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设施农业可再生能源综合供能系统运行策略

农业工程学报 2024年

作者：张东姜钰湛李浩然张瑞安周建赵伟国甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州理工大学能源与动力工程学院

针对当前温室生产中传统能源系统能源利用率低、环境污染严重、运行费用高等问题，该研究设计了一种耦合太阳能与空气能利用的可再生能源系统，考虑设备季节性利用制定了4种不同的运行策略，并在典型日与全年两种维度上与传统系统进行... 详细信息

针对当前温室生产中传统能源系统能源利用率低、环境污染严重、运行费用高等问题，该研究设计了一种耦合太阳能与空气能利用的可再生能源系统，考虑设备季节性利用制定了4种不同的运行策略，并在典型日与全年两种维度上与传统系统进行了热力、环境、经济方面的对比分析。结果表明，典型日内系统一次能源节约率、二氧化碳减排率、运行费用节约率分别为24.67%、23.22%、17.04%。全年维度内策略1、2、3、4对应的一次能源节约率分别为60.23%、70.43%、70.53%、63.69%，二氧化碳减排率分别为222.90%、266.35%、269.56%、223.00%，运行费用节约率分别为227.12%、272.38%、302.56%、239.81%，投资回收期分别为2.51、2.35、2.21、2.09 a。该研究揭示了系统全年、典型日运行中的能量特性，证明了可再生能源系统在农业方面应用的可行性、优越性，与此同时也发现空气源热泵的运行时间长短及时刻差异是影响系统综合性能的重要因素，为面向温室的可再生能源系统的发展提供思路与参考。

关键词：温室可再生能源加温策略性能

有机肥施用对全球农业土壤温室气体排放影响的Meta分析

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环境科学 2024年

作者：撒青林郑健李子凡王燕兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃省太阳能与生物质互补多联供系统重点实验室西北低碳城镇支撑技术省部共建协同创新中心

为了探明有机肥施用对农业土壤温室气体排放量的直接和间接影响，选用了公开发表的129篇相关文献，共1228组数据，采用Meta分析方法分析了有机肥对全球农业土壤温室气体排放量的影响及其影响因素，进一步构建结构方程模型(SEM)量化和确... 详细信息

为了探明有机肥施用对农业土壤温室气体排放量的直接和间接影响，选用了公开发表的129篇相关文献，共1228组数据，采用Meta分析方法分析了有机肥对全球农业土壤温室气体排放量的影响及其影响因素，进一步构建结构方程模型(SEM)量化和确定因素之间的因果关系。结果表明，总体上，与不施肥和施用无机肥相比，有机肥替代施用分别增加了70.73%(lnR: 0.53，95% CI: 0.45 ～ 0.62)和19.24%(lnR: 0.18，95% CI: 0.13 ～ 0.22)的CO2排放、52.58%(lnR: 0.42，95% CI: 0.26 ～ 0.59)和27.72%(lnR: 0.24，95% CI: 0.15 ～ 0.34)的CH4排放及208.14%(lnR: 1.13，95% CI: 1.04 ～ 1.21)和 - 3.66%(lnR: - 0.04，95% CI: - 0.11 ～ 0.04)的N2O排放；有机肥施用下，旱地系统对CO2和N2O排放量效应均影响最大，水稻系统对CH4排放量效应影响最显著；粉土的CO2平均增长率最高，砂土对N2O和CH4平均增长率影响较大；相比商品有机肥和沼液，秸秆替代下CO2和N2O平均增长率极大，农家肥替代对土壤CH4排放量有显著促进作用；温室气体排放量在氮肥 + 有机肥处理下显著增加。SEM表明年均气温(MAT)是CO2和N2O排放量的最重要环境决定因子，其中土壤CO2排放量与MAT呈显著正相关(P 系统中CH4排放量的主要环境决定因素分别为年降水量(MAP)及年均气温(MAT)，均与其呈显著正相关关系(P 室气体排放等提供科学依据。

关键词：温室气体排放土壤有机肥 Meta分析结构方程模型(SEM) 全球

多孔生物质碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究进展

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过程工程学报 2024年第2期24卷 127-138页

作者：张学民贺冠宇尹绍奇黄婷婷李金平郑健兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050 西北低碳城镇支撑技术协同创新中心甘肃兰州730050

生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料,对其高效利用对实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点,广泛应用于能源存... 详细信息

