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酸性熔盐水合物预处理麦秆高效制备木糖及其对酶解效率的影响

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化工进展 2023年第9期42卷 4974-4983页

作者：李由吴越钟禹林琦璇任俊莉华南理工大学轻工科学与工程学院制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

秸秆预处理的目的是提高组分拆解以及酶解效率。本研究提出一种绿色温和、可循环使用的酸性熔盐水合物预处理农业秸秆的方法,能实现小麦秸秆中半纤维素的选择性拆解并定向解聚为木糖,同时保持较高的纤维素保留率。预处理体系以氯化锌熔... 详细信息

秸秆预处理的目的是提高组分拆解以及酶解效率。本研究提出一种绿色温和、可循环使用的酸性熔盐水合物预处理农业秸秆的方法,能实现小麦秸秆中半纤维素的选择性拆解并定向解聚为木糖,同时保持较高的纤维素保留率。预处理体系以氯化锌熔盐水合物为溶剂协同酸作催化剂,研究了反应温度、反应时间与硫酸浓度对组分拆解效率的影响,最优反应条件为:温度97℃,时间19.0min,硫酸质量分数3.3%。在此条件下木糖得率达到90.85%,纤维素保留率为85.87%。将预处理后残渣经过酶水解72h后,葡萄糖酶解得率最高可达77.81%。此外,还研究了该体系中氯化锌的循环利用情况,5次循环利用后,在保持氯化锌固体较高回收率的情况下(质量分数为80%),预处理木糖得率达87.69%,依然表现出良好的预处理效果。

关键词：麦秆熔盐水合物预处理木糖酶水解

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麦秆画

电影文学 2023年第1期 188-192页

作者：杨长福韩国清州大学大学院

1.外景麦子地日杨振华拿着镰刀割麦子,汗水浸透了衣衫。身后同样一身汗水的田淑芬在捆扎着被割下的麦子,旁边地里收割机缓缓驶过。2.内景老家夜院子里排放着几大捆麦秆,屋里墙上挂满了秸秆画,地上水盆里泡着麦秆。田淑芬在厨房里炒... 详细信息

1.外景麦子地日杨振华拿着镰刀割麦子,汗水浸透了衣衫。身后同样一身汗水的田淑芬在捆扎着被割下的麦子,旁边地里收割机缓缓驶过。2.内景老家夜院子里排放着几大捆麦秆,屋里墙上挂满了秸秆画,地上水盆里泡着麦秆。田淑芬在厨房里炒着菜,杨振华坐正对门口的八仙桌前眉头紧锁抽着烟。风扇左右摇摆地转着,发出“吱吱”的声音,八仙桌上放着麦秆、剪刀、刀片、熨斗。

关键词：眉头紧锁左右摇摆杨振华收割机田淑麦子麦秆

麦秆基双功能吸附位点构建及同步脱除水体NO3-和PO43-机制

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麦秆基双功能吸附位点构建及同步脱除水体NO3-和PO43-机制

作者：张理胜中国农业科学院

学位级别：硕士

第二次全国污染源普查结果表明氮磷污染总量居高不降。相比于生物法和化学法脱除水体氮磷,吸附法由于高效性、简捷性、实用性和可重复利用性等优势,被认为是最具潜力的方法。众多吸附剂中秸秆基吸附材料因其原料易得和吸附效果好受到广... 详细信息

