碱/碱土金属浸渍对酸洗生物质热解影响研究

为研究碱/碱土金属(AAEM)浸渍预处理对酸洗生物质热解特性的影响,本文选用稻壳、橡木和秸秆3种生物质为原样,对酸洗及酸洗后5种金属硝酸盐(KNO3,Ca(NO3)2,Mg(NO3)2,Fe(NO3)3,Ni(NO3)2)溶液浸渍样进行热重分析。结果表明:酸洗使得生物质中金属含量降低,而浸渍预处理使生物质中金属含量增加;经酸洗后生物质的TG和DTG曲线向高温方向移动,最大热解速率明显增加,焦炭产量下降;AAEM盐浸渍预处理可以促进生物质的热解过程,使生物质的TG和DTG曲线向低温移动;Fe、K、Ni盐的反应活性稍高于Ca、Mg盐。从动力学方面看,Coats-Redfern法对150~340℃范围内生物质热解均有很好的相关性,反应级数为一级,金属的添加使生物质热解所需活化能降低,对热解具有催化作用。     

钾、钙和镁金属盐对生物质热解的影响

以生物质樟子松酸洗样品以及构建生物质的纤维素、半纤维素和木质素三大组分为研究对象,通过热重分析仪研究了K、Ca和Mg金属盐(KCl、Ca Cl2和Mg Cl2)对实验样品的热解影响以及催化效果.结果表明:Ca Cl2的添加能抑制热解过程中的缩合反应,使得半纤维素和樟子松酸洗样品的热解失重曲线出现"肩"状峰,低分子化合物更易逃逸,促进了热分解过程;Mg Cl2的添加对纤维素的热解有一定的催化效果,使其最大热解失重速率以及所对应的热解温度都逐渐降低,但是对半纤维素的热解过程影响较小;KCl对生物质三大基本组分的影响虽然很小,但对樟子松酸洗样品表现出较好的热解催化效果.     

生物质洗脱过程中矿物质和分子结构的变化

实验选用鄱阳湖典型水生植物芦苇为研究对象,通过水洗和酸洗制取相应的生物质样,低温灰化并采用XRF进行灰成分分析,结合傅立叶红外光谱法分析了生物质在洗脱过程中分子结构的变化。研究发现芦苇的灰分中无机盐占99．8％,其中含水溶性盐占矿物质12．47％,难溶或不溶于水的矿物质占87．33％,有机矿物质只有0．2％。芦苇中矿物质的主要成分为si,其次是S、K、Al、Ca、P、Mn和Fe,水洗对含S、K、Ca等矿物质的影响较为明显。芦苇的分子结构红外谱图在特征峰区和指纹区都有缔舍吸收峰,且含有较多的直链和单键支链．存在较多的含氧基团,主要包括羰基、羧基、酸酐基团等。酸洗主要脱除了游离的N-H基团和Si-0基团,对有机硫基团的影响较小。     

4种农林生物质的热解特性及动力学研究

为优化生物质热解工艺,研究了4种农林生物质的热解特性及其动力学参数的分布规律。利用热重分析仪对4种生物质的热解失重行为进行了试验研究,采用热解特性指数P对生物质的热解特性进行了综合评价,使用CoatsRedfern方法对生物质的热解过程进行了动力学分析。研究结果表明：生物质的热解反应可分为干燥预热、快速失重和缓慢失重3个阶段;各生物质在主热解区低温段所需热解活化能要高于高温段;活化能和频率因子均随升温速率增大而增大;采用n-2级动力学模型能较好地表述整个主热解区的反应过程;采用15K／min的升温速率和500℃的热解终温可提高热解反应速率,降低能耗。     