生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料,对其高效利用对实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点,广泛应用于能源存储与转化、催化、吸附等诸多领域。然而,生物质碳材料的性质不仅与微观结构密切相关,而且杂原子掺杂对生物质碳材料的结构及电化学性能具有重要影响。实现生物质碳材料结构的精准调控是提高其电化学性能的有效途径。本工作全面综述了生物质碳材料的制备方法及其在超级电容器中的应用研究进展,讨论了多孔生物质碳材料结构与性能之间的关系。在此基础上,深入分析了不同条件、不同制备工艺(如材料的选择、材料的处理和活化方式)等因素对多孔生物质碳材料结构特性的影响机理及其规律;详述了多孔生物质碳材料结构特性对电化学性能的影响机制及其规律,分析了多孔生物质碳材料制备过程及其性能调控尚待完善和改进的地方。最后,指出了未来多孔生物质碳材料制备工艺及其电化学性能研究的主要发展方向。

关键词：生物质碳材料制备工艺电极材料结构特性电化学性能

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沼液滴灌条件下不同类型灌水器的堵塞特征

节水灌溉 2024年

作者：郑健赵雨露陈娅兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃省太阳能与生物质互补多联供系统重点实验室西北低碳城镇支撑技术省部共建协同创新中心

为了探求不同类型灌水器在沼液滴灌中的抗堵塞性能，研发适用于沼液滴灌的灌水器，明确沼液滴灌条件下灌水器的堵塞类型。选用内镶贴片式灌水器(1.38、2、3 L/h)、内镶圆柱式灌水器(2、3 L/h)、压力补偿式灌水器(2、4、6 L/h)三类灌水... 详细信息

为了探求不同类型灌水器在沼液滴灌中的抗堵塞性能，研发适用于沼液滴灌的灌水器，明确沼液滴灌条件下灌水器的堵塞类型。选用内镶贴片式灌水器(1.38、2、3 L/h)、内镶圆柱式灌水器(2、3 L/h)、压力补偿式灌水器(2、4、6 L/h)三类灌水器，在灌水压力0.08 MPa、水沼液配比4∶1(体积比)条件下进行周期性间歇灌水试验，比较不同灌水器的堵塞情况，并使用扫描电镜分析堵塞物的粒径大小及各粒径占比情况，同时结合堵塞物的傅里叶红外光谱图分析堵塞物的组成成分。结果表明，8种灌水器(E1～E8)达到堵塞标准所需的时间分别为108、126、141、111、132、84、102和117 h；灌水器堵塞物在出水口、进水口以及过水流道内均有分布，进水口处为黄色泥沙沉积，出水口及过水流道拐角处为黑色絮状物；堵塞物成分为沙粒、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等无机化合物以及烃类、蛋白质、脂类等有机物；堵塞物中88.42%的颗粒物粒径集中在0.2～1.4 μm的粒径范围内，其余11.58%为大絮状物。综上所述，同类型灌水器中，额定流量越大的灌水器达到堵塞标准所需的时间越长，抗堵塞性能越好；同额定流量的灌水器，内镶贴片式灌水器的抗堵塞性能最佳；额定流量3 L/h的内镶贴片式灌水器的抗堵塞性能最佳；灌水器发生的堵塞类型为物理-化学-生物三者协同作用导致的复合型堵塞。

关键词：灌水器沼液滴灌平均相对流量扫描电镜堵塞物成分

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含固率对甜高粱与奶牛粪产气特性的影响

环境科学与技术 2024年第6期47卷 156-162页

作者：任海伟田海东马福泽杜永鹏欧琢钰杨鑫张浩李金平兰州理工大学生命科学与工程学院甘肃兰州730050 兰州牧工商有限责任公司甘肃荷斯坦奶牛繁育示范中心甘肃兰州730050 甘肃省太阳能与生物质互补多联供系统重点实验室甘肃兰州730050

文章基于不同含固率(TS)在粪秸厌氧共消化中产气率的不同,以碳素和氮素含量互补的全株甜高粱秸秆和奶牛粪为原料,评估在不同TS下厌氧共消化的产气特性。实验采用中温((37±0.5)℃)条件,底物中甜高粱与奶牛粪挥发性固体(VS)比为1∶1,设... 详细信息

