纳米生物炭的制备方法比较及其特性研究

本研究以常见农林废弃物—果木枝条、玉米秸秆和花生秸秆为原料,在350~550℃条件下热解制得五种本体生物炭;采用离心法、球磨法、球磨+离心法3种方法提取纳米生物炭,进而对本体生物炭和纳米生物炭的比表面积、元素含量、矿物组成和表面化学性质等进行比较,以探究物料来源、热解温度和制备方法对纳米生物炭性质及稳定性的影响.与本体生物炭相比,球磨法制得的纳米生物炭比表面积增大1.36~6.94倍,但产物未达到纳米颗粒级别,且在水体中稳定性较弱;球磨+离心法制得的纳米生物炭直径为70.06~103.43nm,在水体中稳定性强;离心法制备的纳米生物炭各项指标均不如其他两种方法.纳米生物炭的产率为2.27%~34.80%,且产率随温度的升高而降低.与本体生物炭相比,纳米生物炭含有更多的羟基等含氧官能团和更少的脂肪碳链.与果木枝条制备的纳米生物炭相比,玉米秸秆和花生秸秆来源的纳米生物炭产率高,但水稳性较差,易发生凝聚.果木枝条来源的纳米生物炭碳酸盐等碱性矿物含量丰富,且由于颗粒表面含氧官能团数量多而zeta电位绝对值高,悬液可以稳定分散.不同方法制备得到的纳米生物炭优缺点各异：球磨法制得的纳米生物炭比表面积更大;球磨+离心法制备的玉米和花生秸秆纳米生物炭的产率更高;低温热解果木炭提取的纳米生物炭水稳性更强.     

氨基酸盐用于秸秆预处理的研究

氨基酸盐具有成本低、对微生物无毒害作用、易生物降解等优点.为探求对微生物毒害小的绿色溶剂用于秸秆预处理,制备了8种氨基酸盐对稻秸进行预处理,研究了氨基酸盐结构与预处理效果间的关系.结果表明氨基酸盐具有在常温下破坏秸秆表面的致密结构,降低木质素和半纤维素含量、提高纤维素含量的能力.该研究结果可以为秸秆预处理提供新思路。     

纤维素基缓蚀剂的缓释机理与应用进展

简要介绍了纤维素及其衍生物的分类及其特性,综述归纳了纤维素的缓蚀机理,系统概述了植物纤维素及其衍生物,纳米纤维素在缓蚀系统中的多种缓蚀作用,同时以植物纤维素和纳米纤维素的结构特性为依据,讨论了细菌纤维素在金属缓蚀系统中的应用前景。最后提出羧甲基纤维素与羟乙基纤维素及它们各自的衍生物应用范围广,但受温度影响较大。纤维素纳米晶体在金属防护方面有很好的应用前景,也是未来研究的重点。细菌纤维素有望成为一种高效、绿色的新型缓蚀剂,但目前还未引起研究人员足够的重视,对其制备方法和缓释机理还需要进行深入研究。     

以稻草秸秆为底物制取复合型生物絮凝剂的研究

以稻草秸秆作碳源,采用两段式发酵工艺制取复合型生物絮凝剂,首先通过纤维素降解菌HIT-3对稻草秸秆进行生物降解,再使产絮菌F2-F6利用秸秆糖化液替代葡萄糖制备生物絮凝剂,并定量分析了复合型生物絮凝剂的产量.结果表明,预处理后的秸秆还原糖产率达到10.6%,纤维素酶活性最大为0.13U/mL,TOC含量不断增加,TN含量不断减少,纤维素降解菌株对稻草秸秆具有很好的降解作用,生物絮凝剂絮凝率为90%.向秸秆糖化液中补加0.2g/L酵母膏调整发酵液营养比例,可使产絮高峰期提前,絮凝率达到95%.每t稻草秸秆可以制取复合型生物絮凝剂44kg.     

秸秆厌氧发酵产沼气技术现状进展

秸秆是世界上数量最大的可再生资源,但是秸秆内木质纤维素的复杂结构和难降解性限制了秸秆的应用,因此秸秆预处理成为秸秆发酵产气的重要一环。本文介绍了木质纤维素预处理物理技术、化学技术、生物技术、联合处理技术和秸秆厌氧发酵研究进展,并对秸秆预处理技术前景进行展望。     

纳米纤维素/石墨烯复合气凝胶的制备及其在油水分离中的应用

为制备绿色环保的新型石墨烯基吸油材料,以交联多孔结构的石墨烯气凝胶(GA)为骨架,以纤维素纳米晶(CNC)作为添加剂,在液相自组装工艺基础上通过两步还原法制备出具有疏水特性的多孔纳米纤维素/石墨烯复合气凝胶材料即CNC/GA材料,利用FTIR、XRD、SEM、TEM和接触角测定仪对该材料的化学结构及微观形貌进行了表征,...     