油菜籽粕生物质热解过程特征研究

以油菜籽粕生物质为原料,采用电加热方式,研究了不同加热速率下的热解过程及产物产出规律,对热解产物中不凝气体的成分进行了分析,考察了加热速率对产物产出率的影响。结果表明：油菜籽粕的热解过程可分为水分蒸发、半纤维素热解、纤维素和木质素热解、木质素炭化4个阶段;加热速率的高低虽然对水分的蒸发过程特征没有影响,但在低加热速率下,生物质中不同的组分将在不同的反应温度区间内进行热解反应;不凝气体和冷凝液体两种热解产物主要在100~550℃之间析出,是半纤维素和纤维素的主要热解产物,它们的产出率与温度的关系具有不同的特征;不凝气体中可燃气体的体积分数随着反应温度的升高逐渐增多;当控制加热速率为4～6℃/min时,油菜籽粕的3种热解产物量均可以达到较理想的效果。     

木质素热解的TG-FTIR实验研究

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)对木质素进行热重分析及主要气相产物分析,并探讨了升温速率和碱金属盐对木质素热解过程的影响规律。结果表明：随着升温速率的增加,挥发分析出阶段DTG曲线的峰型变宽,热解起始温度、最大失重峰温均向高温侧移动,且较高的升温速率不利于气相产物的析出。添加碳酸钠、碳酸钙和碳酸钾对木质素热解主反应区反应速率的影响较小,相比碱金属盐的加入量而言最终热解固体产物略有增加,同时碱金属盐的添加对气相产物的析出有明显抑制作用。与其它两种碱金属盐相比,碳酸钙的加入对600~700℃温度区间内木质素热解产生的CO和CO₂产量有一定的促进作用。     

木质素热解的热重红外分析仪实验研究

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)对木质素进行热重分析及主要气相产物分析;并探讨了升温速率和碱金属盐对木质素热解过程的影响规律。结果表明:随着升温速率的增加,挥发分析出阶段DTG曲线的峰型变宽,热解起始温度、最大失重峰温均向高温侧移动;且较高的升温速率不利于气相产物的析出。添加碳酸钠、碳酸钙和碳酸钾对木质素热解主反应区反应速率的影响较小,相比碱金属盐的加入量而言,最终热解固体产物略有增加;同时碱金属盐的添加对气相产物的析出有明显抑制作用。与其他两种碱金属盐相比,碳酸钙的加入对600~700℃温度区间内木质素热解产生的CO和CO_2产量有一定的促进作用。     

木屑及其水解残渣快热解特性研究

生物质水解残渣中主要含有木质素和少量未水解完全的纤维素和半纤维素。研究了木屑以及水解残渣在氮气氛围下的TG和DTG曲线,着重探索残渣的裂解特性,并与木屑的热解特性作了比较,给出残渣热裂解一级平行动力学模型及其频率因子和活化能。研究表明:木质素是木质纤维素类热裂解产生焦碳的主要来源。随着升温速率的提高,生物质热裂解温度和速率明显提高。     

不同热解温度及材料来源的生物质炭对水中硝氮的吸附作用研究

采用批次实验方法研究了热解温度和生物质材料来源对制备的生物质炭吸附水体中硝氮吸附特征的影响。结果表明,准一级动力学方程对生物质炭吸附硝氮的动力学过程的拟合效果最好;生物质炭吸附硝氮的热力学过程符合线性分配方程。生物质炭对硝氮的吸附机制以物理吸附为主,多种吸附机制为辅,且各生物质炭对硝氮均具有很好的吸附能力;虽然热解温度和材料来源对吸附速率和吸附能力具有一定的影响,但是并不改变其吸附机制。热解温度越高,生物质炭对硝氮的吸附越易发生而且吸附量越大;不同原材料制备的生物质炭中,玉米秸秆炭对硝氮的吸附量最大,其次为树枝炭。     

大孔树脂吸附分离紫苏茎总黄酮的工艺研究

考察了大孔树脂对紫苏茎提取液中总黄酮的吸附性能,优化了吸附工艺参数。首先对D-101、AB-8、DM130、ADS-7和ADS-17共5种大孔树脂的静态吸附量和解析率进行了实验,选择AB-8为最佳吸附树脂;静态吸附表明,3h内吸附即可达到平衡。还考察了上样速率、上样质量浓度、洗脱液乙醇质量分数和洗脱速率对分离的影响,结果表明优化的条件为:上样速率为1BV/h,上样质量浓度为0.15mg/mL,洗脱液乙醇质量分数为70%,洗脱流速为2BV/h。在此条件下,总黄酮洗脱率为93.56%,总黄酮纯度可提高4.5倍。     