第二次全国污染源普查结果表明氮磷污染总量居高不降。相比于生物法和化学法脱除水体氮磷,吸附法由于高效性、简捷性、实用性和可重复利用性等优势,被认为是最具潜力的方法。众多吸附剂中秸秆基吸附材料因其原料易得和吸附效果好受到广泛研究,但目前秸秆一步和分步改性方法面临接枝效率低、高毒试剂广泛使用和氮磷同步吸附效果差等难题。本研究拟探究高速剪切一步改进方法,改善铵基试剂接枝效果;采用替代高毒试剂的分步改进法,通过Box-Behnken Design试验优化乙二胺交联剂试剂最佳反应参数,继续提高胺基改性秸秆的硝酸盐吸附能力;在分步改性材料基础上,采用La和Ca两种金属对胺基改性秸秆进行负载,制备双功能吸附位点的同步高效脱除氮磷吸附剂,运用多种表征方法揭示氮磷同步去除机理。本研究结果对推进我国秸秆废弃物资源化以及氮磷污染防治具有一定的现实意义。本研究所得主要结论如下:(1)通过麦秸与氯化缩水甘油三甲基铵高速剪切改进秸秆季铵改性一步制备方法,与传统磁力搅拌加热一步法相比,高速剪切一步改进法能有效分散秸秆纤维,降低结晶度,且硝酸盐吸附容量提升到65.45 mg g,比传统一步法普遍提高了94%以上。试验结果表明氯化缩水甘油三甲基铵最佳用量和反应时间分别为10 m L和45 min。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型能够很好的描述改性秸秆的吸附过程,吸附过程主要是单分子层吸附。FTIR、EDS、Zeta和XPS表征结果证实吸附机理为离子交换与静电吸引,离子交换作用试验证实以Cl与NO的离子交换作用为主,贡献约73%～79%。此外,在p H为4-11范围内对硝酸盐有着良好的吸附性能。(2)以碱预处理,环氧氯丙烷为醚化剂,乙二胺为交联剂,三甲胺为接枝剂成功制备分步法季胺改性秸秆,并通过BBD试验进一步优化交联剂反应参数。优化制备的季胺改性秸秆对硝酸盐吸附容量进一步提高到87.53 mg·g。该材料吸附能力在p H为3～11范围内保持在63.86～74.39mg·g,表明其具有良好的p H值适应性。吸附特征符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,吸附机理仍然是离子交换与静电吸引。当投加量为5 g·L时,4种生活污水和地表水体中硝酸盐的去除率高达82.99%～94.63%。(3)在分步法制备的季胺改性秸秆基础上,负载La和Ca,开发出新型双功能吸附位点的秸秆基吸附剂,同步脱除水体中的硝酸盐和磷酸盐,季胺基团主要吸附硝酸盐,La/Ca双金属化合物主要吸附磷酸盐。在同步吸附时,Langmuir拟合吸附硝酸盐和磷酸盐的容量为68.66 mg g和84.72 mg g,相较于其他生物炭等吸附剂,使硝酸盐和磷酸盐的吸附能力至少分别提升2倍和4倍。结合动力学模型和拉曼光谱证实吸附硝酸盐过程主要为物理吸附,磷酸盐主要为化学吸附。EDS、FTIR、XRD和离子强度试验表明吸附过程主要包括离子交换、静电吸引、表面沉淀和内层络合。该材料在p H为3～11范围内对硝酸盐和磷酸盐有着良好的吸附性能,柱吸附试验表明对硝酸盐和磷酸盐脱除有较大的潜力。

关键词：胺基改性 La-Ca负载麦秆氮磷吸附废水处理

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端口开启方式对麦秆微波加热的影响

湖南农业大学学报（自然科学版） 2022年第2期48卷 227-234页

作者：潘兴家王居飞李旭辉李骅田莉南京农业大学工学院江苏南京210031

运用ComsolMultiphysics软件对3端口微波设备加热麦秆粉末进行建模和仿真,研究微波设备开启单个端口和多个端口组合对麦秆粉末升温的影响。对微波设备右侧端口、右侧和左侧端口开启、3端口共同开启的仿真加热情况进行验证,发现测温点的... 详细信息

运用ComsolMultiphysics软件对3端口微波设备加热麦秆粉末进行建模和仿真,研究微波设备开启单个端口和多个端口组合对麦秆粉末升温的影响。对微波设备右侧端口、右侧和左侧端口开启、3端口共同开启的仿真加热情况进行验证,发现测温点的升温曲线与仿真一致。3个端口对麦秆粉末分别单独加热时,热点会出现在不同的位置,并且对物料的加热效果具有较大的差异;当3个端口共同开启时,麦秆粉末的热点形状以及位置发生改变,并且热点中心区域的温度均出现下降。在相同功率下,单端口开启的平均升温速率均快于端口组合开启时的速率,左侧端口单独开启的平均升温速率最快,是后侧端口和左侧端口组合开启时的2倍以上。端口组合对于微波加热带来升温不均匀具有优化作用,平均温度梯度的波峰处降低约22.7%。从升温速率上考虑,应考虑采用单个大功率磁控管加热;从物料的受热均匀性上来说,可以考虑增加多个微波端口,以保证麦秆的受热均匀性。虽然能源损耗会加大,但在能源投入充足的情况下,可以使用这种方法来提升麦秆受热的均匀性。

