220、240℃,终温停留时间为60 min。结果表明:水热炭化过程以脱水和脱羰基为主,水热炭收率和能量产率随温度升高而降低,其表面形成微球颗粒,孔隙增大。选择温度为220℃水热炭(HTC-220)与神华煤混合制浆,探究第二液体煤油的修饰方式和用量(0.5%~1%)以及空气相对湿度(40%、50%、60%)对生物质水煤浆成浆性能的影响。结果表明:第二液体煤油修饰水热炭成浆的表观黏度最低,流动性最好。煤油用量为0.8%时,浆体表观黏度最低,为979.5 mPa·s,达到最佳流动状态。生物质水煤浆的表观黏度随着空气相对湿度增加而下降,这是由于空气中水分子在水热炭颗粒表面形成封孔效应,浆体自由水含量增加,成浆性能提高。

施用粉碎、炭化玉米秸秆对藓类结皮生长特性影响研究

探究粉碎、炭化玉米秸秆对藓类结皮生长特性的影响,以促进科尔沁沙地生态快速恢复。设置施用粉碎、炭化秸秆各5水平,分别测定藓类结皮盖度、结皮层厚度、株高、密度、结皮层干质量,综合评价粉碎、炭化秸秆对藓类结皮生长特性的影响。结果表明:施用粉碎秸秆比炭化秸秆对藓类结皮生长发育影响更显著;藓类结皮生长特性随施用粉碎秸秆量水平增加呈“低-高-低”变化趋势,且施用水平2(126 g/m^(2))为最优施用水平;藓类结皮生长特性随施用炭化秸秆水平增加呈增长趋势,施用水平5为最优施用水平。本研究条件下,建议对科尔沁沙地土壤施用126 g/m^(2)粉碎秸秆。

炭化玉米秸秆对棕壤磷素组分及有效性的影响

【目的】以单施化肥和普通玉米秸秆(腐熟和未腐熟)配施化肥为对照,研究炭化玉米秸秆对棕壤磷素组分及有效性的影响,分析玉米秸秆炭化还田对改善土壤磷素肥力的效果。【方法】对未腐熟、腐熟和炭化的玉米秸秆配施化肥处理(各处理均施用等量化肥,秸秆处理均按等碳量)进行室内模拟培养试验,采用Hedley修正法顺序提取测定各处理磷素组分;采用严昶生的恒温震荡吸附法测定各处理对磷素吸附解吸特性的影响。【结果】玉米秸秆配施化肥处理比无秸秆(单施化肥)处理可以明显提高土壤中全磷的含量,其提高幅度与秸秆处理所带入的磷素数量明显相关;不同处理的玉米秸秆对土壤磷素组分的影响比较明显,虽然本身有效磷含量不高,但炭化玉米秸秆施入土壤后可以明显提高土壤中碳酸氢钠无机磷及有机磷含量;施用玉米秸秆处理可以明显降低土壤对磷酸根离子的吸附量,以炭化玉米秸秆处理最为显著,玉米秸秆腐熟与否与土壤对磷酸根离子的吸附数无明显相关。【结论】施用炭化玉米秸秆还田不但可以促进土壤中磷素的有效化,而且可以减少土壤对磷的固定,提高磷肥的利用率,但也可能增强进入土壤中磷素的活动性,增大磷素的环境风险。

玉米秸秆炭化产物的性能及应用

以玉米秸秆为原料,在最终炭化温度为450℃、平均升温速度为150℃/h的条件下对其进行炭化,研究了炭化产物的成分和性质。结果表明,玉米秸秆炭的灰分和固定碳质量分数分别为13.23%和77.05%,比表面积为158m2/g,并富含作物生长必需的多种营养元素,其中氮、磷、钾质量分数较高,分别为9.24×10-3、4.38×10-3、2.90×10-2;玉米秸秆醋液是一种组分复杂的混合物,主要有机成分是酸类、酚类、酮类和醛类物质,质量分数分别为21.76%、19.62%、15.87%和14.24%。以玉米秸秆炭为材料,以蛭石、煤渣和鸭粪基质为对照(V(蛭石)∶V(煤渣)∶V(鸭粪)=1∶1∶1),研究了玉米秸秆炭、蛭石、煤渣、鸭粪不同配比的复合基质对番茄生长的影响。结果表明,番茄长势(尤其是前期)较好的基质配比为V(玉米秸秆炭)∶V(蛭石)∶V(煤渣)∶V(鸭粪)=6∶1∶1∶1,且在定植20d时,番茄株高、最大叶面积和茎粗指标分别提高了11.11%、57.21%、32.81%。

