碱性木质素对玉米秸秆成型特性的影响
发布时间：2020-03-05 11:53
【摘要】：为了研究碱性木质素对玉米秸秆成型特性的影响及其软化黏结作用,以玉米秸秆为原料进行压缩成型,考察添加碱性木质素对成型效果的影响。结果表明:碱性木质素能够促进成型,改善成型效果,当添加量由0提高到20%时,玉米秸秆成型颗粒的松弛密度由1 005 kg/m3增大到1 157 kg/m3,径向最大抗压力由1 353 N增大到1 930 N。采用DSC对玉米秸秆和碱性木质素的热转变特征温度进行了研究,结果表明:玉米秸秆和碱性木质素的玻璃态转变温度分别在92.5~103℃、61~137℃之间;在玻璃态转变过程中,100℃时存在比能耗最低点;100~130℃为碱性木质素起较好黏结作用的温度范围。采用SEM对颗粒微观形态进行观察,发现碱性木质素发生玻璃态转变后在颗粒内部能够形成"局部熔融"和"机械互锁"两种结合形式,适合的碱性木质素添加量为10%~15%。
【图文】：
第6期李伟振，等:碱性木质素对玉米秸秆成型特性的影响37图1成型实验模具图Fig．1Assemblydrawingofcompressionmoldingexperiment即能反映影响因素对成型指标的影响。根据前人研究结果［16－18］，本研究选定碱性木质素添加量0～20%、成型压力2～9kN、原料水分6%～22%、成型温度40～160℃，在实验中考察其它参数的影响时将水分设为14%，，将压力设为6kN，温度设为100℃，碱性木质素添加量取中间值10%。为了减少因粒径分布不同造成的影响，采用较小粒径的原料(0.15～0.43mm)。压缩速度和保压时间对成型的影响相对较小，为了保证原料达到设定温度，将压缩速度设为20mm/min，保压时间40s，整个压缩过程约400s。1.3分析与测试1.3.1热转变特征温度针对生物质成型过程，热转变特征温度主要指玻璃态转化温度和熔融温度。聚合物是由分子质量和链长不同的结构单体组成，因此玻璃态转化发生在一个温度区间内。木质素的玻璃态转化温度取决于它的来源，主要与生物质种类、水分含量及样品的提取制备过程有关［19－21］。本研究采用DSC来分析试样的玻璃态转化温度、熔融温度等热变化。具体操作如下:取样品质量小于10mg，在TA-Q200差示扫描量热仪上进行实验，实验中先将样品以10℃/min加热到90℃，恒温10min，然后快速冷却至0℃(约3min)，然后以10℃/min加热到200℃。在升温过程中，物质的比热容会发生变化，其中向吸热方向的台阶对应各物质的玻璃态转化温度，吸热峰对应物质的熔融温度。1.3.2微观形态分析采用日立S-4800FESEM场发射扫描电子显微镜对颗粒内部横断面结构进行微观观察，实验中电压为2kV，放大倍数为60和1200倍。1.3.3成型技术指标测试物理特性是成型颗粒的重要品质特性，它直接决定了成型颗粒的运输、贮藏条件及使用要求，松?
38林产化学与工业第37卷ESC=Wm=∫fdsm(2)式中:ESC—压缩过程的比能耗，kJ/kg;W—总能耗，J;m—颗粒质量，g;f—压力，kN;s—位移，mm。2结果与讨论2.1不同条件对玉米秸秆成型特性的影响2.1.1碱性木质素添加量在含水量14%、温度100℃和成型压力6kN条件下，碱性木质素添加量对玉米秸秆成型特性的影响结果如图2所示。由图2可知，碱性木质素的添加量由0提高到20%，松弛密度由1005kg/m3增大到1157kg/m3，增大了15.1%;径向最大抗压力由1353N增大到1930N，增大了42.6%。这表明添加碱性木质素能促进玉米秸秆成型。比能耗随碱性木质素添加量变化规律不明显，在12.54～14.84kJ/kg之间。图2碱性木质素添加量对玉米秸秆成型的影响Fig．2Effectofalkaliligninamountoncornstalkpelleting2.1.2温度在碱性木质素添加量10%、水分14%和成型压力6kN条件下，温度对成型特性的影响结果如图3所示。由图3可知，温度由40℃至130℃，松弛密度由1018kg/m3增大到1179kg/m3，增大了15.8%，径向最大抗压力从1316N增大到1669N，增大了26.8%;温度继续由130℃升高到160℃，松弛密度和径向最大抗压力变化不明显。随着温度升高，比能耗先减小后增大，温度100℃时比能耗最校温度由40℃升高到100℃，比能耗从37.64kJ/kg减小到14.84kJ/kg，减小了60.6%;温度由100℃升高到160℃，比能耗从14.84kJ/kg增大到25.60kJ/kg，增大了72.5%。这说明温度对成型有较大影响。在一定温度范围内提高温度有助于粒子间的结合，促进成型，并减小能耗。图3温度对碱性木质素和玉米秸秆混合成型的影响Fig．3Effectoftemperatureonpelletingofalkaliligninandcornstalk2.1.3水分在碱性木质素添加量10%、温度100℃和成型压力6kN条件下，水分对成型特性的影响结果如图4所?
