磁性胺化芦苇基吸附剂的制备及脱氮性能研究

针对雄安新区芦苇资源浪费及用吸附法去除水中硝酸盐氮的过程中吸附剂难以分离的问题,以废弃芦苇秸秆为原材料制备出了磁性胺化芦苇基吸附剂。综合考虑制备过程中试剂种类、试剂投加量、反应时间、反应温度等条件的影响,对吸附剂的制备方法进行了优化,考察了吸附剂对模拟废水的吸附性能并通过SEM、VSM、FT-IR和XPS进行表征。结果表明:2 g芦苇秸秆粉末加入5 mL环氧氯丙烷、20 mL N,N-二甲基甲酰胺、5 mL三甲胺,在80℃下反应30 min制备的吸附剂对模拟污水中硝酸盐氮的去除率最高达到了93.2%。对硝酸盐氮的静态吸附符合Freundlich等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,动态吸附实验中吸附剂对硝酸盐氮最大的吸附量为12.74 mg/g,经过6次循环再生实验后吸附剂的吸附性能没有明显下降。表征结果显示磁性基团和季胺基团成功负载到材料表面,材料对硝酸盐氮的吸附机理主要为离子交换。综上,所制备的磁性胺化芦苇基吸附剂对水中硝酸盐氮具有良好的吸附性能,有望实现芦苇资源的高值化利用。

不同秸秆增强环氧树脂复合材料的力学性能研究

秸秆具有生物降解、绿色环保等特性,且来源丰富,在绿色纺织复合材料领域受到广泛关注。本文采用真空辅助法制备了长芦苇秆、麦秆、高粱秆、稻草秆增强环氧树脂复合材料,研究了芦苇秸秆在整体和劈裂状态下复合材料的力学性能,并比较了在劈裂状态下芦苇秸秆和其他3种秸秆增强复合材料的力学性能及形态特征,分析了4种秸秆的红外光谱、表面润湿性、表面元素及微观结构。结果表明:4种秸秆均有相似的振动吸收峰位置,且它们表面微观结构差异较大,但其相同之处是表面均有硅元素、氧元素以及碳元素。同时4种秸秆都具有疏水性,芦苇秆、高粱秆、麦秆和稻草秆与水的接触角依次降低。在力学性能上,由于纤维素纤维在秸秆内合理有效分布使其出现结构物效应,秸秆增强复合材料的弯曲性能较拉伸性能具有明显的优势,同时芦苇秆劈材增强环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度比芦苇秆复合材料高165.07%、55.72%。在4种秸秆劈材复合材料中,芦苇秆劈材复合材料的拉伸、弯曲性能最好,其次是稻草杆、高粱杆、麦秆复合材料。秸秆增强复合材料的开发有利于提高秸秆资源利用率,为复合材料的开发利用提供了新路径。

改性芦苇材料的吸附脱氮性能及其资源化探究

为了探究废水中硝酸盐氮的资源化协同白洋淀过剩芦苇资源的高值化利用模式,以芦苇秸秆(Reed straw,RS)为原材料制备胺化改性芦苇秸秆(Modified reed straw,MRS),通过吸附-解吸-再生实验、MRS资源化应用实验和SEM、XPS、FT-IR等表征手段,探究了MRS在去除废水中硝酸盐氮及其资源化方面的潜在用途。结果表明,MRS对硝酸盐氮的最大吸附量为8.54 mg/g,其吸附行为符合Freundlich吸附等温模型,吸附过程更符合拟二级吸附动力学模型,经过9次吸附-解吸-再生循环试验后吸附剂的吸附性能没有明显下降,将吸附硝酸盐氮的MRS(MRSNO_(3)^(-))用作肥料对植株生长起到了明显的促进作用,实验土壤的pH无变化。综上,MRS是一种低成本高效无害的硝酸盐吸附剂,通过吸附-解吸-再生-资源化技术路线初步实现了废水中硝酸盐氮的资源化协同白洋淀过剩芦苇资源的高值化利用模式。