炭化玉米秸秆对水中Pb(Ⅱ)的去除行为研究

以炭化玉米秸秆(CCS)为吸附剂去除水中Pb(Ⅱ),研究反应过程的动力学特性和等温线方程,考察溶液pH值和反应温度对Pb(Ⅱ)去除的影响,分析CCS的解吸行为。结果表明:吸附过程更好地符合准二级动力学方程和Langmuir等温线方程,拟合系数R2分别为0.9972和0.9959;由Langmuir方程计算可知,CCS对Pb(Ⅱ)的理论最大吸附量qm为30.3030mg/g。反应过程自发、吸热,反应后体系自由度略有增加。Pb(Ⅱ)去除的最适pH值为6,对于浓度为40mg/L、体积为100mL的Pb(Ⅱ)溶液,使用0.1g CCS能去除水中63.53%的Pb(Ⅱ)。反应温度对Pb(Ⅱ)去除效果的影响很小。蒸馏水和HCl都能实现Pb(Ⅱ)的有效解吸,再生后的CCS对Pb(Ⅱ)仍能取得15.69mg/g的二次吸附量。

玉米秸秆水热炭化产物特性演变分析

为了研究玉米秸秆水热炭化过程及固体目标产物特性的演变规律,在高温高压反应釜中,进行反应温度为180-290℃、停留时间为8 h的水热炭化实验研究。研究发现,随反应温度的升高,玉米秸秆固体水热焦产率从180℃时的71%逐渐下降至290℃时的36%,而C质量分数从玉米秸秆原料中的44.86%增加至72.36%,O质量分数从原料中的44.2%下降至15.36%,明显提高了其能量密度。至290℃时,水热焦的H/C和O/C原子比分别为0.88和0.16,接近于煤的H/C和O/C原子比,高位热值高达29.79 MJ/kg。水热焦中特征官能团随温度升高而减少,而C=C、C=O和芳香特征峰红外吸收逐渐增强,同时热重分析表明水热焦热稳定性逐渐提高。元素组成和傅里叶红外光谱分析表明玉米秸秆经水热炭化处理,低于230℃时主要经历脱水和脱羧反应,而高于230℃以后,以缩聚反应和芳香化为主。

利用轻度炭化的玉米秸秆炭脱除沼气中硫化氢的研究

利用专利方法制得轻度炭化的玉米秸秆生物炭,采用电子扫描电镜观察玉米秸秆生物炭的微观结构,利用傅里叶变换红外光谱仪分析生物炭的表面性质。研究结果表明:生物炭较好地保持了玉米秸秆原有的生物结构;生物炭含有大量的木质素、纤维素和少量的未被酸解的半纤维素;碱改性的生物炭主要含有纤维素和碱不溶的木质素,碱处理可改变碱改性生物炭的有机构成和微观结构。采用固定床吸附装置研究了生物炭对沼气中硫化氢的脱除效果,研究发现,水洗炭的脱硫效果较好,高p H值有利于碱改性生物炭对硫化氢的吸附。生物炭对硫化氢的吸附动力学行为可用Bangham速率方程进行描述。

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。

玉米秸秆炭化工艺参数试验研究

为明确炭化过程中玉米秸秆内部温度变化情况,设计了上下隔热的网状试验容器以保证试验过程中热量只沿径向传导至秸秆内部,对炭化炉炉门进行改造以方便连接温度传感器。利用K型热电偶温度传感器对玉米秸秆在恒温炭化过程中内部不同位置温度进行检测,得到其在炭化过程中内部沿径向不同位置的升温规律。以不同的含水率、压缩率和炭化温度为试验因素,以达到稳定温度的平均时间为试验指标,利用SRJX-4-9型金属加热炉来研究玉米秸秆炭化时的工艺参数,并通过正交试验和极差优化分析,以确定最佳工艺参数。试验结果表明:玉米秸秆在恒温热解过程中表现出与试验因素水平和测量位置明显相关的内部温度变化。在正交试验的过程中观察到沿秸秆内部径向均匀放置的4个温度传感器在试验过程中均表现出一致的规律即随着恒温热解的进行,秸秆内部测量点各自在一稳定温度上波动,达到稳定温度的平均时间与不同因素水平的相关性显著。通过对正交试验结果进行极差分析得到适宜工艺参数为:压缩率80%,含水率8%,炭化温度500℃,并通过Matlab中stepwise逐步回归分析得到各因素对试验指标的回归方程。