关键词：麦秆微波加热仿真

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麦秆与褐煤共热解特性及动力学分析

太阳能学报 2021年第9期42卷 410-415页

作者：刘晓锋杨攀博王健赵淑蘅胡建军河南农业大学农业部农村可再生能源新材料与装备重点实验室郑州450002

使用热重设备对麦秆与褐煤热解过程进行研究,并对热失重数据进行动力学分析。用Coats-Redfern积分法拟合发现,反应级数对麦秆拟合的影响较小,对褐煤影响较大。结合热重分析与动力学分析得出:当麦秆与褐煤按照不同比例混合进行共热解时... 详细信息

使用热重设备对麦秆与褐煤热解过程进行研究,并对热失重数据进行动力学分析。用Coats-Redfern积分法拟合发现,反应级数对麦秆拟合的影响较小,对褐煤影响较大。结合热重分析与动力学分析得出:当麦秆与褐煤按照不同比例混合进行共热解时并不存在明显的协同效应,反而可能存在相互抑制分解的效果,且当麦秆与褐煤在质量混合比为5∶5时,抑制作用较弱。

关键词：麦秆褐煤动力学参数共热解 Coats-Redfern积分法

基于铁基载氧体的麦秆与褐煤化学链共气化制备合成气研究

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基于铁基载氧体的麦秆与褐煤化学链共气化制备合成气研究

作者：刘晓锋河南农业大学

学位级别：硕士

合成气作为现代化工行业的基础性原料,其主要来自化石燃料气化。然而,传统化石燃料使用过程中产生的二氧化碳排放具有引发“温室效应”的潜在风险。在“碳中和”和“碳达峰”的“双碳”目标激励下,使用生物质原料部分替代煤炭生产合成... 详细信息

合成气作为现代化工行业的基础性原料,其主要来自化石燃料气化。然而,传统化石燃料使用过程中产生的二氧化碳排放具有引发“温室效应”的潜在风险。在“碳中和”和“碳达峰”的“双碳”目标激励下,使用生物质原料部分替代煤炭生产合成气可有效降低二氧化碳净排放,是一种兼顾经济性与环保性的方法。此外,与传统气化技术相比,使用在燃料反应器和空气反应器间循环的载氧体以实现晶格氧传输的化学链气化技术来制备高品质合成气被视为一种新型高效的气化方法。基于此,本文对生物质部分替代煤炭并结合化学链技术生产合成气开展了系列研究。(1)以内蒙古褐煤及河南省典型农业废弃物小麦秸秆为原料在热失重分析仪上考察不同掺混比例条件下的麦秆与褐煤共热解及化学链共气化分解特性,并结合热分析动力学方法对共热解及化学链共气化过程进行计算以分析原料之间是否存在相互作用。结果表明当麦秆与褐煤质量混合比为1:1时,二者间存在明显的协同作用,表现在化学链共气化分解程度加深。(2)基于热重分析结果,在管式炉固定床上开展了麦秆与褐煤的化学链共气化制备合成气实验:利用浸渍法制备系列铁基载氧体,研究化学链共气化过程中反应温度、载氧体比例、水蒸气比例等不同因素对制备合成气得率与组成的影响;并在优化条件下对载氧体进行了多循环实验,以考察其反应稳定性,结合合成气产物评价及载氧体系列表征结果得出:当反应温度为950℃、载氧体(OC)与混合原料(MF)质量比为1(OC/MF=1)、水蒸气(S)与混合原料(MF)质量比为4(S/MF=4)、氧化钙(Ca O)与载氧体(OC)质量比为0.75(Ca O/OC=0.75)时,化学链共气化过程的产气率、冷煤气效率和碳转化率显著提高,将实验结果与载氧体的SEM-EDS、XRD表征相结合,发现添加适量氧化钙可以通过防止载氧体烧结来提高化学链气化性能,5次循环后的合成气气体产率、碳转化效率及冷煤气效率分别为1.573Nm/kg、70.18%和81.59%。(3)利用Aspen Plus软件平台构建了化学链共气化反应系统模型,基于模型研究了反应器压力、气化剂类型及气化剂流量等参数对合成气气体分布及LHV等指标的影响;并且通过对温度、载氧体含量及气化剂流量进行多因素交互分析,验证了温度和气化剂流量在合成气生产过程中对其H/CO值和LHV起决定性作用。本研究主要结论可为生物质经济高效利用技术提供参考。