γ射线辐照及粒径对芦苇秸秆酶解发酵的影响

以经过不同吸收剂量(0~500 kGy)的γ射线辐照处理后的芦苇秸秆为研究对象,机械粉碎后过筛,研究吸收剂量、过筛孔径对其粒径分布、粉碎能耗、主要组分含量、纤维素酶解转化率、纤维素乙醇转化率的影响。研究结果显示:随着过筛孔径的减小,所获得的芦苇秸秆样品质量显著减少,且与吸收剂量负相关;芦苇的粉碎能耗随吸收剂量的升高而降低,获得相同质量的过筛样品,粉碎能耗又随过筛孔径的减小而显著增加;相同吸收剂量处理的芦苇秸秆,其纤维素酶解转化率和纤维素乙醇转化率均随过筛孔径的减小而增大,其中吸收剂量为分别0 kGy、206 kGy、404 k Gy,粒径范围在r?0.180 mm的芦苇秸秆样品其纤维素酶解转化率较r?0.850 mm样品分别提高129.20%、85.98%、106.63%,纤维素乙醇转化率分别提高136.04%、21.75%、4.39%。综合比较粉碎能耗与纤维素酶解转化率和纤维素乙醇转化率的增加比率,最终确定未辐照(0 kGy)芦苇秸秆样品的最佳过筛孔径为0.850 mm;吸收剂量为206 kGy、404 kGy的芦苇秸秆样品最佳过筛孔径为0.425 mm。

水源地水库废弃物资源化利用技术的现状与展望

清淤底泥、芦苇秸秆以及藻类物质是水源地水库生态建设和运行过程中产生的三类废弃物,对其进行高效资源化处理处置是水库实现生态循环的重要保证,对提升水库水质及可持续发展具有重要意义。本文首先综述了清淤底泥在农田、林地、园林绿化等方面进行土地利用和制作建筑材料、填方材料等方面进行建材利用的资源化技术现状,总结了芦苇秸秆在农业、养殖业、能源、工业原料等方向进行资源化利用以及打捞蓝藻在厌氧消化、有用物质提取、饲料应用、好氧堆肥等资源化技术的发展现状;进而分析了上述资源化技术在水源地水库废弃物资源化过程中应用的适用性,指出土地利用是清淤底泥资源化利用的最佳方式,好氧堆肥是芦苇秸秆和蓝藻废弃物资源化处理处置的主流技术;最后针对水库废弃物资源化利用提出了展望和建议。

不同比例残次香梨对芦苇秸秆青贮品质、微生物多样性及有氧稳定性的影响

本试验旨在研究不同比例残次香梨对芦苇秸秆青贮品质、微生物多样性及有氧稳定性的影响。试验按残次香梨与芦苇秸秆的质量比进行混合青贮,芦苇秸秆∶残次香梨比例分别为10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8和1∶9。青贮60 d后开罐,测定青贮前后的营养成分,鉴定青贮饲料的感官品质、发酵品质及其微生物多样性,综合评定选出5个较优比例,测定其有氧暴露条件下的pH及乳酸菌、酵母菌和霉菌数量变化情况。结果表明:随着残次香梨比例的提高,青贮饲料中的乳酸(LA)、乙酸(AA)和可溶性糖(WSC)含量显著升高(P<0.05),而pH、氨态氮(NH3-N)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量显著降低(P<0.05);综合评分除未添加残次香梨的青贮饲料等级为良,其余各组均为优。在门水平上,各组的优势菌门为厚壁菌门,其次是变形菌门;在属水平上,各组的优势菌属为乳杆菌属与明串珠菌属,且在芦苇秸秆与残次香梨比例为6∶4时,乳杆菌属相对丰度达到最高,为62.77%。有氧暴露后,pH、酵母菌和霉菌数量逐渐升高,乳酸菌数量逐渐减少,芦苇秸秆与残次香梨的比例为7∶3和6∶4时的有氧稳定性较好。综上所述,当芦苇秸秆与残次香梨比例为6∶4时,青贮质量最好。

