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。

玉米秸秆生物碳/硅复合纳米材料的制备及锂电池负极的性能研究

选用农业废弃物玉米秸秆,通过高压釜水热法、退火热处理和机械球磨法等技术将其制备成生物碳/硅复合纳米材料,对制得材料进行结构和形貌表征,并探究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:生物碳纳米材料显示出层状结构,经高温退火后硅颗粒紧密、均匀地结合于生物碳表面及其结构边缘;这种碳源的生物碳材料中天然存在的氮原子产生的晶体缺陷可增强碳材料的导电性和反应活性,从而提高生物碳/硅复合纳米材料的电化学性能。由于更高的比表面积以及循环过程中形成的固态电解质界面(solid electrolyte interface,SEI)膜消耗的可逆容量更少,因而CSi1(碳硅质量比为3:1)相对于CSi2(碳硅质量比为5:1)循环容量表现更佳,展现出更好的循环稳定性和良好的倍率性能。

秸秆汽提水解碳化预处理装置设计与效果分析

针对玉米秸秆纤维素结构特点,设计1套针对该原料预处理的汽提水解系统装置,阐述该系统和装置的设计原理。用设计的系统和装置处理玉米秸秆并对汽提水解的效果进行测试分析,对玉米秸秆的转化效率等关键参数进行计算。测试得出,预处理后玉米秸秆乙酰丙酸和糠醛的生成率分别为13.20%和11.20%,其纤维素、半纤维素的降解率分别为89.00%、95.20%;与秸秆碳粉进行扫描电镜和红外光谱对比分析显示,原料处理后的微观结构与1600、1510 cm^(-1)木质素特征基团呈现出半碳化的理化特性。

绘画用的蓝色群青环保颜料制备及性能研究

为制备绿色环保、成本低且颜色好的绘画颜料,试验以煤矸石、废分子筛和玉米秸秆制备了一种蓝色群青颜料,并对其制备工艺进行优化。结果表明,蓝色群青颜料的最佳工艺为密封煅烧,一次煅烧温度和一次保温时间分别是400℃、0.5 h,二次煅烧温度和二次保温时间分别是900℃、2 h,参与反应空气量为70%,其中,煤矸石、废分子筛、玉米秸秆、单质硫、碳酸钠的添加量比例是1.50∶0.50∶1.00∶3.00∶2.50。根据拉曼光谱和SEM图,从微观角度证明了蓝色群青颜料的成功制备。本试验制备的蓝色群青颜料呈亮丽的蓝色,成本低且绿色环保,可以作为绘画颜料使用。

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%。

碳化秸秆作为金属液保温剂的研究

针对金属液用保温剂碳化稻壳价格不断上涨和保温效果有待进一步提高的现状,以开发新型、质优价廉保温剂为目的,考察了碳化秸秆的理化性能以及作为金属液保温剂的使用性能。研究结果表明,与碳化稻壳相比,碳化秸秆具有较高固定碳含量、较小导热系数和较好流动性。实验室研究和现场试验均表明,碳化秸秆具有良好的保温绝热效果,但其塌陷度较大并有结壳现象,与碳化稻壳配合使用,能够取得满意的保温效果。

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。

负载羟基磷灰石活性炭的制备及除氟性能

以NH4H2PO4为活化剂,采用物理-化学活化法对玉米秸秆活性炭的制备进行了系统研究;对制备出的活性炭进行羟基磷灰石(HAP)负载,并对负载HAP活性炭的水中氟离子吸附动力学、热力学进行了研究。结果表明,优化工艺条件为浸渍比1∶4、活化温度700℃、活化时间60min。负载HAP活性炭较活性炭比表面积减小约1倍,但除氟能力增加14倍。升高温度有利于吸附的进行,负载HAP活性炭吸附过程更符合Langmuir吸附模型。吸附过程中ΔG<0,ΔH为20.08kJ/mol,ΔS为72.14J/(mol·K)。吸附过程符合一级动力学模型。

玉米秸秆栽培平菇的配方筛选及其生物学研究

利用玉米秸秆代替棉籽壳栽培平菇,对不同配方中平菇的菌丝生长速度、生长势、商品性、生物学效率和经济效益,以及培养料中碳氮含量和酶活性进行分析比较。筛选出玉米秸秆栽培平菇的最佳配方为玉米秸秆52.2%、棉籽壳34.8%、麸皮10%、石灰2%、石膏1%。该配方可使平菇菌丝生长健壮、生长速度快,朵形好、叶片紧凑、朵大肉厚,平均单朵质量为193.34 g,生物学效率为127.66%,投入产出比为1∶2。通过对不同培养料配方中碳氮的研究,发现随着玉米秸秆添加量的增加,全碳和全氮含量均降低,碳氮比升高;随着平菇生长时间的延长,碳含量逐渐降低,氮含量呈先升高后降低的趋势,碳氮比呈先降低后升高的趋势。漆酶活性随平菇的生长发育呈先升高后降低的趋势,羧甲基纤维素酶、木聚糖酶活性随平菇的生长发育呈逐渐升高的趋势。