关键词：麦秆褐煤化学链气化合成气载氧体

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麦秆水热炭化及反应动力学的研究

太阳能学报 2016年第11期37卷 2733-2740页

作者：郭淑青刘磊董向元刘开拓吴婷婷中原工学院能源与环境学院郑州450007

以麦秆为研究对象,通过水热炭化实验和建立反应动力学模型(考虑灰分),对麦秆水热固体产物的炭化特性和反应动力学参数进行深入研究。结果表明:在200、220和240℃反应温度下,随着停留时间的延长,生物炭质量得率逐渐减少,至停留时间为720 ... 详细信息

以麦秆为研究对象,通过水热炭化实验和建立反应动力学模型(考虑灰分),对麦秆水热固体产物的炭化特性和反应动力学参数进行深入研究。结果表明:在200、220和240℃反应温度下,随着停留时间的延长,生物炭质量得率逐渐减少,至停留时间为720 min时,均接近50%;生物炭H/C和O/C物质的量之比逐渐减小,并越来越接近于泥煤甚至褐煤的H/C和O/C物质的量之比。热重分析表明:生物炭展现出较好的热稳定性。以考虑灰分的半纤维素和纤维素两个平行的一级反应动力学模型描述麦秆的水热降解行为,经计算分析,半纤维素和纤维素水热反应活化能分别为54和136 k J/mol。

关键词：水热处理炭化麦秆动力学生物炭

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麦秆湿解固体产物腐殖化与炭化特性分析

农业机械学报 2015年第1期46卷 180-184,199页

作者：郭淑青董向元刘开拓中原工学院能源与环境学院郑州450007

为了研究生物质湿解过程中固体产物的腐殖化和炭化特性,以麦秆为原料,在高温高压反应釜中,进行反应温度为220℃、停留时间30-180 min条件下的湿解实验研究,结合X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FTIR）检测分析结果对麦秆湿解固体产... 详细信息

为了研究生物质湿解过程中固体产物的腐殖化和炭化特性,以麦秆为原料,在高温高压反应釜中,进行反应温度为220℃、停留时间30-180 min条件下的湿解实验研究,结合X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FTIR）检测分析结果对麦秆湿解固体产物的微观结构和化学组成进行了深入分析。研究发现,麦秆经过湿解处理,固体产物中C元素质量分数从停留时间30 min时的45.86%逐渐增加至180 min时的49.06%;在停留时间为60 min时,XRD谱图上在衍射角2θ约为26°附近就已经出现强峰,微晶结构接近于石墨,并随停留时间的增加,芳香化和炭化程度逐渐提高;固体产物中含有丰富的腐殖质,具有大量的芳香结构和含氧官能团。

关键词：湿解麦秆炭化腐殖化停留时间

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麦秆湿解反应水溶液循环对固形产物的影响

农业机械学报 2015年第5期46卷 185-189页

作者：郭淑青董向元刘开拓中原工学院能源与环境学院郑州450007

为了减少生物质湿解过程的排放和水的消耗,以麦秆为原料,麦秆湿解水溶液为溶剂,在高温高压反应釜中,进行了反应温度为220℃,停留时间为120 min条件下的水循环湿解实验研究,并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析仪的检... 详细信息

为了减少生物质湿解过程的排放和水的消耗,以麦秆为原料,麦秆湿解水溶液为溶剂,在高温高压反应釜中,进行了反应温度为220℃,停留时间为120 min条件下的水循环湿解实验研究,并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析仪的检测分析结果对使用循环水作为溶剂时的麦秆湿解固体产物的微晶结构、化学组成和热稳定性进行了深入分析。研究发现,随水循环次数的增加,固体产物产率和固碳率逐渐增加,同使用新鲜水的麦秆湿解实验相比较,水循环第6次时,固体产物产率和固碳率分别增加至78.7%和92.4%;麦秆湿解固体的有序化程度亦随水循环次数的增加而增加,微晶结构接近于石墨化的程度逐渐提高,有机官能团和脂肪族结构逐渐减少,芳香化和炭化程度逐渐提高;热重分析表明,麦秆湿解固体热稳定性较好,并随水循环次数的增加,热稳定性逐渐增强。麦秆湿解反应水溶液循环利用有益于固体目标产物的生成,并可改善产物的理化特性。

关键词：麦秆湿解炭化水循环