几种典型工业污泥及混合物热解特性影响因素

利用热重法,研究了3种典型工业污泥(制药,造纸、啤酒)及其混合物在不同影响因素下:热解温度、样品粒度、升温速率、热解压力、添加含金属元素化合物时的热解特性,研究得到热解机理方程式和反应动力学参数。结果表明,热解温度与压力、升温速率、样品粒度和升温速率污泥热解特性有重要影响,特别是添加了含金属元素化合物后,促进污泥热解有明显作用;3种典型工业污泥在低、中、高温段热解反应级数n分别为1,1.5,2.0,其热解特性参数并没有因为工业污泥试样的混合而显著改变;工业污泥热解特性表现出与煤矸石料相同特性,热解初期活化能和频率因子较低,随着热解温度升高,活化能和频率因子均增大,特别是在热解后期,活化能和频率因子都较高。     

轻度热解提质褐煤孔结构研究

对霍林河褐煤热重分析的基础上,在管式炉中进行轻度热解实验,通过低温N2吸附研究了热解前后煤样的孔隙特性,考察不同热解温度,恒温时间对煤孔结构的影响。结果表明:热解温度和恒温时间对褐煤的孔结构分布影响较大。褐煤和提质煤的吸附脱附等温曲线都存在吸附回线,但褐煤比提质褐煤的吸附回线宽,说明提质煤的微孔数量减少,大孔数量增多。与褐煤相比,轻度热解处理后,褐煤的比表面积减少,孔容减小,平均孔径增大。     

黑液的热失重特性及其动力学分析

采用热重分析法对黑液固形物样品的热解行为进行了研究,分析了黑液在不同升温速率时的热解特性,并与纯碱木素的热解特性进行对比.结果表明:黑液的热解过程可以分为4个阶段,且在低温区和高温区各有一个强烈失重峰,黑液中糖、有机酸以及碱金属盐对黑液热解特性存在一定的影响;而纯碱木素的热解过程由脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个区域组成,热解开始较早,但持续时间较长.黑液的热解特性与纯碱木素的有一定差别.在实验的基础上,根据Coats-Redfern法描述了热解过程,计算了黑液和纯碱木素样品在不同升温速率下的热解动力学参数.动力学研究结果表明:黑液有机物热解的主要区域的反应级数为4,活化能和频率因子随加热速率的提高而轻微上升.     

盐城自然保护区盐沼植被分布动态监测及驱动力分析

为探究江苏盐城湿地珍禽国家级自然保护区盐沼植被时空演变规律,采用物候特征合成方法反演了1984—2021年保护区核心区4种盐沼植被(互花米草、芦苇、碱蓬和茅草)面积,分析其时空演变规律和驱动机制。结果表明:核心区盐沼植被总面积从11 113.2.hm²增长至16 528.14.hm²,年均复合增长率为1.11％,主要得益于互花米草的保滩促淤能力;互花米草和芦苇通过占领大量碱蓬滩、茅草滩和光滩,面积分别增加了4 968.62.hm²和8 806.95.hm²,年均复合增长率分别为26.67%和6.88%;受生态位竞争等自然因素和水产养殖基地等人工干扰的叠加影响,碱蓬和茅草面积分别减少了3 494.25.hm²和4 867.38.hm²,年均复合增长率分别为-3.14％和 -8.11%,适宜生境破碎化严重。     

