基于能源與環(huán)境系統(tǒng)戰(zhàn)略新興專業(yè)創(chuàng)新實驗教學(xué)需求,結(jié)合團(tuán)隊前期科研基礎(chǔ),設(shè)計了利用玉米秸稈制備碳材料或顆粒燃料的創(chuàng)新性試驗項目。實驗步驟簡單,涉及的知識全面,涵蓋了生物質(zhì)物料特性分析、熱力學(xué)、生物質(zhì)成形力學(xué)與特性分析和現(xiàn)代儀器分析等諸多學(xué)科的知識。適合開設(shè)能源與環(huán)境工程專業(yè)的高校作為創(chuàng)新實驗教學(xué)項目。該創(chuàng)新實驗的開展加深了學(xué)生對本專業(yè)知識在各領(lǐng)域的交叉融合貫通,提高了學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的興趣;利用玉米秸稈通過水熱碳化制備碳基材料,利用現(xiàn)代儀器對碳材料的物理化學(xué)特性進(jìn)行分析,激發(fā)了學(xué)生對于可再生、綠色環(huán)保材料制備的興趣;將玉米秸稈碳材料通過壓縮成形制備清潔的顆粒燃料,促進(jìn)了學(xué)生對生物質(zhì)可再生能源研究的興趣;同時也使學(xué)生對環(huán)保、綠色能源、可再生材料等領(lǐng)域的認(rèn)識更深入。 

【文章來源】：實驗室研究與探索. 2020,39(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

玉米秸稈在不同條件下獲得的水熱碳的FT-IR圖

水熱碳的SEM圖

各水熱碳成形的顆粒密度和能量消耗如圖3所示。由圖可見，玉米秸稈顆粒燃料的體積密度為1 062kg/m3。經(jīng)過表面活性劑協(xié)同水熱碳化處理之后，堆積密度分別增加到1 223、1 179、1 220和1 240 kg/m3。由此可見，經(jīng)過處理后的玉米秸稈的堆積密度顯著增加，這將有利于降低顆粒燃料的運輸和儲存成本。這是由于水熱碳化過程會導(dǎo)致玉米秸稈上容易軟化的化學(xué)鍵和低熔點化合物的降解，然而當(dāng)添加表面活性劑后會在水熱碳表面增加羥基，低熔點和低軟化點材料且增加量超過其在水熱過程中的損失量，因此水熱碳堆積密度依然會高于單純秸稈的堆積密度。此外，玉米秸稈制備成型顆粒燃料的能耗約為14kJ/kg。在水熱碳化處理后，造粒過程的能量消耗增加到16.9～17.8 k J/kg。人們普遍認(rèn)為木質(zhì)素和半纖維素表面的H-鍵是生物質(zhì)在造粒過程中的主要結(jié)合鍵[21]。半纖維素和木質(zhì)素的分解降低了秸稈的可塑性，這將增加造粒過程中的能量消耗[21]。然而，當(dāng)添加十六烷基三甲基溴化銨后，水熱碳的造粒能耗卻下降了，這是因為添加十六烷基三甲基溴化銨改善水熱碳表面的生物油的含量。導(dǎo)致更多生物油產(chǎn)品被吸附在水熱碳顆粒之間的表面上，增加了碳顆粒的可塑性。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3214999