The culture of compound bioflocculant and the analysis of its activated components

利用农业固体废弃物秸秆类纤维素为原料制备复合型生物絮凝剂（CBF）,优化了CBF的培育条件。同时解析了CBF活性物质在发酵液中的分布,并对CBF的活性组分进行了研究。结果表明,在高效纤维素降解菌HIT-3的作用下,秸秆类纤维素发酵3天产糖量达到高峰,此时接入CBF产生菌于灭菌后的纤维素发酵液中,在30℃、140r/min的旋转式摇床上培养36h,整个过程中只需将纤维素发酵培养基的pH值调节到7.2。在上述条件下CBF可获得较优的絮凝效果;多糖是CBF的主要组成成分,CBF的热稳定性良好。其絮凝活性物质主要分布在上清液中。     

碱处理对玉米秸秆纤维素结构的影响

介绍了在高固含率条件下氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钙(Ca(OH))2堆沤处理对玉米秸纤维素结构的影响。分别用2.5%、5%和7.5%(ρ)的NaOH和Ca(OH)2将玉米秸在常温下堆沤处理3 d后,提取其纤维素,采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射光谱(XRD)对比研究了处理前后纤维素的结构和结晶度的变化。结果表明碱堆沤处理使玉米秸秆中纤维素的形态结构发生了变化,部分分子间氢键断裂,部分酯键消失,随着碱用量的增加,纤维素结构被破坏的程度越大;纤维素的晶体类型与002面微晶位置虽然没有改变,但是纤维素的结晶度与002面微晶尺寸增大。这些变化表明碱处理能提高玉米秸秆纤维素的可及度和反应性,从而改善厌氧消化性能。其中NaOH较Ca(OH)2表现出更好的纤维素润胀能力和反应性,在处理秸秆提高其厌氧消化产甲烷性能上具有更大的潜力。     

油菜秸秆厌氧消化产沼气特性研究

该研究以探索油菜秸秆厌氧消化产甲烷潜力为目的,利用一组高效纤维素分解产甲烷菌群在CSTR厌氧反应器内分解定量油菜秸秆41 d,通过监测厌氧发酵过程中的甲烷生产效率,以及纤维素酶活性等指标,评价油菜秸秆厌氧发酵产甲烷的能力。结果表明:油菜秸秆在发酵菌群的作用下能够大量产生沼气,50 g干秸秆厌氧发酵后总产气量为13 200 m L,产气效率达到264 m L/g。在发酵过程中,秸秆纤维素被有效分解,纤维素酶活性和半纤维素酶活性分别达0.63、0.81 U/m L。纤维素酶活性与沼气产量具有良好的相关性,相关性系数达到0.95,表明秸秆纤维素类厌氧发酵产沼气体系内,具有良好纤维素酶活性的菌群对甲烷生产具有重要的意义。     

中国秸秆资源的时空分布、利用现状与碳减排潜力

为了解中国农作物秸秆资源量近40年的变化趋势及当前的空间分布特征和主要利用方式,估算秸秆利用碳减排潜力,采用草谷比法对1981～2020年间全国农作物秸秆资源量进行了科学估算,分析了秸秆资源密度和人均资源量的时空分布特征,并估算了秸秆制备生物炭基肥的碳减排潜力.结果表明：(1) 1981～2020年我国农作物秸秆总量增长了4.39×10⁸ t,且总体呈不断增长的趋势.(2) 2020年全国作物秸秆理论资源总量约7.72×10⁸ t;水稻、小麦和玉米秸秆仍旧是主要的农作物秸秆种类,约占秸秆资源总量的84%.东北和华北地区秸秆资源量最丰富,东北地区人均资源占有量最高,约1.46 t;华北地区秸秆资源密度最高,达5.42 t·hm^-2.(3)我国农作物秸秆综合利用率逐年提高,目前主要以肥料化和饲料化利用方式为主,约占所有秸秆利用方式的77.5%.(4) 2020年我国可收集农作物秸秆资源可制备成生物炭2.04×10⁸ t,制备生物炭过程中可更新能源代替化石燃料可减少二氧化碳当量(CO_2e     

