生物质制粒的优化制备工艺研究,农业工程论文

生物质制粒的优化制备工艺研究,农业工程论文我们国家是一个农业大国，秸秆作为我们国家主要的农作物，年产总量约6.04亿t,这华而不实约1.2亿t则田间直接燃烧或废弃地头，大约1.9亿t的农作物秸秆在炉灶内直接燃烧用作炊事和采暖[1].直接利用生物质作为燃料时，燃烧不稳定，热效率低，其转换效率仅为10%~20%,即浪费资源又污染环境[2].生物质能的研究开发，主要有气化、液化、热解、固化和直接燃烧技术。国外的生物质利用方面，部分发达国家已处于领先地位，其生物质技术与装置已实现规模化产业经营。我们国家也在从上个世纪80年代开场对生物质技术的重点研究，由于起步较晚，当前，商业化应用程度较低[3-5].为此，国家公布了(可再生能源法〕要大力加强可再生能源技术的开发研究。为响应国家号召，本研究通过对4种不同废弃生物质基材的处理，分析处理后的生物质主要成分差异性，讨论不同浓度酸、碱化处理对制成生物质颗粒前材料燃烧热值的影响，为进一步改进生物质制粒工艺提供基础理论根据。1材料与方式方法1.1材料玉米秸秆〔大庆市郊区〕；中药残渣〔大庆市某中医院〕；林业废弃枝桠及木耳菌袋〔伊春某郊区〕，各样品均为自然风干样品。根据不同实验要求取材料进行机械粉碎，然后过筛〔0.25mm〕。实验中所用化学试剂均为分析纯级，水为蒸馏水。1.2预处理玉米秸秆、林业废弃枝桠及中药渣分别用1%NaOH及1%H2SO4进行处理浸泡24h或湿混72h,处理后，浸泡的样品滤去液体，将固体生物质残渣65℃烘干至恒重，和对照样品一起测定木质素、纤维素、半纤维素、总碳和灰分的含量。详细处理方式见表1.木耳菌袋由于经过菌的生长，所以在本实验中就不进行酸碱处理。1.3方式方法1.3.1纤维素测定采用浓酸水解法测定纤维素含量[1].样品用HAc和HNO3的混合液浸泡并加热，洗去杂质后参加K2CrO7与浓H2SO4,以邻菲罗啉为指示剂，用〔NH4〕2SO3溶液滴定，至溶液由黄色经黄绿色至刚刚显露红褐色为止，根据用去〔NH4〕2SO3溶液计算纤维素的含量。1.3.2半纤维素测定采用紫外分光光度法测定半纤维素含量[1,2,4].样品用质量分数为80%硝酸钙溶液浸泡并加热，蒸馏水稀释后去除上清液，以酚酞为指示剂，用NaOH中和至恰显玫瑰色后过滤，滤液加DNS溶液沸水浴，冷却后于540nm的波长下测定吸光度。1.3.3木质素测定采用浓H2SO4法测定木质素含量[2,3,5].样品用HAc溶液浸泡并洗涤后，加丙酮4mL浸泡5min,洗涤水浴蒸干，加质量分数72%H2SO43mL摇匀在室温下静置一晚，蒸馏水稀释后沸水浴，加BaCl2混匀后离心去上清；沉淀参加H2SO4和K2CrO7混合液加热。参加KI溶液后用Na2S2O3滴定至溶液刚显天蓝色且30min内不变色。1.3.4总碳含量及灰分含量采用碳氮分析仪测。定不同生物质材料的总碳含量及灰分含量。使用粉碎机，将固体生物质材料粉碎，并通过100目孔径的筛子。称取几分不同重量的标准物CaCO3分别放入陶瓷舟推入燃烧炉测量标准曲线。称取一定量的生物质原料粉末〔约50mg〕，将样品放入陶瓷舟推入燃烧炉测量未知样品总碳含量。称量燃烧后残渣质量即为灰分含量。1.3.5生物质热值测定实验经过采用氧弹热量计对不同固体生物质热值进行测量和分析[6-8].2结果与分析2.1不同生物质及不同预处理方式纤维素、半纤维素、木质素、总碳和灰分含量不同生物质及不同预处理方式纤维素、半纤维素、木质素、总碳和灰分含量测定结果见表2.