芦苇秸秆氧化钙和碳酸钠预处理工艺优化及结构分析

【目的】探究氧化钙(CaO)和碳酸钠(Na2CO3)联合预处理枯叶期芦苇秸秆的木质素降解最佳工艺条件及其结构变化。【方法】试验在添加2%Na2CO3的基础上,选取处理时间、处理温度、料液比和CaO添加量4个因素进行单因素梯度试验,探究其对木质素及半纤维素去除率的影响;根据单因素试验结果进行Box-Behnken响应面优化试验,探究木质素降解的最佳预处理条件;随后通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)分析芦苇秸秆在最佳预处理条件下的结构变化。【结果】不同处理时间、处理温度和CaO添加量对芦苇秸秆木质素和半纤维素去除率均有显著影响(P<0.05),不同料液比无显著影响(P>0.05);响应面优化结果显示回归模型极显著(P<0.01),3种因素对木质素去除率均有极显著影响(P<0.01);3种因素对木质素去除率影响由大到小依次为处理温度、CaO添加量、处理时间。Na2CO3添加量为2%、料液比1∶3时,预处理最佳工艺条件为:CaO添加量8.44%,处理时间5.52 h,处理温度49.58℃,在此工艺条件下芦苇秸秆木质素去除率的模型预测值为24.97%,试验验证结果为23.75%,与预测值接近。优化条件处理后,SEM结果显示芦苇秸秆表面发生破损,孔隙增大、增多;FTIR结果显示,芦苇秸秆的半纤维素、木质素对应化学键的吸收峰强度均降低;XRD结果显示,芦苇秸秆的纤维素相对结晶指数(CrI)由37.21%变为46.66%。【结论】采用响应面法优化CaO及Na2CO3联合预处理芦苇秸秆的工艺条件合理可行,预处理后的芦苇秸秆其表面形态结构、木质纤维素的化学结构和纤维素结晶结构均发生了明显变化。本试验结果可为非常规饲料资源高值化利用提供技术支撑。

不同比例芦苇草和玉米秸秆全混合发酵日粮品质及体外消化率的研究

试验旨在研究酶菌复合处理不同比例芦苇草和玉米秸秆全混合发酵日粮的品质及其体外消化率。试验采用日粮的精粗比为35∶65,每组精料原料组成一致(玉米13%、豆粕7%、胡麻饼粕6%、麸皮4%、枸杞渣5%),粗料为不同比例的芦苇草和玉米秸秆。将芦苇草和玉米秸秆按鲜重比为0∶10(A组)、2∶8(B组)、4∶6(C组)、6∶4(D组)、8∶2(E组)、10∶0(F组),分别与35%的精饲料组合。采用纤维素酶和复合益生菌对不同比例的芦苇草和玉米秸秆与精料组合配制的全混合日粮进行发酵处理,每组设置3个重复。发酵处理30 d。结果显示,当精粗比为35∶65的日粮经酶菌复合处理且粗饲料中芦苇草与玉米秸秆的比例为2∶8时,饲料整体感官品质较好,常规营养价值较高,产气最多,组合效果最好。研究表明,粗饲料中芦苇草与玉米秸秆的比例为2∶8有助于提高芦苇草和秸秆饲料的利用率,降低饲料成本,提高经济效益。

芦苇秸秆纤维脱胶工艺

作为天然纤维素纤维制备原料的芦苇秸秆通常被焚烧处理,对环境造成污染,其利用率极低。针对芦苇纤维制备工艺脱胶时间长、处理工序复杂等缺点,采用高温碱氧一浴法脱胶工艺从芦苇秸秆中获取芦苇纤维,以期将其用于纺织或其他高性能产品。以脱胶率为测试指标,设计正交试验,分析脱胶工艺中氢氧化钠、过氧化氢用量及处理温度和时间对脱胶性能的影响,并用红外光谱表征其化学结构。最终得到脱胶的最佳工艺参数为氢氧化钠质量浓度35 g/L,过氧化氢体积分数3%,煮练温度85℃,碱煮时间2.5 h,此时纤维脱胶率为54.30%。红外光谱分析结果表明脱胶后的芦苇纤维中非纤维素成分大幅减少。

添加屎肠球菌对4种饲料原料发酵效果的影响

本试验旨在探究微贮过程中添加屎肠球菌对玉米秸秆、棉花秸秆、高丹草和芦苇发酵品质的影响,为4种饲料资源的开发和利用提供技术支持。试验以玉米秸秆、棉花秸秆、高丹草和芦苇为原料,每种原料分别设原料组、对照组和试验组,每组6个重复,测定4种原料发酵前后的营养成分及发酵后的感官评分和发酵指标。结果表明添加屎肠球菌发酵液使棉花秸秆和高丹草感官评定从2级尚好提高至1级优等。从常规养分来看,添加屎肠球菌发酵液显著降低了芦苇的干物质和可溶性糖含量(P<0.05);显著降低了高丹草的中性洗涤纤维含量(P<0.05)。添加屎肠球菌发酵液后,除棉花秸秆粗蛋白含量降低,其余3种饲料的粗蛋白含量均提高,但差异不显著(P>0.05)。从发酵指标分析,添加屎肠球菌发酵液后,芦苇的pH值和NH3-N含量显著降低(P<0.05),棉花秸秆中NH3-N含量显著降低(P<0.05),4种饲料乳酸含量均显著升高(P<0.05),棉花秸秆的乙酸含量显著降低(P<0.05)。综上所述,添加屎肠球菌发酵液提高了玉米秸秆、芦苇和高丹草的发酵品质,提高了棉花秸秆和高丹草的感官评定分值,但对棉花秸秆发酵品质改善效果不显著。

