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稻麦秸秆超细粉碎及其物性表征与改性机理

批准号31271611 学科分类农业信息学 ( C130102 )
项目负责人韩鲁佳 负责人职称教授 依托单位中国农业大学
资助金额86.00
万元
项目类别面上项目 研究期限2013 年 01 月 01 日 至
2016 年 12 月 31 日
中文主题词秸秆;超细粉碎;物性;机理;特性
英文主题词Straw;Ultrafine grinding;Performance;Mechanism;Characteristic

摘要

中文摘要 在深入研究比较不同稻、麦秸秆的化学组成、工业组成,元素组成以及热解特性的异同的基础上,研究经常规粉碎方法制备的不同粒径稻、麦秸秆的物相结构及其理化特性差异;利用CJM-SY-B纳米冲击磨,研究物料水分含量、磨介质充填率、进料粒径、粉碎时间等工艺参数对秸秆超细粉碎效果的影响,进行秸秆超细粉碎的工艺参数优化;研究超细化秸秆粉体解团聚方法;研究表征超细秸秆粉体的物相结构和纤维素、半纤维素、木质素、可溶性纤维、不可溶性纤维等化学组成以及持水力、膨胀力、亲油性、阳离子交换能力等功能特性的变化规律及其相关性,揭示超细粉碎秸秆的改性机理。研究超细粉碎对提高秸秆液化、水解的作用效果以及超细化秸秆粉体作为增稠剂、稳定剂、表面活性剂应用的可行性,探索秸秆高值化、创新利用新技术途径。研究工作对于系统掌握不同尺度介观下粉碎秸秆物料的行为特征具有重要科学意义,对于促进秸秆高效、高值、全生物量利用具有实际应用价值。
英文摘要 Based on the comparisons study on physiochemical compositions analysis, ultimate analysis, proximate analysis and pyrolysis characteristics of different wheat and rice straw samples, representative wheat and rice straw with different particle size distribution will be produced by sieve-based grinding and jet milling, and characterized and compared by their surface structure, physiochemical properties, such as moisture, cellulose, hemi-cellulose, lignin and rheology etc.. By means of the CJM-SY-B ultrafine vibration grinding mill, the effects of parameters, such as inlet particle size, grinder moisture, pulverizing medium filling rate and pulverizing time on the ultrafine grinding will be studied for optimizing the grinding process and obtaining ultrafine particles. Experiments will be conducted to attempt to overcome the aggregation of glutamine particles in the ultrafine grinding process. To interpreting the acting mechanism of ultrafine grinding on characteristic modification, the differences and correlations of the ultrafine powders will also be characterized by their particle size distribution, crystallinity, thermo gravity analysis and their hydration and antioxidant properties, including water holding capacity, water retention capacity, swelling capacity, oil holding capacity, cation exchange capacity, distribution of fiber components etc.. To explore the feasibility of ultrafine straw powder's innovative application, test trials focusing on liquefaction, enzymatic degradation and ultrafine straw powder as thickening agent, stabilizer or surface active agents in polyphase system will be conducted. Research results will be valuable for improving the knowledge about straw and finding new value added applications.
结题摘要 研究比较不同稻、麦、玉米等秸秆的化学组成、工业组成、元素组成及热解特性的异同。研究了经不同机械粉碎方法制备的不同粒径秸秆的物相结构及其理化特性差异,系统表征了超细秸秆粉体的表面特性、结晶度等物相结构以及纤维素、半纤维素、木质素、可溶性纤维、不可溶性纤维等化学组成和持水力、膨胀力、亲油性、阳离子交换能力等功能特性的变化规律及其相关性,结果显示超细粉碎粉体呈现出特异的理化特性。 利用CJM-SY-B纳米冲击磨,研究磨介质充填率、进料粒径、粉碎时间等工艺参数对秸秆超细粉碎效果的影响,进行秸秆超细粉碎的工艺参数优化。制备了植物尺度(<1mm)、组织尺度(500-100μm)和细胞尺度(50-30μm)等不同尺度的玉米芯粉体,深入研究了不同尺度机械粉碎预处理对秸秆微观结构和酶解效率的作用效果,结果显示,细胞尺度的超微粉碎粉体呈现出特异的微观结构特征:玉米芯的网状纤维结构崩塌,纤维内部孔隙暴露于粉体表面致使比表面积显著增大,纤维素结晶度降低,表面纤维素/半纤维素的相对比例增加,以上微观结构的改变大大提高了细胞尺度超微粉碎粉体的酶解效率。在此基础上,进一步量化了秸秆超细粉体粒度与结晶性和酶解葡萄糖产量的相关关系,揭示了超细粉碎秸秆的改性机理。 研究了超细粉碎过程中秸秆粉体的团聚规律及解团聚方法;开展了超细粉碎处理技术在秸秆等生物质原料高值化以及创新利用中的应用探索,试验研究了超细粉碎对提高秸秆液化、水解、酶解的作用效果和效率以及超细化预处理对提高茶粉功能性、稳定性等的作用效果。 项目执行期间,发表标注资助论文10篇,其中SCI/EI收录论文8篇;培养博士研究生2名,硕士研究生3名。项目研究成果对于系统掌握不同尺度介观下机械粉碎物料的行为特征具有重要科学意义,对于促进秸秆高效、高值、全生物量利用具有实际应用价值。

成果

序号 标题 类型 作者
1 Chemical composition and calorific value prediction of wheat straw at different maturity stages using near-infrared reflectance spectroscopy 期刊 Guangqun Huang|Xian Liu|Longjian Chen|Lujia Han|
2 Twenty-two compositional characterizations and theoretical energy potentials of extensively diversified China's crop residues 期刊 Guangqun Huang|Longjian Chen|Weihua Xiao|Zenglingyang|

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