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木薯莖稈作為壓球機用型煤粘合劑的研究

發布時間:2018-05-16 08:25| 瀏覽: |來源: 新聞中心

木薯是熱帶和亞熱帶多年生、溫帶一年生薯屬灌木,具有生物產量高、抗逆性強、耐貧瘠和病蟲害少等優點,其塊根淀粉含量高,是生產燃料  乙醇的理想原料。木薯生長在地面上的莖稈和生長在地下的塊根產量基本持平,但是木薯莖稈利用率卻遠低于木薯塊根。目前利用木薯莖桿作為飼  料、肥料的僅為產量的20%左右,其余則被堆放、焚燒和廢棄,既浪費又污染環境。
因此,致力于木薯莖稈的資源開發和利用,對能源發展和環境保護有著重要的意義。生物質型煤是近年發展起來的新技術,通過節煤和生物質代煤  的雙重作用,可以減少溫室氣體CO,和燃煤SO,的排放,有利于緩解氣候變暖和酸雨污染,對保護環境和節約能源均具有重大意義,是型煤技術發  展的一個重要方向E3-83。許多國家對生物質型煤壓球機粘合劑的開發利用高度重視,并進行了大量研究。土耳其科學家將褐煤和松果、鋸木、造  紙廢液等混合物在50~250MPa壓力下制成燃料型煤,生物質添加量為0~30%J。西班牙科學家將鋸木、橄欖核與劣質煤混合,用腐殖酸鹽作粘結劑  制成型煤¨機械廠研究對玉米莖稈作型煤設備所用粘結劑進行了研究,三門峽型煤研究所對稻草莖稈作型煤粘結劑進行了研究,比如對玉米莖  稈、小麥莖稈作型煤粘結劑進行了研究。
筆者采用NaOH改性后的木薯莖稈作為壓球機所用型煤粘結劑的主要原料,通過單因素試驗和正交試驗,以生物質型煤抗壓強度為考察指標,對影響  型煤抗壓強度的各因素進行了分析,確定了各因素的影響次序,為改性生物質型煤的推廣和應用提供了有效依據1.1試驗原料木薯莖稈取自_一明  市農村,自然風干后,粉碎至3mm以下備用;采用三明市的無炯煤為原料煤,破碎、篩分后,取3mm以下備用。
1.2試驗儀器
JM6102電子天平,DGF30/14一ⅡA型電熱鼓風干燥箱,HH一4數顯式電熱恒溫水浴鍋,JJ一2增力電動攪拌機,FZ102微型植物試樣粉碎機,型煤壓  球機成型裝置,BF—F一200A抗壓試驗機。
1.3生物質型煤的制備
稱取適量的木薯莖稈,轉移至盛有NaOH的水溶液中,莖稈和水溶液的質量比1:10。在一定溫度下對生物質進行改性處理,將改性后的生物質按不  同的添加量與原料煤混合,將混合物料加工成型煤,并測試其抗壓強度。
1.4抗壓強度的測定抗壓強度是指型煤被壓碎裂時所能承受的最
大壓力。按照MT/T748—1997《工業型煤冷壓強度測定方法》測定型煤冷抗壓強度。從型煤試樣中各取5個樣品,在樣品表面取2個面積相等  的面,在材料試驗機上對試樣均勻加速加壓,直至樣品破碎為止。記錄試件開裂時試驗機顯示的數值,并取所有數據的平均值作為樣品的冷抗壓強  度。單因素試驗試驗主要考察NaOH質量分數、熱處理溫度、熱處理時間、改性生物質添加量對生物質型煤抗壓強度的影響。
2.1NaOH質量分數對型煤抗壓強度的影響
在熱處理溫度為90℃,熱處理時間為1.5h,改性生物質添加量為15%的條件下,添加不同質量分數的NaOH改性液對生物質進行改性,NaOH質量分  數分別為0、1%、2%、3%、4%,制成型煤后測定其抗壓強度。NaOH質量分數對型煤抗壓強度的影響。隨NaOH質量分數的增加,型煤抗壓強度先  增大再降低,當NaOH質量分數為2%時,型煤抗壓強度最高。說明NaOH質量分數小于2%時,改性液濃度增加,莖稈的木質素分解更為完全,產生的  粘性物質更多引,型煤抗壓強度也隨之增強;當NaOH質量分數大于2%時,木質素分解程度進一步增加,莖稈的纖維結構被破壞,粘結效果降低,  型煤抗壓強度有一定程度的下降。因此,NaOH質量分數選取2%為宜。
