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超低酸催化纤维素醇解制备乙酰丙酸乙酯

可再生能源 2024年第5期42卷 592-600页

作者：陈一航梁轩宇郝金波赵浩然徐桂转河南农业大学机电工程学院河南郑州450002 农业部农村可再生能源新材料与装备重点实验室河南郑州450002

乙酰丙酸乙酯(EL)是极具潜力的生物质燃料和添加剂,利用产量丰富的生物质生产EL有利于EL的产业化、大规模化生产。文章利用超低浓度硫酸催化纤维素制备EL,研究了硫酸用量、反应时间、反应温度和底物浓度对EL产率的影响,并利用响应面Box-... 详细信息

乙酰丙酸乙酯(EL)是极具潜力的生物质燃料和添加剂,利用产量丰富的生物质生产EL有利于EL的产业化、大规模化生产。文章利用超低浓度硫酸催化纤维素制备EL,研究了硫酸用量、反应时间、反应温度和底物浓度对EL产率的影响,并利用响应面Box-Behnken模型研究各因素对EL产率的影响。优化EL制取工艺,得到了超低浓度硫酸催化纤维素制取EL的最优工艺条件:硫酸用量为0.5%,反应温度为204℃,反应时间为240 min,底物浓度为29 g/L,EL实际平均产率为66.70%,与理论预测值相对误差为3.25%。利用GC-MS分析了不同反应时间下超低浓度硫酸催化纤维素的醇解产物分布,提出了可能的反应路径。研究结果可为纤维素生物质醇解转化提供借鉴和参考。

关键词：纤维素超低酸乙酰丙酸乙酯响应面醇解

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基于专利分析的玉米秸秆创新利用态势研究

中国农业大学学报 2024年第1期29卷 1-20页

作者：陈理韩毅瞿云山杨广王泽宇赖有春陈帅宇郑永军周宇光中国农业大学工学院北京100083 农业农村部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

为洞悉全球玉米秸秆利用的共性关键技术和发展态势,利用Innography检索1854—2021年的全球玉米秸秆专利,综合分析全球玉米秸秆专利的申请趋势、申请机构、综合实力和各国专利布局等信息,并利用可视化工具分析专利技术聚类相关内容。以... 详细信息

为洞悉全球玉米秸秆利用的共性关键技术和发展态势,利用Innography检索1854—2021年的全球玉米秸秆专利,综合分析全球玉米秸秆专利的申请趋势、申请机构、综合实力和各国专利布局等信息,并利用可视化工具分析专利技术聚类相关内容。以高专利强度的专利为代表讨论了减排固碳、绿色生态、现代装备、高值材料、智能信息和生物化学等领域专利对玉米秸秆综合利用方向的引领。结果表明,我国玉米秸秆专利中存着授权率低、研发领域发展不均衡、缺乏国际专利布局、创新利用方法专利较少和企业研发占比偏低等问题。2017—2021年的玉米秸秆创新利用专利技术中,利用玉米秸秆进行固、液、气3种形式的碳储存技术可实现创新减排固碳技术;利用玉米秸秆实现种植还田方法的特异化、肥料利用的创新、制备农产品的基质和绿色产品,实现创新绿色生态技术;利用现代信息技术优化玉米秸秆处理流程和方法,提高资源利用效率;利用创新现代装备技术对秸秆收储运、预处理和利用设备的优化,可实现农业机械高效化;从原料创新和高性能材料需求角度对玉米秸秆进行秸秆高值材料技术研发和创新;利用生物化学技术包含发酵技术青贮、微生物菌剂技术和酶解技术等,实现对玉米秸秆的创新利用。因此建议增加自身核心专利和高影响力专利的数量,提高科技成果转化率和专利国际化布局比例,高校和研究院提出的创新利用技术应加强与产业的融合。玉米秸秆高值材料产业是一个重要的突破方向,通过开发高值产品和实现资源循环利用来实现秸秆的综合利用,有望为农作物秸秆全产业链高值化利用提供新的机遇和发展路径。

关键词：玉米秸秆专利分析研究态势创新利用

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Pt/CaO材料催化糠醇加氢制备戊二醇

化工进展 2024年第3期43卷 1318-1327页

作者：萧垚鑫张军单锐袁浩然陈勇华南农业大学生物质工程研究院广东广州510642 中国科学院广州能源研究所广东广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广东广州510640 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广东广州510640