【图文】：
第6期李伟振，等:碱性木质素对玉米秸秆成型特性的影响37图1成型实验模具图Fig．1Assemblydrawingofcompressionmoldingexperiment即能反映影响因素对成型指标的影响。根据前人研究结果［16－18］，本研究选定碱性木质素添加量0～20%、成型压力2～9kN、原料水分6%～22%、成型温度40～160℃，在实验中考察其它参数的影响时将水分设为14%，，将压力设为6kN，温度设为100℃，碱性木质素添加量取中间值10%。为了减少因粒径分布不同造成的影响，采用较小粒径的原料(0.15～0.43mm)。压缩速度和保压时间对成型的影响相对较小，为了保证原料达到设定温度，将压缩速度设为20mm/min，保压时间40s，整个压缩过程约400s。1.3分析与测试1.3.1热转变特征温度针对生物质成型过程，热转变特征温度主要指玻璃态转化温度和熔融温度。聚合物是由分子质量和链长不同的结构单体组成，因此玻璃态转化发生在一个温度区间内。木质素的玻璃态转化温度取决于它的来源，主要与生物质种类、水分含量及样品的提取制备过程有关［19－21］。本研究采用DSC来分析试样的玻璃态转化温度、熔融温度等热变化。具体操作如下:取样品质量小于10mg，在TA-Q200差示扫描量热仪上进行实验，实验中先将样品以10℃/min加热到90℃，恒温10min，然后快速冷却至0℃(约3min)，然后以10℃/min加热到200℃。在升温过程中，物质的比热容会发生变化，其中向吸热方向的台阶对应各物质的玻璃态转化温度，吸热峰对应物质的熔融温度。1.3.2微观形态分析采用日立S-4800FESEM场发射扫描电子显微镜对颗粒内部横断面结构进行微观观察，实验中电压为2kV，放大倍数为60和1200倍。1.3.3成型技术指标测试物理特性是成型颗粒的重要品质特性，它直接决定了成型颗粒的运输、贮藏条件及使用要求，松?
38林产化学与工业第37卷ESC=Wm=∫fdsm(2)式中:ESC—压缩过程的比能耗，kJ/kg;W—总能耗，J;m—颗粒质量，g;f—压力，kN;s—位移，mm。2结果与讨论2.1不同条件对玉米秸秆成型特性的影响2.1.1碱性木质素添加量在含水量14%、温度100℃和成型压力6kN条件下，碱性木质素添加量对玉米秸秆成型特性的影响结果如图2所示。由图2可知，碱性木质素的添加量由0提高到20%，松弛密度由1005kg/m3增大到1157kg/m3，增大了15.1%;径向最大抗压力由1353N增大到1930N，增大了42.6%。这表明添加碱性木质素能促进玉米秸秆成型。比能耗随碱性木质素添加量变化规律不明显，在12.54～14.84kJ/kg之间。图2碱性木质素添加量对玉米秸秆成型的影响Fig．2Effectofalkaliligninamountoncornstalkpelleting2.1.2温度在碱性木质素添加量10%、水分14%和成型压力6kN条件下，温度对成型特性的影响结果如图3所示。由图3可知，温度由40℃至130℃，松弛密度由1018kg/m3增大到1179kg/m3，增大了15.8%，径向最大抗压力从1316N增大到1669N，增大了26.8%;温度继续由130℃升高到160℃，松弛密度和径向最大抗压力变化不明显。随着温度升高，比能耗先减小后增大，温度100℃时比能耗最校温度由40℃升高到100℃，比能耗从37.64kJ/kg减小到14.84kJ/kg，减小了60.6%;温度由100℃升高到160℃，比能耗从14.84kJ/kg增大到25.60kJ/kg，增大了72.5%。这说明温度对成型有较大影响。在一定温度范围内提高温度有助于粒子间的结合，促进成型，并减小能耗。图3温度对碱性木质素和玉米秸秆混合成型的影响Fig．3Effectoftemperatureonpelletingofalkaliligninandcornstalk2.1.3水分在碱性木质素添加量10%、温度100℃和成型压力6kN条件下，水分对成型特性的影响结果如图4所?
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本文编号：2584995
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