羧甲基纤维素包覆纳米铁的制备及其分散性研究

纳米铁以其较高的活性和较小的尺寸适用于地下水氯代烃污染的原位修复。然而,为达到原位修复的目的,纳米铁必须在水中保持良好的分散性。研究以羧甲基纤维素为分散剂采用液相还原法制备纳米铁来改善其分散性。透射电镜观察得到羧甲基纤维素包覆纳米铁颗粒呈离散状态,且羧甲基纤维素含量为64.2wt%的纳米铁粒径为20nm左右;而未包覆纳米铁颗粒有明显的棱角且粒径为50～100nm。傅立叶红外光谱测试表明羧甲基纤维素通过其分子中羧基的单齿配位作用结合在纳米铁表面。沉降曲线表明,在1mmol/LNaHCO3水溶液中羧甲基纤维素包覆纳米铁的沉降曲线是斜率为-10-4～-10-5s-1的直线,其分散性比未包覆纳米铁颗粒有较大改善。     

小麦秸秆粘结剂燃烧特性的试验研究

利用热分析仪研究了小麦秸秆和小麦秸秆粘结剂的TG-DTG曲线和TG-DTA曲线的特征。结果表明:小麦秸秆制成粘结剂后,其主要成分仍为纤维素、半纤维素和木质素。部分半纤维素发生水解,使得粘结剂中的固定碳含量相对加大,燃烧速率增加。另外,制备粘结剂时添加剂的加入量将会影响型煤的发热量。     

纤维素降解菌的筛选鉴定及其特性研究概况

近年来秸秆焚烧已成为重大环境问题,而纤维素是秸秆的重要成分之一。本文通过对纤维素、纤维素酶、纤维素降解菌的选育、纤维素酶特性的研究进行综述。文献研究结果表明纤维素降解菌的研究一直在不断深入和完善,为秸秆的处理做出了较大的贡献,但一般来说纤维素降解效果不太理想,其关键就在于纤维素降解菌自身的降解能力、产酶条件等尚需进一步优化。因此,在今后的研究中还需要关注以上几个问题,以期为中国的焚烧秸秆等影响环境质量等问题得到解决提供更多理论依据。     

纤维素燃料乙醇技术瓶颈——秸秆收储体系建设研究

以秸秆为原料生产纤维素燃料乙醇技术可以从根本上解决生物乙醇与民争粮、争地的问题。但秸秆存在着分布分散、收购困难、价格容易波动等问题,进而成为制约纤维素燃料乙醇企业发展的瓶颈。针对吉林市地区的玉米秸秆收储体系建设,就如何建立科学合理的秸秆收购、管理体系,提出了一些行之有效的建议,对纤维素燃料乙醇项目建设及正常运行,具有一定指导意义。     

生物法改性纤维素纳米纤维制备高效CO2缓蚀剂

目的 以绿色天然材料为原料,制备高效CO2缓蚀剂.方法 以植物乳杆菌为改性工具,采用生物法对纤维素纳米纤维进行改性,制备功能化的纳米材料.采用红外光谱对产物结构进行表征,使用失重测试和电化学测试相结合对碳钢在饱和CO2盐溶液中的缓蚀性能进行评价.结果 功能化的纤维素纳米纤维对碳钢的腐蚀具有明显的抑制作用.失重测试证实,当添加浓度达到10?4时,缓蚀效率可达到88.6％.极化曲线测试表明,改性后纳米缓蚀剂的作用机制属于混合抑制型,对阴极电荷的传递过程和阳极溶解过程均产生抑制作用,且纳米粒子在高过电位下会发生脱附.不同时间的电化学阻抗谱测试表明,纳米缓蚀剂的缓蚀作用在溶液中达到稳定的时间约8 h,明显长于传统的缓蚀剂.结论 功能化的纤维素纳米纤维是一种缓蚀性能优异的新型纳米缓蚀剂,它独特的组成结构使其能在金属表面吸附成膜.这种特殊的改性方法为缓蚀剂的绿色安全生产提供了新的思路.     

不同堆沤处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

研究利用纤维素分解菌F2对玉米秸秆进行堆沤预处理,将经不同堆沤预处理时间后的秸秆与猪粪混合进行厌氧发酵产沼气试验。结果发现,堆沤15 d后秸秆的总有机碳含量降低了10.06%,VS去除率和纤维素降解率比未加菌堆沤预处理分别提高了10.74%、10.60%;加菌堆沤预处理后的秸秆厌氧发酵甲烷产气率、干物质产气率、发酵前后VS去除率均高于未加菌堆沤预处理后的秸秆,且产气效率也有明显的提高;加菌堆沤预处理10 d的秸秆比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆提前了2 d达到产气高峰,累计产气量达到21 957 mL,比未加菌堆沤预处理15 d的秸秆增加了1 629 mL。实验结果表明:该纤维素分解菌对玉米秸秆纤维素有较强的降解能力,并在一定程度上促进了有机碳的矿化;有效地提高了秸秆的生物降解性能,缩短了预处理所需时间;同时提高了玉米秸秆的利用率和产气潜力。     