通过浸渍法制备出一系列氧化钙负载铂金属催化材料,用于生物质基糠醇选择性加氢制备戊二醇研究。研究采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、CO_(2)-程序升温脱附、N2等温吸附-脱附、X射线光电子能谱、热重-差热分析法等一系列表征手段,对... 详细信息

通过浸渍法制备出一系列氧化钙负载铂金属催化材料,用于生物质基糠醇选择性加氢制备戊二醇研究。研究采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、CO_(2)-程序升温脱附、N2等温吸附-脱附、X射线光电子能谱、热重-差热分析法等一系列表征手段,对合成的催化剂样品物理化学性质进行了系统表征。实验结果表明,Pt/CaO-600催化剂表现出优异的催化活性,在4MPa氢压、210℃反应温度条件下,糠醇转化率为99.8%,1,2-戊二醇和1,5-戊二醇收率分别可达48.6%和21.5%。催化剂的优异性能可归因于作为载体的CaO提供了适宜的碱性位点,有利于糠醇开环反应的发生,进而提高了糠醇转化率与戊二醇选择性。同时,催化剂还表现出了优异的循环使用性能,经重复使用4次后,其催化糠醇转化率可达96.5%,1,2-戊二醇和1,5-戊二醇的收率分别为40.3%和17.0%。

关键词：糠醇催化加氢戊二醇

小麦-玉米轮作根茬燃烧热触杀防控土传病害的试验

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农业工程学报 2024年第8期40卷 90-97页

作者：朱焕光李刚刘超洁高飞刘新新潘晓慧李鹏飞张晓婷贺超刘亮焦有宙河南农业大学机电工程学院郑州450002 河南农业大学植物保护学院郑州450002 农业农村部农村可再生能源新材料与装备重点实验室郑州450002 河南省低碳农业智能装备工程技术研究中心郑州450002 河南工程学院机械工程学院郑州451191

针对秸秆和根茬直接还田导致作物土传病害重发和频发问题,采用自主设计的可控燃烧热触杀装备进行了试验研究,分析了不同运行工况下装备内的温度分布规律、热触杀后土壤中病原真菌与细菌的灭杀率及作物植株发病程度。结果表明:当进料速度... 详细信息

针对秸秆和根茬直接还田导致作物土传病害重发和频发问题,采用自主设计的可控燃烧热触杀装备进行了试验研究,分析了不同运行工况下装备内的温度分布规律、热触杀后土壤中病原真菌与细菌的灭杀率及作物植株发病程度。结果表明:当进料速度为360~1800 kg/h时,装备可实现热触杀温度(117~167℃)和送风温度(62~172℃)的有效调控,炉膛内沿程烟气温度分布呈先增大后减小趋势,稳定燃烧时炉膛最高温度可达479℃,可保证燃烧效率持续处于较高水平。土壤中细菌比真菌的耐温性更强,117℃下细菌和真菌的灭杀率分别为53.33%和33.33%,132℃以上时两者的灭杀率均达到86%以上,167℃下可实现深度灭杀。与对照组相比,秸秆与根茬燃烧高温热触杀后田间玉米植株根部病情指数降低了34.1,该研究对实现作物连作土传病害的绿色防控具有重要意义。

关键词：作物根茬高温烟气热触杀土传病害病情指数

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镁硅改性烟秆炭吸附特性和能力研究

河南农业大学学报 2024年第3期58卷 467-476页

作者：胡泽森岳建芝王慷张志萍荆艳艳张全国河南农业大学农业农村部可再生能源新材料与装备重点试验室河南郑州450002 黄河科技学院现代农业工程研究院河南郑州450006

【目的】研究镁硅改性烟秆炭吸附特性和能力,解决水体中过量的氮和磷造成的水体富营养化,并实现废弃生物质烟草秸秆的资源化利用。【方法】将烟草秸秆通过热解制备烟秆生物炭,再由MgCl 2和Na 2 SiO 3对其浸渍改性,用于吸附水体中的氮、... 详细信息