以芦苇为碳源进行灵芝液体菌种发酵条件的优化

以芦苇秸秆为培养基碳源,以灵芝菌丝体产量为指标,采用单因素试验和正交试验确定了最佳培养基配方及培养条件。结果表明:培养基配方为芦苇秸秆0.5%、酵母浸粉1.5%、KH2PO40.15%、MgSO40.075%、pH为6,培养条件为转速150r/min、温度25℃时,灵芝菌丝体产量最高,菌丝干重为12.20g/L,较优化前提高了1.51倍。

磁性水滑石/生物炭复合材料的制备及其对水溶液中磷的吸附性能

以芦苇秸秆生物炭为基体,制备了磁性水滑石/生物炭复合材料(Fe 3O 4-Mg/Al-LDH/BC)。考察不同pH、Fe 3O 4-Mg/Al-LDH/BC投加量、初始磷浓度、吸附时间以及反应温度对Fe 3O 4-Mg/Al-LDH/BC吸附磷的影响。结果表明:Fe 3O 4-Mg/Al-LDH/BC对磷的吸附符合准二级动力学模型和Freundlich模型,吸附过程是自发的吸热反应。在最佳的实验条件下(Fe 3O 4-Mg/Al-LDH/BC投加量为5.0 g/L,磷初始质量浓度为20 mg/L,pH为6.0,温度为30℃,吸附时间为120 min),Fe 3O 4-Mg/Al-LDH/BC对磷的去除率可达99.24%,该材料是一种新型高效的磷吸附材料。

微波·超声和碱液预处理对芦苇秸秆木质素的降解效果

[目的]研究微波、超声和碱液预处理对芦苇秸秆木质素的降解效果。[方法]设计Plackett-Burman试验,使用超声微波萃取仪以碱液为溶剂对芦苇秸秆进行处理,通过纤维分析仪测定木质素含量变化,分析了各处理因素在木质素降解中的作用。[结果]通过Minitab软件分析木质素降解率与处理条件的关系,发现碱液浓度为唯一显著的影响因素,液料比和微波时间也有一定作用。[结论]确定了碱液为主、微波为辅的芦苇秸秆木质素降解手段,为芦苇秸秆的预处理应用奠定了基础。

巴克曼蒸煮助剂在非木纤维制浆中的应用研究

研究了巴克曼(Buckman)3种新型蒸煮助剂(Busperse2282、Busperse2262和BLS9011)在芦苇、麦草、蔗渣和慈竹不同方法制浆中的应用效果。结果表明,在非木材原料的烧碱法蒸煮以及芦苇的碱性亚硫酸盐(AS)法蒸煮中,添加各种蒸煮助剂均可起到降低纸浆卡伯值(3～7)的显著效果;在达到相同纸浆硬度的情况下,可节约蒸煮用碱量(2%～3%)。芦苇中性亚硫酸盐(NS)法蒸煮,添加醌类助剂也有较好的促进脱木素的效果。在芦苇和慈竹的硫酸盐法蒸煮中,在达到相同卡伯值情况下,添加助剂可降低硫化度5%～10%。同时,研究了在非木材纤维制浆中添加助剂对制浆废液粘度和纸浆滤水性能及物理强度性能的影响。

芦苇厌氧联产氢气-甲烷过程中古菌群落特征解析

采用厌氧联产氢气-甲烷工艺研究芦苇能源化利用潜力,解析联产过程中古菌群落特征和演替规律。产气情况表明,芦苇经纤维素酶预处理后累积产气量和氢气、甲烷产量显著提高。聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳(PCR—DGGE)分析可知,厌氧联产过程中古菌群落结构发生了规律性变化,产甲烷阶段古菌微生物多样性显著高于产氢阶段,产氢阶段古菌群落结构相似性较高,随着产甲烷的进行古菌群落相似性降低,微生物多样性提高。甲烷囊菌属(Methanoculleus)、产甲烷古菌(Methanogenic archaeon)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)和uncultured Methanosarcinales archaeon是芦苇厌氧联产过程的优势微生物,其中产氢阶段的优势菌为uncultured Methanosarcinales archaeon,能够利用乙酸途径产甲烷;产甲烷高峰期,古菌群落丰富,Methanoculleus bourgensis是产甲烷阶段优势菌。研究结果为秸秆厌氧联产工艺的生物强化与稳定运行提供了重要的微生物学依据。