文章基于不同含固率(TS)在粪秸厌氧共消化中产气率的不同,以碳素和氮素含量互补的全株甜高粱秸秆和奶牛粪为原料,评估在不同TS下厌氧共消化的产气特性。实验采用中温((37±0.5)℃)条件,底物中甜高粱与奶牛粪挥发性固体(VS)比为1∶1,设置奶牛粪的含固率为2%(T2组)、4%(T4组)、6%(T6组)、8%(T8组)4个处理组,分析不同TS组的产甲烷性能,动力学分析采用修正的Gompertz方程。结果表明,T2组的累积产气量为633.49 m L/(g VS)、累积甲烷产量为350.26 m L/(g VS),均为最高,随TS的增加累积产气率下降,高TS不利于沼气的生产。修正的Gompertz模型拟合结果R~2=0.988~0.999,随着TS的增加,延滞期变长,最大产甲烷速率降低,T2组与其他处理组相比混合消化体系最优。化学需氧量浓度和挥发性脂肪酸浓度均随着TS升高而升高。实验对全株甜高粱和奶牛粪的共消化高效产甲烷及过程稳定性控制具有指导意义。

关键词：含固率混合厌氧消化甜高粱产甲烷性能动力学奶牛粪

中国多元林草原料生物质资源分布及醇类利用指标分析

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农业工程学报 2024年第6期40卷 298-308页

作者：王浩王昱李金平雷廷宙田苗李能安兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州730050 常州大学城乡矿山研究院常州213164

中国林草原料资源丰富,对其分布的整理不仅有助于推动林草原料的综合利用,也有助于解决林草废弃物带来的环境问题。因此,该研究根据中国大陆地区的地理经纬度,对全国范围内的代表性林草原料进行了分区梳理,并筛选出了各地区的优势林草... 详细信息

中国林草原料资源丰富,对其分布的整理不仅有助于推动林草原料的综合利用,也有助于解决林草废弃物带来的环境问题。因此,该研究根据中国大陆地区的地理经纬度,对全国范围内的代表性林草原料进行了分区梳理,并筛选出了各地区的优势林草作物。对多元林草原料的分布与组成特性,水分、挥发分、纤维素含量、半纤维素含量、C元素含量、O元素含量、热值等进行了共性和个性指标的整理,确定了多元林草原料组成与结构分析的数据库检索字段。华东地区甜菜并不适宜作为生物质醇类利用中林草原料,氧元素含量较其他林草原料高出46%,玉米秸秆和水稻秸秆中O元素含量较低,适宜作为生物质醇类利用中林草原料;大豆中纤维素含量明显较低,比其他林草原料低40%,西南地区玉米秸秆高于其他林草原料;西北地区黑麦草和华东地区华南地区甘蔗的比热容值较高,在3.2~4.8 J/(kg·K),其他能源草比热容值多处于0.8~2.4 J/(kg·K)。深入分析各地区代表性林草原料作为醇类利用的指标,探讨多元林草原料的物理性质、化学组成、工业组成、元素组成以及醇类利用潜力的差异性、变异性和相关性。该研究为中国多元林草醇类利用提供了重要的基础支撑和数据参考。

关键词：醇类利用多元林草数据库理化特性

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沼液滴灌条件下不同类型灌水器的堵塞特征

节水灌溉 2024年第8期 110-116页

作者：郑健赵雨露陈娅兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省太阳能与生物质互补多联供系统重点实验室兰州730050 西北低碳城镇支撑技术省部共建协同创新中心兰州730050

为了探求不同类型灌水器在沼液滴灌中的抗堵塞性能,研发适用于沼液滴灌的灌水器,明确沼液滴灌条件下灌水器的堵塞类型。选用内镶贴片式灌水器(1.38、2、3 L/h)、内镶圆柱式灌水器(2、3 L/h)、压力补偿式灌水器(2、4、6 L/h)三类灌水器,... 详细信息

为了探求不同类型灌水器在沼液滴灌中的抗堵塞性能,研发适用于沼液滴灌的灌水器,明确沼液滴灌条件下灌水器的堵塞类型。选用内镶贴片式灌水器(1.38、2、3 L/h)、内镶圆柱式灌水器(2、3 L/h)、压力补偿式灌水器(2、4、6 L/h)三类灌水器,在灌水压力0.08 MPa、水沼液配比4∶1(体积比)条件下进行周期性间歇灌水试验,比较不同灌水器的堵塞情况,并使用扫描电镜分析堵塞物的粒径大小及各粒径占比情况,同时结合堵塞物的傅里叶红外光谱图分析堵塞物的组成成分。结果表明,8种灌水器(E1~E8)达到堵塞标准所需的时间分别为108、126、141、111、132、84、102和117 h;灌水器堵塞物在出水口、进水口以及过水流道内均有分布,进水口处为黄色泥沙沉积,出水口及过水流道拐角处为黑色絮状物;堵塞物成分为沙粒、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等无机化合物以及烃类、蛋白质、脂类等有机物;堵塞物中88.42%的颗粒物粒径集中在0.2~1.4μm的粒径范围内,其余11.58%为大絮状物。综上所述,同类型灌水器中,额定流量越大的灌水器达到堵塞标准所需的时间越长,抗堵塞性能越好;同额定流量的灌水器,内镶贴片式灌水器的抗堵塞性能最佳;额定流量3 L/h的内镶贴片式灌水器的抗堵塞性能最佳;灌水器发生的堵塞类型为物理-化学-生物三者协同作用导致的复合型堵塞。