【目的】研究镁硅改性烟秆炭吸附特性和能力,解决水体中过量的氮和磷造成的水体富营养化,并实现废弃生物质烟草秸秆的资源化利用。【方法】将烟草秸秆通过热解制备烟秆生物炭,再由MgCl 2和Na 2 SiO 3对其浸渍改性,用于吸附水体中的氮、磷并研究其吸附特性。【结果】改性后烟秆炭对氮和磷的吸附量分别为4.26和37.93 mg·g-1,分别是改性前的5和11.6倍;改性后烟秆炭镁、硅含量分别是改性前的26.5和4.5倍;烟秆炭的BET测定结果表明,改性提高了烟秆炭的比表面积和平均孔径,孔隙结构更加发达;改性后的烟秆炭出现新的衍射峰,改性引入了新的表面官能团。改性烟秆炭在中性或弱碱性环境下对氮具有较高的吸附能力,吸附磷的pH值范围相对较宽。改性烟秆炭对氮和磷的吸附过程分别符合颗粒内扩散和准二级动力学方程,吸附方式主要为化学吸附;吸附类型均符合Langmuir模型,为单分子层吸附;改性烟秆炭在双溶质溶液中对氮、磷的吸附量相比在单溶质溶液中有显著提升,说明氮和磷在水中共存时对烟秆炭吸附产生协同作用。【结论】镁硅改性烟秆生物炭可以高效去除水体中的氮和磷,是一种高效除氮磷吸附剂。

关键词：氮磷烟秆炭改性吸附

不同原材料生物炭基渗融尿素肥的养分迁移转化机制研究

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华南农业大学学报 2024年第2期45卷 237-246页

作者：王明峰高振楠向艾华任永志王智宇蒋恩臣华南农业大学材料与能源学院/农业农村部能源植物资源与利用重点实验室广东广州510642

【目的】研究对比不同原材料生物炭基渗融尿素肥(Biochar-based infiltrated urea fertilizer,BIUF)的成肥及养分释放特性,探讨渗融法制肥中生物质种类、热解温度、表面官能团含量对肥料颗粒释放机制的影响,为BIUF缓释性能的进一步优化... 详细信息

【目的】研究对比不同原材料生物炭基渗融尿素肥(Biochar-based infiltrated urea fertilizer,BIUF)的成肥及养分释放特性,探讨渗融法制肥中生物质种类、热解温度、表面官能团含量对肥料颗粒释放机制的影响,为BIUF缓释性能的进一步优化提供理论指导。【方法】以稻壳炭(Husk biochar,HB)、松子壳炭(Pine nut biochar,PNB)、油茶壳炭(Oil-tea biochar,OTB)、花生壳炭(Peanut biochar,PB)和尿素颗粒为原料,采用渗融法制备BIUF,利用万能压力试验机、扫描电子显微镜、热重分析仪和傅里叶红外光谱仪对其成型特性和养分迁移机制进行研究。【结果】生物炭颗粒的表观形貌及孔壁厚度影响BIUF的物理性能,与易碎薄片化的生物炭颗粒相比,蜂窝状的生物炭颗粒结构更利于提高BIUF的物理机械性能,抗破碎性能提升1.7~2.3倍。生物炭表面的官能团含量影响BIUF的缓释性能,炭表面的—COOH、—C=O和—OH等官能团与尿素生成稳固的化学态尿素,而链式脂肪醇上的—OH与尿素发生醇解反应,造成BIUF肥力下降,释放周期缩短40%~50%。蜂窝状的稻壳炭孔隙结构复杂、含氧官能团丰富以及链式脂肪醇含量低,所制备的花生壳炭基渗融尿素肥具备优异的抗破碎性能,养分释放周期延长90%以上,具备良好的释放性能。【结论】不同生物炭独特的理化性质具备良好的养分吸附性,通过提高热解温度、延长热解时间可提升生物质材料的炭化程度,所制备的BIUF具备优异的物理性能以及一定的缓释性能,对农业的可持续发展具有积极影响。

关键词：生物炭渗融炭肥释放特性迁移转化机制

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辣椒苗夹茎式双排自动取投苗装置设计与试验

农业机械学报 2024年第3期55卷 115-121,152页

作者：邱硕于博计东田素博赵萍白晓虎沈阳农业大学工程学院沈阳110866 农业农村部园艺作物农业装备重点实验室沈阳110866

为提高设施蔬菜生产机械化率,设计了一种双排夹茎式取投苗装置。利用两个对置移栽臂上的双排夹取爪实现辣椒苗循环取投苗作业,PLC控制系统保证取投苗装置有序平稳运转。夹取爪核心部件由软性材料和弹簧钢片紧贴构成,其精确定位由水平和... 详细信息