玉米秸秆还田对土壤有机碳、微生物功能多样性及甘蓝产量的影响

在甘蓝蔬菜地采用随机区组设计,共设4个秸秆还田试验处理,即JG1(低用量,秸秆7 500 kg·hm^(-2)),JG2(中用量,秸秆11 250 kg·hm^(-2)),JG3(高用量,秸秆22 500 kg·hm^(-2))和CK(秸秆不还田),采集分析不同处理土壤有机碳及微生物功能多样性。结果表明:秸秆还田后显著提高土壤微生物量碳(MBC)和水溶性有机碳(WSOC)含量,MBC增加了127.0%~147.7%,WSOC提高了54.1%~69.4%。中、高用量玉米秸秆还田后,土壤微生物活性(AWCD)、微生物Shannon指数(H)和均匀度指数(E)均显著高于对照,甘蓝产量分别提高16.6%和11.1%。研究结果表明,秸秆还田是一种有效提高土壤有机碳及微生物功能多样性的土壤管理方法。

玉米秸秆基活性炭的制备及吸附甲基橙性能研究

本研究以玉米秸秆为原料,采用化学—微波活化法制备活性炭,通过甲基橙吸附实验考察所制备活性炭的吸附性能。运用正交法探讨了活化剂种类、活化剂质量浓度、微波功率、微波辐射时间等因素对玉米秸秆基活性炭样品吸附性能的影响。正交试验优化后的最优水平组合为:氯化锌为活化剂,质量浓度为40%,微波功率为640 W,活化4 min,在该制备条件下制得的活性炭样品对100 m L浓度为10 mg/L的甲基橙溶液的吸附率可达到98.64%。

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。

几种污水处理材料对COD和Cr(Ⅵ)的去除比较研究

研究了活性炭、硅藻土、高岭土和改性玉米秸秆几种常见污水处理材料对污水中有机物(COD)和Cr(Ⅵ)的吸附效果,发现活性炭吸附污水中有机物的效果最好,经活性炭吸附的污水的COD去除率达88.8%。同时,活性炭对Cr(Ⅵ)也有很强的吸附能力。硅藻土和高岭土对有机物的吸附效果较差,对Cr(Ⅵ)具有较好的吸附效果。改性玉米秸秆对Cr(Ⅵ)表现出很强的吸附能力,在低浓度Cr(Ⅵ)的吸附实验中,可以达到比活性炭更高的吸附量,开发应用潜力巨大。

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。

松嫩平原玉米田土壤CO_2排放规律与碳平衡特征

通过对松嫩平原玉米田土壤CO2排放的连续观测,研究连作玉米田土壤CO2排放规律及与土壤温度、土壤水分的关系,并计算玉米田土壤碳平衡特征。结果表明,玉米田土壤CO2排放通量呈现明显季节性,6~8月土壤CO2排放量较大,而在4和11月维持较低水平。秸秆还田处理（MTS）土壤CO2排放通量、最大通量和平均通量高于翻耕处理（CT）。土壤CO2排放通量与地温呈显著正相关,指数方程表征二者关系效果最佳,线性方程效果最低,除个别情况,深层土壤拟合效果高于浅层土壤;MTS处理的土壤CO2排放通量与土壤温度相关性高于CT处理。土壤CO2排放通量与12 cm深度土壤水分相关性不显著。通过对秸秆、根茬还田碳与土壤CO2排放碳的测算,MTS处理秸秆还田碳量较CO2排放碳量平均每年多2 744.6 kg C·hm-2,呈碳汇效应;CT处理秸秆还田碳量较CO2排放碳量平均每年少810.4 kg C·hm-2,呈碳源效应。

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。

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。

炭基催化剂作用下玉米秸秆热解焦油降解

将Na2CO3、CaO和Fe2O3按10%(w)的比例分别加入到玉米秸秆粉末中,制备了炭-Fe2O3、炭-CaO、炭-Na2CO3等炭基催化剂,用于催化裂解玉米秸秆热解焦油,研究了热解温度及催化剂种类对焦油产率的影响以及焦油产物分布的变化,并对热解焦油进行FTIR和GC-MS分析,得到不同工况下热解焦油的主要成分及官能团含量。实验结果表明,随着温度的升高,焦油中芳香族化合物中的杂环类化合物含量呈现先减小后增大的趋势,800℃时含量为57.81%(w)。炭基催化剂对焦油含氧官能团具有降解作用,采用炭-CaO和炭-Fe2O3催化剂后,加强了对含氧官能团的降解,含氧官能团含量从无催化剂时的44.70%(w)分别降至11.36%(w)和13.19%(w)。

微波法玉米秸秆活性炭的制备技术

研究了磷酸活化—微波加热法制备玉米秸秆活性炭的工艺条件,在单因素研究的基础上采用正交试验探讨了m(原料)∶V(活化剂)(料液比)、磷酸质量分数、浸渍时间和活化时间等因素对活性炭碘吸附值的影响,得到试验室条件下的最佳工艺条件,即m(原料)∶V(活化剂)=1 g∶30 mL、磷酸质量分数60%、浸渍时间9 h、活化时间105 s。