芦苇-稻草原料球磨处理生产刨花板

选择芦苇和稻草为原料,以脲醛树脂为黏结剂制备了芦苇-稻草刨花板。在芦苇碎料中加入一定量的矿物材料,然后采用机械球磨进行处理,应用正交设计对施胶量、热压压力、碎料球磨处理3个因素对板材各项性能的影响进行了研究。实验结果表明,球磨处理可以明显改善芦苇／树脂的结合强度,提高刨花板的各项性能。在施胶量16％,热压压力3．4MPa,对碎料进行球磨处理后制板,除内结合力较低外,板的静曲强度、弹性模量和握钉力都可以达到GBT 4897．3-2003对在干燥状态下使用的家具及室内装修用板的性能要求。

芦苇秸秆厌氧联产氢气甲烷过程中细菌群落演替规律

基于PCR-DGGE技术研究芦苇秸秆氢气-甲烷厌氧联产过程中,细菌微生物群落结构特征和演替规律。结果表明,厌氧联产过程中细菌群落结构分布存在明显的阶段性差异。产氢阶段初期,细菌群落相似性较小,随着厌氧联产的进行,细菌种类逐渐增多并在产氢高峰期保持稳定,群落相似性较高,戴斯系数(Cs)为83.6%(第12、24小时,泳道H3和H4)。产甲烷高峰期Cs值达到87.4%(第210、258小时,泳道M6,M7),群落结构稳定,产甲烷末期Cs值降低至51.5%(第210、432小时,泳道M6,M9)。序列分析表明,Enterobacter aerogenes产气肠杆菌是具有高效产氢潜力的兼性厌氧细菌,Sedimentibacter产氢产乙酸菌是产氢阶段的优势微生物。Clostridium thermocellum嗜热纤维素菌是厌氧联产过程的优势微生物,具有降解纤维素功能,对芦苇秸秆的能源化利用起到重要作用。

一种芦苇秸秆板的研究

自制秸秆表面处理剂,利用秸秆刨花板的生产原理制成芦苇秸秆板。根据性能指标分析,确定芦苇秸秆板较优的处理剂加量为40%、板材密度为0.75 g/cm^3、施胶量为14%、热压温度为180℃、热压时间为210 s。研究表明,使用该处理剂生产芦苇秸秆板,静曲强度为15.8 MPa、弹性模量为3600 MPa、内结合强度为0.43 MPa、表面结合强度为1.20 MPa、2 h吸水厚度膨胀率为3.6%、板面握钉力为1200 N,达到国家标准要求。同时,其甲醛释放量为0.014 mg/m3,达到E1级。

聚乙烯胺在草浆造纸中的应用

研究了由聚N -乙烯基甲酰胺的碱性水解得到的聚乙烯胺在芦苇浆和麦草浆造纸中对纸张的增强、助滤和助留作用。实验结果表明:浆中添加w =0 .2 %的聚乙烯胺,可使芦苇浆和麦草浆纸张的干抗张强度分别提高2 3.3%和12 .7% ,湿抗张强度分别为干抗张强度的12 .1%和11.2 % ;打浆度分别从30°SR降至12°SR和18°SR ;纤维留着率分别从6 0 .0 %提高到80 .5 %和从79.5 %提高到85 .0 %。

稻草芦苇及其浆料制备羧甲基纤维素的比较

研究了直接由草粉或浆料制备羧甲基纤维素钠的溶剂适应性，并对产品的结构、粘度、取代度做了分析。结果表明，丙酮做溶剂时羧甲基纤维素合成的得率最高、取代度最大。草粉和草浆在丙酮溶剂中经过一次反应得到的羧甲基纤维素取代度均可达0．7以上。红外光谱表明，从草粉和从浆料制得的羧甲基纤维素样品结构上没有明显差别。以不同程度预处理的草粉为原料，可以得到取代度0．5～1．1之间的不同品质的羧甲基纤维素产品。