为提高设施蔬菜生产机械化率,设计了一种双排夹茎式取投苗装置。利用两个对置移栽臂上的双排夹取爪实现辣椒苗循环取投苗作业,PLC控制系统保证取投苗装置有序平稳运转。夹取爪核心部件由软性材料和弹簧钢片紧贴构成,其精确定位由水平和竖直运动机构实现。分析软性材料厚度、辣椒苗苗龄、夹取爪气缸压力对取苗失败率、运苗失败率和投苗失败率的影响规律,以取投成功率为优化目标进行正交试验,确定双排自动取投苗装置的最佳工作参数。试验结果表明:当软性材料厚度为10 mm、辣椒苗苗龄为51 d、夹取爪气缸压力为0.40 MPa时,平均取投成功率达到94.6%,基本满足蔬菜移栽作业的技术要求。

关键词：辣椒苗移栽取投苗装置夹取爪

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蔬菜育苗高压静电吸附播种机理及系统参数优化

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农业工程学报 2024年第9期40卷 26-38页

作者：孙胜胡斌马金虎吴芯茗罗昕徐晓赟徐洛川石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 现代农业机械兵团重点实验室石河子832003

针对现有气吸式穴盘育苗播种机对含杂较多且没有丸粒化的不规则小颗粒蔬菜种子存在吸孔堵塞而导致排种精度下降的技术难题,该研究摒弃小孔径、长导程吸孔,设计了一种基于高压静电吸附特性的蔬菜育苗播种机。通过理论分析及电势等值线分... 详细信息

针对现有气吸式穴盘育苗播种机对含杂较多且没有丸粒化的不规则小颗粒蔬菜种子存在吸孔堵塞而导致排种精度下降的技术难题,该研究摒弃小孔径、长导程吸孔,设计了一种基于高压静电吸附特性的蔬菜育苗播种机。通过理论分析及电势等值线分布仿真试验确定介电绝缘层材料;构建静电吸附力学模型,明确影响静电吸附力的主要因素及其相互关系,确定影响播种性能的电参数及范围;以型孔加工直径、正向高压静电发生器输出电压和种箱底面倾斜角度为试验因素,以播种合格指数、重播指数和漏播指数为响应指标进行三因素三水平Box-Behnken中心组合试验,得到各试验因素与响应指标间的数学模型,应用Design-Expert 10.0.4软件对数学模型进行多目标优化,得到最佳参数组合为:型孔加工直径5.91 mm、正向高压静电发生器输出电压17.67 kV、种箱底面倾斜角度14.69°,此时播种合格指数为91.13%、重播指数为3.02%、漏播指数为5.85%。播种性能验证试验的播种合格指数相较于优化结果降低了0.61个百分点、重播指数相较于优化结果降低了0.17个百分点、漏播指数相较于优化结果增加了0.78个百分点。试验误差在允许范围内,参数优化结果可靠,满足精量播种技术要求。研究结果可为不规则小颗粒蔬菜种子精量播种机械装备的研发提供参考,同时也可为不规则小颗粒物料定量吸附和快速分离方法研究及设备开发提供参考。

关键词：播种机蔬菜制干辣椒高压静电吸附特性

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纳米流体在不同类型热管中传热特性研究进展

热能动力工程 2024年第6期 15-22+31页

作者：钟天明白浩贤何志林方诗雯仲恺农业工程学院化学化工学院广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室

本文概述了近年来纳米流体的制备和热特性以及不同纳米流体材料在振荡热管、重力热管、平板热管中应用传热特性研究，总结了目前纳米流体应用于热管中存在的颗粒滞纳性、不均匀分散等问题并进行了分析。大量研究表明：使用金属纳米颗粒... 详细信息

本文概述了近年来纳米流体的制备和热特性以及不同纳米流体材料在振荡热管、重力热管、平板热管中应用传热特性研究，总结了目前纳米流体应用于热管中存在的颗粒滞纳性、不均匀分散等问题并进行了分析。大量研究表明：使用金属纳米颗粒、合适的纳米流体配比等可有效强化热管传热，当纳米流体质量分数范围为0.01%～3.00%时，传热效率存在峰值。通过对若干最新的纳米流体热管相变传热模型开展了传热模型新实验工况的适用性分析，发现Mohseni模型在新条件下的平均计算偏差约为±13.8%,并基于该模型提出更适用于新工况的模型，其平均误差为±3.4%。通过深入分析当前纳米流体传热应用存在的问题，本文提出寻找颗粒聚合纳米流体的二次非接触反聚合手段是未来纳米流体在热管中可靠应用的重点研究方向。

关键词：纳米流体热管传热特性传热模型