能源与环境工程专业创新实验教学探索

发布时间：2021-06-06 19:26

　　基于能源与环境系统战略新兴专业创新实验教学需求,结合团队前期科研基础,设计了利用玉米秸秆制备碳材料或颗粒燃料的创新性试验项目。实验步骤简单,涉及的知识全面,涵盖了生物质物料特性分析、热力学、生物质成形力学与特性分析和现代仪器分析等诸多学科的知识。适合开设能源与环境工程专业的高校作为创新实验教学项目。该创新实验的开展加深了学生对本专业知识在各领域的交叉融合贯通,提高了学生跨学科学习的兴趣;利用玉米秸秆通过水热碳化制备碳基材料,利用现代仪器对碳材料的物理化学特性进行分析,激发了学生对于可再生、绿色环保材料制备的兴趣;将玉米秸秆碳材料通过压缩成形制备清洁的颗粒燃料,促进了学生对生物质可再生能源研究的兴趣;同时也使学生对环保、绿色能源、可再生材料等领域的认识更深入。 

【文章来源】：实验室研究与探索. 2020,39(06)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

玉米秸秆在不同条件下获得的水热碳的FT-IR图

水热碳的SEM图

各水热碳成形的颗粒密度和能量消耗如图3所示。由图可见，玉米秸秆颗粒燃料的体积密度为1 062kg/m3。经过表面活性剂协同水热碳化处理之后，堆积密度分别增加到1 223、1 179、1 220和1 240 kg/m3。由此可见，经过处理后的玉米秸秆的堆积密度显著增加，这将有利于降低颗粒燃料的运输和储存成本。这是由于水热碳化过程会导致玉米秸秆上容易软化的化学键和低熔点化合物的降解，然而当添加表面活性剂后会在水热碳表面增加羟基，低熔点和低软化点材料且增加量超过其在水热过程中的损失量，因此水热碳堆积密度依然会高于单纯秸秆的堆积密度。此外，玉米秸秆制备成型颗粒燃料的能耗约为14kJ/kg。在水热碳化处理后，造粒过程的能量消耗增加到16.9～17.8 k J/kg。人们普遍认为木质素和半纤维素表面的H-键是生物质在造粒过程中的主要结合键[21]。半纤维素和木质素的分解降低了秸秆的可塑性，这将增加造粒过程中的能量消耗[21]。然而，当添加十六烷基三甲基溴化铵后，水热碳的造粒能耗却下降了，这是因为添加十六烷基三甲基溴化铵改善水热碳表面的生物油的含量。导致更多生物油产品被吸附在水热碳颗粒之间的表面上，增加了碳颗粒的可塑性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质基氮掺杂多级次孔碳材料制备及其锂硫电池性能[J]. 栗敬敬,杨照瑾,赵丽,周航宇,刘玉文,韩宝航.  科学通报. 2018(35)
[2]新工科背景下本科生导师制实施的问题与对策[J]. 侯明艳,王伟.  教育理论与实践. 2018(30)
[3]重点实验室在本科生创新能力培养体系中的作用[J]. 郭万里,许玲,许丽芬,盛清,梁宗锁.  实验室研究与探索. 2018(10)
[4]大学基础化学实验教学中学生科研素养的培养[J]. 宰建陶,陈虹锦.  实验室研究与探索. 2018(09)
[5]中国亚热带地区2005～2014年秸秆露天燃烧排放污染物[J]. 杨夏捷,鞠园华,靳全锋,田超,蔡奇均,郭福涛.  中国环境科学. 2017(11)
[6]浙江大学能源与动力实验教学中心[J].   实验室研究与探索. 2017(02)
[7]浙江大学能源与动力实验教学中心(国家级实验教学示范中心)[J].   实验室研究与探索. 2016(11)
[8]秸秆燃烧对京津冀地区空气质量的影响分析[J]. 马小会,唐宜西,孙兆彬,李梓铭.  华北电力技术. 2016(12)
[9]以科研和竞赛为特色的导师制实践型教学[J]. 黄锁义,黎巧玲,林梦瑶,李玉,杨雪莲.  实验室研究与探索. 2015(10)
[10]环境科学与工程实验教学中创新能力培养方式的探索[J]. 方强,钱瑜,杨柳燕.  实验室研究与探索. 2011(02)



本文编号：3214999