不同胁迫条件下芦苇对污染物的去除及其生长响应研究

芦苇是常见的挺水湿地植物,研究其对不同类型的污染环境修复能力以及生长响应具有重要意义.本实验通过模拟受到重金属、富营养化及营养匮乏胁迫的芦苇湿地系统,对芦苇的鲜重变化、污染物去除、根际微生物种类及多样性,以及污染净化与芦苇蒸腾之间的关系进行研究.结果表明,芦苇是一种优良的重金属去除植物,对Mn—Ni—Cu—Zn—Cd复合金属污染的去除比例平均达到77.15%(其中Mn 90.01%,Ni 59.03%,Cu 90.17%,Zn68.37%,Cd 78.16%),总的去除效率达到2.015 mmol m-2d-1(其中Mn 1.001mmol m-2d-1、Ni 0.063 mmol·m-2·d-1、Cu 0.224 mmol·m-2·d-1、Zn 0.718 mmol·m-2·d-1、Cd 0.009 mmol·m-2·d-1);对营养类污染物(TN、NH3-N、TP)的去除比例平均达到27.36%(其中P 17.43%,TN 37.29%,NH3-N 70.08%),对氮—磷的总去除效率达到15.892 mmol·m-2·d-1(其中TN 15.539 mmol·m-2·d-1、TP 0.353 mmol·m-2·d-1,另外对NH3-N的去除效率为10.689 mmol·m-2·d-1);无论是氮、磷还是重金属的去除,都与芦苇蒸腾呈正关联.通过对芦苇根际水样的PCRDGGE分析,发现在不同的胁迫生境中,芦苇根际的优势细菌在种类上差异明显,在多样性指数上也有较大差别:营养匮乏胁迫(蒸馏水培养)生境的多样性指数最高(1.538),富营养化生境处理次之(1.517),重金属胁迫生境最低(1.498).     

不同粒径城市污泥热解和燃烧动力学研究

采用德国耐驰公司STA 409pc热重分析仪,对3个不同粒径的污泥颗粒(d≤0.25mm,0.25mm0.83mm)以升温速率20℃/min在纯氮和空气气氛中进行实验,并对污泥进行了元素分析和工业分析,对金属的含量进行测定.采用MATLAB 7.11.0(R2010b)中的surface fitting tool进行平面拟合的方法计算了相关的动力学参数.结果表明,污泥的热解可以分为3个阶段:水析出阶段(100～180℃)、挥发份热解阶段(205～550℃)和部分难挥发有机物与无机物的降解阶段(550～900℃).而污泥的燃烧可以分为4个阶段:水析出阶段(100～180℃)、挥发份的燃烧阶段(180～475℃)、碳燃烧阶段(475～595℃)和无机盐分解阶段(595～900℃).不同粒径下污泥热解第2阶段活化能约为48kJ/mol,反应级数为1.5～1.8.燃烧第2阶段的活化能约为33kJ/mol,反应级数为1.1～1.8.燃烧第3阶段活化能约为176kJ/mol,反应级数为1.1～1.2.     