纤维素降解真菌Y5的筛选及其对小麦秸秆降解效果

为了利用纤维素降解菌促进作物秸秆快速腐解还田,解决秸秆资源浪费和污染环境问题,进行了高效秸秆纤维素降解微生物的筛选和降解效果研究.采用固体平板和液体摇瓶培养,从黑龙江黑土样品中筛选出1株能够降解羧甲基纤维素、秸秆木质纤维素、高产纤维素酶的丝状真菌Y5,通过形态学观察和ITS rDNA序列分析对该真菌进行了初步鉴定.利用DNS还原糖方法,对菌株在不同的培养时间、纤维素类型、氮源种类以及初始pH值情况下纤维素酶活力进行了研究.采用失重法、液体摇瓶法对菌株降解小麦秸秆的能力进行了研究.结果表明,筛选的秸秆降解菌株Y5经鉴定为赭绿青霉(Penicilliumochrochloron).菌株Y5液体培养4 d的全酶活(FPA)和内切酶活(EG)最高,分别为53 IU/mL和55 IU/mL,比对照菌株(绿色木霉AS3.3711)高出22.6%和18.2%;Y5菌株以小麦秸秆为作用底物时的酶活最高,2种酶活分别比对照菌株提高27.5%和24.8%;以NaNO3为氮源时酶活性最大,FPA和EG比菌株AS3.3711分别提高35.7%和14.9%;培养液初始pH为6时全酶活最大为51.4 IU/mL.菌株Y5培养10 d降解...     

农作物秸秆综合利用的研究进展综述

通过对农作物秸秆的研究现状、处理方法及综合应用情况进行综述,归纳出了目前农作物秸秆综合利用领域、主要处理方法及需要突破的关键技术.明确了突破农作物秸秆外表面物质结构实现完全降解和完成内部纤维素、半纤维素等高分子化合物降解转化是综合利用农作物秸秆研究的重点和难点.同时指出了解决农作物秸秆综合利用的技术层面、法律层面和人文认知理念等方面的发展趋势,为高效利用农作物秸秆及开展关键技术攻关提供参考.     

生物炭负载纳米零价铁制备及修复六价铬污染土壤技术研究进展

近年来,纳米零价铁颗粒（nZVI）应用于Cr（Ⅵ）污染修复治理技术研究备受关注。生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@BC）作为纳米零价铁改性技术之一,具有低成本、易制备和修复效果优越等优点,但此技术应用于Cr（Ⅵ）污染土壤修复方面研究尚不多。生物炭（BC）主要通过植物秸秆热解生成,生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）则通过生物炭与纳米零价铁在热解-液相还原法或一步热解法合成。制备的nZVI@BC能够有效解决纳米零价铁团聚和钝化等缺点,显著提高纳米零价铁（nZVI）利用率。综述了生物炭负载纳米零价铁（nZVI@BC）应用于修复Cr（Ⅵ）污染土壤反应机理和研究进展,总结出提升该材料性能的途径有:通过调整BC热解条件和改性BC以提升BC性能;适当的质量比（BC/nZVI）;使用聚乙二醇（PEG）、羧甲基纤维素（CMC）、污泥衍生的BC和茶多酚（TP）提高nZVI稳定性。nZVI@BC材料能够提高土壤中有机质含量,在Cr（Ⅵ）修复治理方面极具应用前景。     

NaOH改性玉米秸秆对石油类污染物的吸附研究

采用正交试验设计,对农业废弃物玉米秸秆进行NaOH化学改性,制得吸附剂,并分别考察其对原油、0#柴油、97#汽油的吸附性能。结果表明,在温度为80℃、NaOH质量分数为1%、固液比为1∶20、时间为12 h的条件下,玉米秸秆经NaOH改性后对3种油类的最大吸附量分别比改性前提高了22.62%、37.57%和38.50%。对改性前后秸秆主要组成成分和FTIR的分析发现,改性后秸秆中木质素和半纤维素的相对含量减少了,纤维素的相对含量增加了;主要存在于木质素和半纤维素中的羧基在改性后显著减少,代表纤维素的醇峰峰值却得到了提升,与改性前后组分变化一致。通过对比分析改性前后玉米秸秆的SEM图像表明,NaOH破坏了玉米秸秆的原始表面结构,使其变得疏松多孔,从而更加有利于秸秆对油的吸附。