刊發職稱論文淺析農作物秸稈的探討

　　本篇文章是由《河南農業大學學報》農業期刊，本刊是河南農業大學主辦的綜合性學術刊物，主要刊登有關作物育種、園林科學、動物科學、農業工程、資源與環境科學、信息與管理科學等方面的學術論文。讀者對象為科技工作者及高等院校師生等。

　　我國是農業生產大國，每年農業收獲后產生的大量農作物秸稈廢料被焚燒，不僅污染環境，而且造成資源浪費。若能將農作物秸稈回收利用，既保護了環境又實現了資源的有效利用。采用碳化工藝將秸稈制成炭是一種有前景的利用方式，如制活性炭、無煙燒烤炭等。任何碳含量較高且價格低廉的材料均可作為生產活性炭的原料，農作物秸稈在除灰后可制成高質量的活性炭。隨著對環保問題的日趨重視和人民生活品質的不斷提高，各行業對活專業提供專業論文準備和發表教育論文的服務,歡迎光臨]性炭的需求逐年增加，這也給秸稈炭的利用提供了市場。

　　目前，對秸稈物料在化學、物理特性方面的研究包括：工業分析、低位發熱量、元素分析、全水分、堆積密度、外摩擦角、靜態堆積角等[1，2]。對麥秸、飼草等軟莖稈秸稈的拉伸強度、彈性模量、剪切強度等物理特性和松散原料物理特性的研究也較多[3，4]， 如小麥、玉米、大豆等作物[5-10]。這些研究為秸稈類生物質原料的儲存、輸送、加工等提供了基礎數據。研究者大多對秸稈物料的理化特性進行了研究[11-14]，而對秸稈經碳化工藝制成秸稈炭的理化特性參數進行研究，還未見報道。

　　本試驗選取3種秸稈炭作為研究對象，分別對其全水分、堆積密度、堆積角、摩擦系數、流動特性等物理特性和發熱量、工業分析等化學特性進行試驗，旨在為秸稈類生物質炭的儲存、輸送、加工等系統設計和選型提供基礎性參考依據。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　選取新疆南疆極旱地區當年的棉花秸稈、玉米秸稈和水稻秸稈3種生物質原料秸稈炭作為研究對象。

　　1.2 試驗儀器

　　HLP型粉碎機(篩孔徑10 mm，北京環亞天元機械有限公司);馬弗爐(上海市實驗儀器總廠);XP204型分析天平(精度0.01 mg)、JJ200B 型電子天平(精度0.001 g)(瑞士梅特勒-托利多公司);101-1A型電熱鼓風干燥箱、標準樣品分析篩(河南省鶴壁市天弘儀器有限公司);堆積密度測量儀(自制，容積為3 L，有效直徑125 mm，有效高度200 mm)、堆積角測量儀(自制);HZJ型振動平臺(新鄉偉達振動設備有限公司);外摩擦系數測定儀(自制);角度尺;游標卡尺;ZJ-2型等應變直剪儀;計時器;托盤等。

　　1.3 試驗方法

　　將收集的秸稈除去根部、莖稈表面泥土后，用鍘草機切成小段，再用粉碎機粉碎過篩。將秸稈粉稱重后放入馬弗爐內密閉熱解。熱解工藝參數：升溫速率10 ℃/min、熱解溫度450 ℃和保溫時間1 h。熱解后殘炭用研缽破碎。

　　采用GB/T 212—2001方法測定工業分析組成，全水分采用《NY/T 1881.2—2010生物質固體成型燃料試驗方法全水分》測定，堆積密度采用《NY/T 1881.6—2010生物質固體成型燃料試驗方法堆積密度》測定，堆積角采用《JB/T 9014.7—1999連續輸送設備散粒物料堆積角的測定》測定，摩擦系數采用《JB/T 9014.9—1999連續輸送設備散裝物料外摩擦系數的測定》測定，流動特性采用Carr流動性指數法評價流動性能，發熱量采用《NY/T 12—1985生物質燃料發熱量測試方法》測定。

　　2 結果與分析

　　2.1 物理特性

　　2.1.1 全水分 全水分是生物質原料能源轉化利用的重要因素之一，水分在10%～25%的生物質原料易于成型。稱取秸稈炭400 g測量全水分，經碳化工藝處理后，3種秸稈炭含水率均在10%左右，棉稈炭為10.125%、玉米稈炭為9.782%、稻秸炭為9.253%，均屬于易于加工成型的原料。

　　2.1.2 堆積密度 不同秸稈炭堆積密度有一定的差異，棉稈炭為421 kg/m3，玉米稈炭為468 kg/m3， 稻秸炭為543 kg/m3。由于秸稈物料成分不同，棉稈中含有的木質素最高，熱解成秸稈炭的固體剩余物較高，相對其他兩種秸稈揮發分較少，棉稈炭堆積密度較其他兩種秸稈炭小。

　　2.1.3 堆積角 不同秸稈炭靜態堆積角有一定的差異。靜態堆積角越大，流動性就越差。3種秸稈炭堆積角分別為棉稈炭58.16°、玉米稈炭59.83°、稻秸炭61.45°，都屬于流動性較差的物料。