由表2可知，不同生物质原料未经酸碱处理时，纤维素含量差异不同不大，中药残渣最低；半纤维素含量玉米秸秆、林业废弃枝桠和中药残渣相近，木耳菌袋最低为13.03%,约为前三者的60%;木质素含量秸秆最低，为14.72%,其余三者相近。4种生物质总碳含量为林业废弃枝桠木耳菌袋玉米秸秆中药渣，灰分含量为中药渣木耳菌袋玉米秸秆林业废弃枝桠。不同生物质原料经酸碱不同方式处理后，纤维素、半纤维素含量差异不同不大，按其含量大小排列顺序为玉米秸秆林业废弃枝桠中药残渣；木质素含量与纤维素、半纤维素含量相反，表现为林业废弃枝桠中药残渣玉米秸秆。样品的预处理结果表现为酸碱预处理使3种生物质原料的纤维素含量增加，半纤维素含量降低，秸秆的木质素含量增加，林业废弃枝桠和中药残渣的木质素含量降低。玉米秸秆酸碱处理后总碳含量升高，而林业废弃枝桠总碳含量为1%H2SO4,1∶10固液比1%NaOH,1∶1固液比未处理1%NaOH,1∶10固液比1%H2SO4,1∶1固液比。2.2不同生物质原料及不同预处理方式对热值的影响利用弹筒发热量测定的方式方法对玉米秸秆、林业废弃枝桠、中药渣及木耳菌袋四种生物质原料热值进行测定，结果见表3.表3结果表示清楚，4种原料的热值表现为林业废弃枝桠玉米秸秆木耳菌袋中药渣。不同的预处理方式结果显示玉米秸秆1%H2SO4处理后生物质的热值1%NaOH处理后的生物质热值未经处理的玉米秸秆，林业废弃枝桠未经处理1%H2SO4处理后生物质的热值1%NaOH处理后的生物质热值。总体看来1%H2SO4处理后的生物质热值要高于1%NaOH处理后的生物质热值。3结论〔1〕实验中所用的不同生物质原料未经酸碱处理时，纤维素含量差异不同不大，中药残渣最低；半纤维素含量玉米秸秆、林业废弃枝桠和中药残渣相近，木耳菌袋最低；木质素含量秸秆最低，其余三者相近。经酸碱预处理后，生物质原料的纤维素含量增加，半纤维素含量降低，秸秆的木质素含量增加，林业废弃枝桠和中药残渣的木质素含量降低。〔2〕4种生物质原料总碳含量为林业废弃枝桠最高，其次为木耳菌袋与玉米秸秆，中药渣最低，灰分含量正好相反。经酸碱处理后，玉米秸秆酸碱处理后总碳含量有显著升高；林业废弃枝桠有提高但相差不明显。〔3〕4种原料的热值表现为林业废弃枝桠最高，其次为玉米秸秆、木耳菌袋，中药渣最低，而1%H2SO4处理后的玉米秸秆热值提高显著，不同的预处理方式的结果显示1%H2SO4处理后生物质的热值要高于1%NaOH处理后的生物质热值。〔4〕由数据比照分析能够看出，总碳含量与热值呈正比，即总碳含量越高，热值越高；纤维素、木质素含量与热值也呈正比，即纤维素、木质素含量越多，热值越高。酸碱处理生物质材料可使生物质材燃烧愈加完全，进而更好的提高生物质燃烧热值。4讨论在实验经过中，部分生物质材料预处理后的数值变化不显著，可能由于测定经过中种种人为测定因素、测定精到准确度等方便差生误差，导致最终研究结果变化不显著。因而，建议后续研究者样品处理及指标测定经过中愈加严格，并在这里基础上继续深切进入研究，从大量的实验数据中提炼出更深层的规律。参考文献[1]陈健，胡筱敏。生物质秸秆燃料的应用分析[J].环境保卫与循环经济，2008〔，5〕：43-45.[2]刘国华。生物质成型燃料技术及应用前景[J].应用能源技术，2018〔，1〕：44-47.[3]李平，蔡鸣，等。生物质固体成型燃料技术研究进展及应用效益分析[J].安徽农业科学，2020,40〔14〕：8284-8286,8306.[4]查湘义。生物质能源化利用技术综述[J].甘肃农业，2020〔1〕：30-31.[5]蒋剑春。生物质能源应用研究现