炭化玉米秸秆对土壤NH_4^+吸附解吸特性的研究

本文选用三种不同处理的玉米秸秆:不做处理、腐熟、炭化秸秆,做为吸附剂,将其对NH4+的吸附解吸特性做以研究。结果为:三种不同处理的玉米秸秆对NH4+的吸附效果表现为炭化玉米秸秆处理最好,其次是只施NPK处理、腐熟玉米秸秆处理、未做处理的玉米秸秆,且随着吸附平衡浓度的增加各自的吸附量也增加,并呈现良好的相关性。

轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为研究

秸秆的综合利用日益受到关注,为利用轻度炭化技术制备的生物炭以提高玉米秸秆的燃烧值,降低其运输、储存成本,采用微分热重分析仪(DTG)研究了轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为。结果表明:通过TG-DTG三点法得到生物炭的燃烧点为303.89℃。利用Arrhenius方程,可知玉米秸秆生物炭的燃烧为一级反应,活化能为35.45kJ·mol-1。

玉米秸秆炭化焦油的化学组成及其燃料特性分析

以玉米秸秆炭化焦油为原料,通过减压蒸馏将其切割成低于40℃、40～130℃、130～140℃和140～170℃4个馏分,并对各馏分的化学组成和燃料特性进行了分析。结果表明,玉米秸秆炭化焦油各馏分中的酚类物质摩尔分数为9.19%～63.46%,酮类和吡啶类物质在低于40℃馏分的下层液中摩尔分数分别为29.84%和31.63%,直链烯烃和直链烷烃在140～170℃馏分中的摩尔分数分别为19.88%和19.22%;40～130℃馏分的产率达到19.98%,其燃料性质(密度940kg/m3、黏度6.24mm2/s、闪点78℃、燃烧热35.28MJ/kg)较接近于0#柴油,具有作为液体燃料的潜力。

纤维素水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵有机物转化与产气特性

为实现生物质资源的无害化处理与多级利用,本研究旨在探究纤维素水热炭化液相和玉米秸秆混合发酵过程中有机物转化及产气特性。为探究水热反应条件对混合发酵过程的影响,开展了不同条件水热炭化液相与玉米秸秆混合发酵实验。结果表明,与秸秆单发酵相比,在200℃(保温30min、60min、120min)和230℃(保温60min)条件下制备的水热液相和秸秆混合发酵的产气分别提升了7.32%、4.42%、22.08%、21.76%,其中甲烷最大累积量为1387mL。水热时间的延长和水热温度升高对最终产甲烷量都具有正向的促进作用;液相中的呋喃及其衍生物等抑制物并未对混合厌氧发酵产生明显的负面效果,反而被微生物分解为糠基醇等有机物,促进产气。水热炭化液相的加入促进了氢还原二氧化碳途径产甲烷菌的生长,协同乙酸产甲烷途径,促进了甲烷的生产。本研究结果可为优化水热炭化有机废液与秸秆混合发酵工艺提供理论基础。

移动式玉米秸秆热解炭化原位还田设备研究

针对目前秸秆炭化还田主要以异位为主,移动式热解设备结构复杂,难以实现秸秆田间炭化还田等问题,基于秸秆内热式低氧炭化原理,建立自供热反应系统,研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室等关键部件,集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术,研发移动式热解炭化原位还田设备。样机试制后,进行了静态调试试验,结果表明:该设备原料处理量为50 kg/h,炭得率为21%,系统能量利用率74.6%;排放烟气中NOx质量浓度为184 mg/m^(3),SO_(2)质量浓度为26 mg/m^(3),颗粒物质量浓度为17.8 mg/m^(3),达到烟气排放要求;生物炭中总碳、固定碳及金属元素含量符合DB21/T 3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的Ⅰ级生物炭要求。该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能,为秸秆还田提供支撑平台。