2.2熱處理溫度對型煤抗壓強度的影響
在NaOH質量分數為2%,熱處理時間為1.5h,生物質添加量為15%的條件下,改變熱處理溫度對生物質進行改性,熱處理溫度分別為80、85、90、  95、100℃,制成型煤后測定其抗壓強度。熱處理溫度對型煤抗壓強度的影響,隨熱處理溫度的升高,型煤抗壓強度先增大后減小。當溫度達到9O  時,型煤抗壓強度最大;當溫度繼續升高到95℃以上時,型煤抗壓強度緩慢降低。這表明溫度超過90℃,莖稈的水解程度過深,粘結性能下降。因  此,熱處理溫度選取90℃為宜。
2.3熱處理時間對生物質型煤抗壓強度的影響
在NaOH質量分數為2.0%,熱處理溫度為90,生物質添加量為15%的條件下,改變熱處理時間對生物質進行改性,處理時間分別為1.0、1.5、2  .0、2.5、3.0h,制成型煤后測定其抗壓強度。熱處理時間對型煤抗壓強度的影響,抗壓強度隨著生物質熱處理時間的增加呈現出先升高后降低  的趨勢。這可能是由于莖稈經過熱處理,可以去除沒有粘結能力的半纖維素等可溶性多糖,從而有利于纖維素結構與煤粒充分結合,達到提高型煤  機械強度的目的;而熱處理時間過長,不僅可溶性多糖可以去除,具有粘結能力的纖維素結構也會部分水解或降解生成低分子糖類與化合物,降低  了型煤的機械強度。因此熱處理時間選擇1.5h為宜。
2.4改性生物質添加量對型煤抗壓強度的影響在NaOH質量分數為2%,熱處理溫度為90qC,熱處理時間為1.5h的條件下處理生物質,改性生物質添  加量分別為5%、10%、15%、20%和25%,與原煤混合壓制成型煤,測定其抗壓強度,當生物質添加量為5%時,由于水分太低,水分子不能在煤  粒表面形成水化膜,所以粉煤不能成型。隨著生物質添加量的增加,型煤抗壓強度先增大后降低。生物質添加量在10%~15%時,生物質添加量越  多,具有連結作用的網狀結構越多,越容易網絡煤粒,經過成型壓力作用后形成的型煤抗壓強度增高;當生物質添加量大于15%時,型煤強度下降  ,主要是由于試驗采用的是濕態成型,生物質添加量過大,過多的水分子會降低煤顆粒之間的粘結作用,從而降低型煤的抗壓強度。因此,改性生  物質添加量選取15%為宜。
3正交試驗
根據單因素試驗結果可知NaOH質量分數、熱處理溫度、熱處理時間、改性生物質添加量對生物質型煤的抗壓強度都有一定影響,選擇以上4個因素  為考察因素,進行L。(3)正交試驗,改性生物質添加量對型煤抗壓強度影響最大,熱處理時間對型煤抗壓強度影響最小;最優化工藝條件為AB,c  ,D,,即NaOH質量分數為2%,熱處理溫度為95,熱處理時間為2.5h、改性生物質添加量為20%。在此工藝條件下進行試驗,生物質型煤的抗壓  強度可達563N/個。
4結 論
經過試驗驗證,采用NaOH改性木薯莖稈作為壓球機型煤粘結劑制備型煤是可行的,其制備型煤的最佳工藝條件為NaOH質量分數2%,熱處理溫度95  ℃,熱處理時間2.5h,改性生物質添加量20%,其中改性生物質添加量對型煤抗壓強度的影響最為顯著,在最佳工藝條件下,生物質型煤的抗壓  強度可以達到563N/個。

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