　　2.1.4 摩擦系數 外摩 專業提供專業論文準備和發表教育論文的服務,歡迎光臨]擦系數對摩擦、磨損機理的研究和秸稈炭加工設備的選用均有參考價值。由表1可知，3種秸稈炭的最大靜摩擦系數均大于滑動摩擦系數，與金屬的摩擦系數小于與橡膠的摩擦系數。

　　2.1.5 流動特性 3種秸稈炭的靜態堆積角在58.16°～61.45°，均屬于流動性較差的原料。采用Carr流動性指數法評價其流動性能。Carr指數法采用堆積角、壓縮率、板勺角、均勻度來評價原料的流動性[15]。流動性指數范圍在69～76之間，屬于流動性一般的材料。結果可知，3種秸稈炭的的流動性指數為棉稈炭69.1、玉米稈炭75.2、稻秸炭71.6。

　　2.2 化學特性

　　研究秸稈炭的發熱量和工業分析，都以秸稈炭的干燥基為基準。

　　2.2.1 發熱量 生物質原料能源化利用的重要評價指標之一是發熱量，3種秸稈炭的發熱量分別為棉稈炭26.53 MJ/kg、玉米稈炭24.62 MJ/kg，稻秸炭23.27 MJ/kg。3種秸稈炭的發熱量有一定的差異，以棉稈炭的最高，稻秸炭的發熱量最低。

　　2.2.2 工業分析 工業分析包括：水分、灰分、揮發分和固定炭含量。在3種秸稈炭中，稻秸炭的灰分含量最高(12.65%);玉米稈炭的揮發分最高(31.87%);棉稈炭的固定炭含量最高(65%)，這可能和工藝條件有關。秸稈炭可根據不同秸稈原料，選擇合適的碳化工藝，提高固定炭含量。

　　3 小結

　　本試驗結果表明，棉稈炭、玉米稈炭和稻秸炭的物理特性和化學特性各有差異，含水率均在10%左右，易于加工成型;堆積密度以稻秸炭最大，玉米稈炭次之，棉稈炭最小;3種秸稈炭的堆積角較大，屬于流動性較差的物料;不同種類的秸稈炭最大靜摩擦系數均大于滑動摩擦系數，與金屬的摩擦系數小于與橡膠的摩擦系數，外摩擦系數以棉稈炭最大，玉米稈炭次之，稻秸炭最小;發熱量以棉稈炭最高，稻秸炭最低;灰分以稻秸炭最高;揮發分以玉米稈炭最高;棉稈炭中的固定炭含量最高。

　　在加工生產過程中，建議針對不同秸稈炭要充分考慮原料自身特點，優化碳化工藝參數，設計合理的碳化、加工秸稈炭設備專業提供專業論文準備和發表教育論文的服務,歡迎光臨]本研究僅選擇了3種秸稈炭進行研究，材料較少。在今后的研究中，要選擇更多的秸稈炭種類進行分析，從而為大規模工業化生產的秸稈炭提供理論依據。

　　參考文獻：

　　[1] 田宜水，姚宗路，歐陽雙平，等.切碎農作物秸稈理化特性試驗[J].農業機械學報，2011，42(9)：124-128，145.

　　[2] 姚宗路，趙立欣，RONNBACK M，等.生物質顆粒燃料特性及其對燃燒的影響分析[J].農業機械學報，2010，41(10)：97-102.

　　[3] 張桂花，湯楚宙，熊遠福，等.包衣稻種物理特性的測量及其應用[J].湖南農業大學學報(自然科學版)，2004，30(1)：68-70.

　　[4] 郭 勝，趙淑紅，楊悅乾，等.除芒稻種摩擦特性測量[J].東北農業大學學報，2010，41(7)：118-121.

　　[5] 謝曉旭.煤粉流動特性試驗研究[D].南京：東南大學，2007.

　　[6] MOLENDA M， THOMPSON S A， ROSS L J. Friction of wheat on corrugated and smooth galvanized steel surfaces[J]. Journal of Agricultural Engineering Research， 2000， 77(2)： 209-219.

　　[7] SUBRAMANIAN S， VISWANATHAN R. Bulk density and friction coefficients of selected minor millet grains and flours[J]. Journal of Food Engineering， 2007， 81(1)： 118-126.

　　[8] SINGH K K， GOSWAMI T K. Mechanical properties of cumin seed (Cuminum cyminum Linn.) under compressive loading[J]. Journal of Food Engineering， 1998，36(3)：311-321.

　　[9] ROSENTRATER K A， RICHARD T L， BERN C J， et al. Economic simulation modeling of reprocessing alternatives for cornmesa byproducts[J]. Resources， Conservation and Recycling， 2003， 39(4)： 341-367.

　　[10] 孟海波，韓魯佳.秸稈物料的特性及其加工利用研究現狀與應用前景[J].中國農業大學學報，2003，8(6)：38-41.