炭化条件对玉米秸秆生物炭吸附脱硫性能的影响

以玉米秸秆为原料,采用限氧慢速热解法制备生物炭,将生物炭用于柴油吸附脱硫。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对生物炭进行表征分析,探究炭化温度(200~700℃)和炭化时间(2~8 h)对生物炭的理化性质及脱硫性能的影响。结果表明,炭化时间为8 h,炭化温度为500℃,生物炭骨架结构基本完整、孔隙结构发育好、吸附性能较好,脱硫率为26.9%。

玉米秸秆炭基肥制备及应用现状

我国玉米种植面积大,玉米秸秆作为制备生物质炭的原料,储备非常丰富。生物质炭基肥制备技术是玉米秸秆的利用技术之一,在绿色农业发展中具有巨大的应用潜力。明确了生物质炭基肥的研究背景,阐述了玉米秸秆炭基肥生产制备工艺研究现状,讨论了生物质炭基肥在土壤改良、治理重金属污染土壤、作物增产提质,农户增产增收和提高肥料利用率等方面对农作物及土地的增益性,展望了炭基肥的应用前景。

玉米秸秆颗粒热解制炭的试验研究

对玉米秸秆颗粒炭化温度对生物质炭的产率及质量的影响进行试验及分析研究,给出了不同炭化温度下玉米秸秆颗粒的产炭量、能源转化率和生产出炭的理化特性,找出了秸秆制炭工艺的最佳炭化温度条件。试验表明:玉米秸秆颗粒在300℃时即可完成炭化,炭的产率为55%,低位热值为21.3MJ/kg,挥发分为35.75%,提高热解温度时,炭的产率及热值均呈逐步下降的趋势。因此,对于简单的颗粒制炭设备,宜采用低温炭化工艺,以获得较高的秸秆炭产率。

农作物秸秆炭化后养分变化及还田效应

旨在明确不同农作物秸秆炭化和焚烧后氮、磷、钾养分含量变化,秸秆直接还田和炭化还田下对旱作区玉米和水旱轮作区水稻产量及土壤理化性状的影响,本研究选取水稻、油菜、小麦、玉米秸秆,测定炭化和焚烧后氮、磷、钾含量和损失率变化及秸秆直接还田和炭化还田的旱作区玉米和水旱轮作区水稻产量及土壤理化性状变化。结果表明,作物秸秆炭化和焚烧后氮、磷、钾含量均不同程度提高,水稻和油菜秸秆炭化处理较焚烧处理氮含量显著提高5.79%和30.06%,4种作物秸秆焚烧处理较炭化处理均显著提高磷、钾含量。炭化处理较焚烧处理有效降低氮和磷养分的损失率。不同轮作制下秸秆炭化还田较秸秆还田均能提高作物产量和土壤理化性状。秸秆炭化还田较秸秆还田能提高旱作区玉米产量和水旱轮作区水稻产量,通过改善土壤理化性状来培肥土壤,且水旱轮作区施用效果优于旱作区。

玉米秸秆能源化利用途径与方法

通过气化、液化、固化和炭化技术,将玉米秸秆转化为优质能源品种,替代煤炭、石油、天然气等燃料缓解地球能源危机。主要介绍了玉米秸秆气化、液化、固化和炭化的主要方法与利用途径,分析了玉米秸秆利用技术的国内外研究现状与发展前景。

玉米秸秆炭对于养猪废水中氨氮和磷的吸附性能的研究

玉米秸秆是目前农业上主要的废弃物之一,每年有大量的废弃秸秆没有得到利用。本研究以玉米秸秆为研究对象,探究了炭化后的玉米秸秆对于氨氮及磷的吸附情况。通过正交实验选择出16组具有代表性的组合条件进行玉米秸秆的炭化,采用恒温震荡吸附试验方法,在相同的条件用不同的炭化条件下的玉米秸秆对于模拟好的养猪废水进行吸附实验。实验表明,在炭化条件是1.5 h,500℃,5 cm的条件下对于氨氮以及磷的吸附效果最好;在相同的吸附条件下不同制备条件下的炭化玉米秸秆的吸附性能不同,在炭化温度为500℃时对于氨氮以及磷的吸附达到了最佳值;秸秆炭的投加比例在1∶100的时候对于废水中的氨氮以及磷的吸附率最高。