关键词：灌水器沼液滴灌平均相对流量扫描电镜堵塞物成分

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无胶秸秆基纤维板的研究进展

复合材料学报 2024年第4期41卷 1750-1763页

作者：苏琼卢新宇石小琴聂宏杰张平王彦斌西北民族大学化工学院兰州730030 环境友好复合材料国家民委重点实验室兰州730030 甘肃省生物质功能复合材料工程研究中心兰州730030 甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用重点实验室兰州730030

无胶秸秆基纤维板是生物质复合材料,具有无毒、可降解、可回收和可再生等特点。因其不消耗石油资源,有利于可持续发展,可替代部分木材应用于地板、建筑材料、家具、室内装修等领域。但对其制板机制及工艺的研究较欠缺,导致市场份额占比... 详细信息

无胶秸秆基纤维板是生物质复合材料,具有无毒、可降解、可回收和可再生等特点。因其不消耗石油资源,有利于可持续发展,可替代部分木材应用于地板、建筑材料、家具、室内装修等领域。但对其制板机制及工艺的研究较欠缺,导致市场份额占比仍较低。本文综述了无胶秸秆基纤维板的自粘结机制和应用现状,分析了近年来无胶秸秆基纤维板的工艺进展,着重从纤维的预处理、纤维尺寸、工艺参数(压制时间、压力和温度)对无胶秸秆基纤维板性能的影响进行了系统综述,并对未来无胶秸秆纤维板的优化设计、大规模生产及推广应用进行了展望。

关键词：无胶秸秆基纤维板生物质自粘结机制制造工艺秸秆预处理

梯级筑坝对黑河上游水体氮磷营养盐分布的影响

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中国沙漠 2024年

作者：王昱先锋云陈吉平张英卫芸范逸扬田苗兰州理工大学能源与动力工程学院兰州理工大学甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃省水文站甘肃省水环境监测中心

梯级筑坝会改变河流水文特征与物质迁移转化特征，对水环境质量产生影响。探究梯级筑坝下黑河上游水体氮磷营养盐时空分布及富营养化风险问题对黑河流域生态修复及梯级水资源管理具有一定参考意义。对黑河上游16个主要控制断面10项水体... 详细信息

梯级筑坝会改变河流水文特征与物质迁移转化特征，对水环境质量产生影响。探究梯级筑坝下黑河上游水体氮磷营养盐时空分布及富营养化风险问题对黑河流域生态修复及梯级水资源管理具有一定参考意义。对黑河上游16个主要控制断面10项水体理化指标多年数据进行统计分析。结果表明：黑河上游水体理化性质时空差异显著，水体整体呈弱碱性，自净能力较好，总氮（TN）、总磷（TP）的浓度符合Ⅲ、Ⅱ类水质标准。从时间分布来看，黑河上游水体TN、氨氮（NH3-N）和亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度表现为枯水期>丰水期，TP浓度为丰水期>枯水期。从空间分布来看，单个水库水体营养盐分布具有潜在的累积效应，但梯级水库作用下整体营养盐的分布呈下降趋势，说明梯级筑坝使沿程累积作用在逐渐削弱；NH3-N和NO2--N主要分布在水库中层，TN、TP下层浓度高于上层，分层现象表明有大量的氮磷蓄积在下层沉积物中。富营养化风险分析表明，梯级筑坝在一定条件下降低了水体富营养化风险，丰水期大部分水体断面处于氮限制，枯水期主要为氮磷共同限制；结合氮磷比特征的分析，本研究认为控制外源氮磷输入是黑河梯级水库富营养化防控的有效途径。

关键词：梯级筑坝氮磷营养盐时空分布富营养化评价黑河