生态补水对黄河三角洲盐沼地土壤微生物群落分布特征的影响

为探究生态补水对盐沼湿地土壤微生物群落的影响，以黄河三角洲国家级自然保护区内人工围坝、实施“引淡压咸”淡水补给工程的湿地土壤为研究对象，以潮汐区天然盐沼湿地土壤为参照，使用磷脂脂肪酸（PLFA）法对比研究0~30 cm土层中4种土壤微生物群落（细菌、真菌、放线菌和丛枝菌根真菌等）在2类湿地中的分布特征，同时区别不同植被条件下（芦苇群落、盐地碱蓬群落和裸滩）的差异。结果表明:供试土壤的PLFA总量在4.25~32.71nmol.g-1之间，微生物群落组成均以细菌为主，表征4种微生物类群的PLFA含量由高到低依次为细菌(（8.47±4.66) nmol.g-1）、真菌（（1.28±2.21 ）nmol.g-1）、放线菌（（0.98±0.68） nmol.g-1）、丛枝菌根真菌（（0.29±0.27） nmol.g-1）。表征4种微生物类群的PLFA的含量均表现为生态补水区高于天然盐沼区，其中细菌平均高出39.63% ，真菌平均高出63.56% ，放线菌平均高出65.14% ，丛枝菌根真菌平均高出69.22% ，这可能是由补水引起的土壤pH减小、有机碳含量增加而导致的；从3种植被条件的对比来看，土壤PLFA含量由高到低依次为芦苇群落（7.43~32.71 nmol.g-1）、盐地碱蓬群落（4.87~16.58 nmol.g-1）、裸滩（4.25~7.54 nmol.g-1）。6种样地土壤PLFA总量排序为:补水区芦苇群落（17.70~32.71 nmol.g-1）、补水区盐地碱蓬群落（10.71~15.44 nmol.g-1）、潮汐区芦苇群落（7.43~12.23 nmol.g-1）、补水区裸滩（5.93~7.54 nmol.g-1）、潮汐区盐地碱蓬群落（4.87~6.50 nmol.g-1）、潮汐区裸滩（4.25~5.02 nmol.g-1）。补水区芦苇湿地土壤PLFA总量和真菌PLFA相对含量的增幅较大，这与补水区土壤适宜芦苇生长，而芦苇生物量的大量增加又导致土壤有机质的大幅增多和pH的下降密切相关；真菌与其他3类微生物相比，对补水和植被的响应幅度最大，尤其在恢复区芦苇群落土壤中，这进一步证实了土壤真菌在植物枯落物分解、植物碳转化为土壤碳方面的重要作用。从当前PLFA含量增加的角度来看，补水显著提升了芦苇群落土壤中微生物的生物量，然而盐沼湿地土壤微生物生物多样性及盐沼湿地生态过程、生态系统结构和功能在补水后的变化有待进一步系统综合地研究和评估。      

邻苯二甲酸酯存在对人工湿地除污效果的影响

本文以水环境中广泛存在的特征污染物邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为研究对象,考察了人工湿地对DBP和DOP的去除规律及二者存在对湿地系统除污效果的影响,并通过芦苇生长特性分析探索了DBP和DOP影响人工湿地系统除污效果的内在机制.结果表明:DBP和DOP存在下,湿地系统对COD去除率可分别提高10%~15%和8%~18%;二者存在对氨氮去除具有抑制作用,去除率分别降低3%~9%和5%~10%;芦苇生长受PAEs的影响,可吸收DBP但几乎不吸收DOP.DBP促进芦苇生物量增加1.95倍,DOP抑制芦苇生物量减少1.48倍;芦苇床人工湿地对DOP去除率维持在88%左右,DBP去除率可高达92%.     

不同水文条件下黄河三角洲湿地土壤溶解性有机碳的分布特征

为了探究不同水文条件下滨海湿地土壤溶解性有机碳（DOC）的分布特征,本研究选取黄河三角洲自然保护区内的淡水芦苇湿地（FPW）、受潮汐影响的咸水芦苇湿地（TPW）、非淹水芦苇湿地（NPW）和受潮汐影响的盐地碱蓬湿地（TSW）为研究样地,在2018年10月（秋季）、2018年12月（冬季）和2019年4月（春季）采集0~25 cm深度的土壤剖面样品,测定土壤DOC和其他土壤理化性质．研究结果表明,NPW土壤DOC质量分数总体高于其他3种湿地,3个采样季节中的DOC最大平均质量分数为18.54 mg·kg?1（冬季）．TSW、NPW、FPW和TPW土壤DOC平均质量分数分别为7.75、16.03、9.07和9.40 mg·kg?1．沿0~25 cm土壤剖面,DOC质量分数总体呈现下降趋势,表层土壤DOC质量分数最高．主成分分析和相关性分析结果表明,土壤盐离子和土壤质地是影响湿地土壤DOC质量分数的主要因素．同时,通过三维荧光光谱对各类湿地土壤DOC来源分析表明,湿地土壤DOC来源较复杂,内生源和外部输入对不同水文条件下土壤DOC具有不同的贡献．