棉秆炭老化特性及其对风沙土氨挥发的影响

【目的】研究干湿交替、冻融循环、柠檬酸老化棉花秸秆生物炭特性,分析老化棉秆炭对风沙土氨挥发的影响,为干旱区棉花秸秆生物炭利用及其对土壤改良的长期效应提供理论依据。【方法】以棉花秸秆生物炭为试材,设置干湿交替、冻融循环、柠檬酸3种老化试验,分析老化前后棉秆炭的表面形貌、比表面积和孔径、pH值、电导率等理化性质;设置室内静态土壤培养试验,研究老化棉秆炭对土壤氨挥发速率以及氨挥发累积量的影响。【结果】(1)与新鲜棉秆炭相比,老化棉秆炭的pH值、电导率、全磷、全钾含量均降低,且柠檬酸老化棉秆炭比干湿交替、冻融循环老化棉秆炭下降程度大;柠檬酸老化棉秆炭比表面积、总孔体积和介孔体积显著增加1.88倍、1.37倍和1.36倍,平均孔径减小0.19倍(P>0.05),干湿交替和冻融循环老化棉秆炭比表面积显著减小,但平均孔径显著增大;(2)与新鲜棉秆炭处理相比,添加各老化棉秆炭处理的氨挥发累积量减少了7.4%~34.7%。【结论】冻融循环、干湿交替、柠檬酸3种老化方式改变棉秆炭特性,抑制风沙土中氨的挥发,有利于土壤氮素的固定,柠檬酸老化棉秆炭对土壤氨挥发抑制效果最好。

棉秆炭吸附糠醛机理研究

以不同热解温度(400℃、600℃、800℃)制得棉秆炭(棉-400、棉-600、棉-800),研究热解温度对棉秆炭孔隙特征与表面性质的影响,以及棉秆炭对糠醛的吸附特性。结果表明:棉-400表面含有大量有机基团,孔隙结构较差;随着热解温度的提高,含氧有机成分进一步分解,棉秆炭表面酸性官能团逐渐减少,而类吡喃酮结构的碱性官能团不断增加,孔结构得到改善;棉秆炭中氢碳摩尔比、表面酸碱官能团含量是影响其对糠醛吸附的主要因素;随着炭化程度的提高,酸性官能团含量减少,碱性官能团含量增加,使得棉秆炭表面石墨层与糠醛分子间的π-π色散力作用增强,所以棉-800对糠醛脱除率最高。

棉秸秆二次炭化实验分析

针对新疆大量的生物质秸秆资源,尤其是棉花秸秆,在外热式炭化炉中炭化后比表面积不高、利用率低的问题,利用二次炭化的方法提高炭的比表面积。将干燥的棉秸秆在外热式炭化炉中以500℃炭化,再将炭化产物粉碎后分别在800℃和900℃的高温下,进行二次炭化,制得高活性生物质炭。同时,比较一次炭化产物、二次炭化不同温度产物的比表面积和吸附能力得出:温度越高,保温时间越长,制得炭的比表面积越大,吸附效果越好。实验结果表明:二次炭化有利于制得活性炭,提高生物质炭的经济价值。

金属粉末的添加对生物质炭电磁屏蔽材料特性的影响

以廉价的棉花秸秆和高密度聚乙烯(HDPE)为原料,通过高温炭化和热压成型两种较为简单的工艺,制备了棉花秸秆炭HDPE复合材料。结果表明,当炭的质量分数上升至60%时,复合材料的电磁屏蔽效能大于10 d B。添加少量金属粉末,电磁屏蔽效能有较大幅度提升。其中,添加铁粉的复合材料电磁屏蔽效能最佳。炭的质量分数为40%时,添加铁粉的质量分数为5%,电磁屏蔽效能从4 d B提高到11 d B,吸波效能从3 d B提高到8 d B。随着添加金属质量的增加,复合材料的电磁屏蔽效能吸波效能逐渐增强。分析可知,当采用金属粉末作为添加剂时,选择密度较小且有较好磁性的金属,电磁屏蔽效能和吸波效能更佳。

成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究

分别将棉杆、木屑两种单一的生物质原料及其混合原料成型(炭化压力60 MPa)造粒,并于固定床热解炉内对成型生物质进行炭化实验,分析炭化温度(400、500和600℃)及棉杆的掺混比例对成型炭理化性能的影响。研究表明:物理特性方面,随着炭化温度的升高,生物质成型炭的表观密度和抗压强度均呈先减小后增大的趋势;相同炭化温度条件下,随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的表观密度增大,但抗压强度呈先减小后增大的趋势;化学特性方面,随着炭化温度的升高,成型炭的热值增加,但燃烧特性变差,灰分产率增加;随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的燃烧特性改善,但热值降低,灰分产率增加;通过先成型再炭化制得的成型炭灰分和固定碳产率均优于欧盟标准EN1860-2:2005;在炭化温度为400、500和600℃时成型生物质中至少含有20%、40%和60%的棉杆可使其燃烧特性指标优于商用烧烤炭。