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宿迁稻壳生物质颗粒燃料成型机理的 显微观察

来源: 发布时间:2019-06-10 4810 次浏览

  摘要:采用电子显微镜对稻壳生物质颗粒燃料进行显微观察,从而分析(Analyse)了稻壳生物质颗粒燃料的 成型机理,包括化学和物理两方面。该研究工作为稻壳生物质能源(解释:向自然界提供能量转化的物质)颗粒技术的 开发及产业化应用奠定了基础。
  利用生物质致密成型(Forming)设备,充分利用农林废弃物如稻壳、木屑、秸秆等生产颗粒燃料,具有较好的 经济效益(benefit)和社会(society)效益。在生物质颗粒燃料产品中,稻壳颗粒是一种新兴产品。与其它种类的 生物质颗粒燃料产品相比,稻壳颗粒的 原料来源更广泛(extensive),价格更低廉,成型效果更好,生产过程更简单,具有很好的 经济、生态和社会效益。
  本文报道了通过电子扫描显微镜对稻壳生物质颗粒燃料进行显微观察结果,从中分析(Analyse)其成型机理,为改进生产工艺、提高产品(Product)质量提供理论依据。生物质能源颗粒若使用添加剂,则应为农林产物,并且应标明使用的种类和数量。欧盟标准对生物质颗粒的热值没有提出具体的数值,但要求销售商应予以标注。
  1试验材料和方法
  1.1试验材料及仪器
  试材:稻壳生物质颗粒燃料,圆柱状,尺寸为:长80m
  M、直径8mm。
  仪器:Quanta200型扫描电子显微镜(美国FEI公司)。
  1.2试验方法
  试件制作:以稻壳作为原料成分(ingredient),制造出稻壳生物质颗粒燃料的 成型产品,从中选取成型质量好的 用于电镜观察试验。生物质颗粒是在常温条件下利用压辊和环模对粉碎后的生物质秸秆、林业废弃物等原料进行冷态致密成型加工。
  电镜观察:首先将直径为8mm的 圆柱形试件的 长度裁至8mm,用砂纸进行表面清洁。生物质能源颗粒若使用添加剂,则应为农林产物,并且应标明使用的种类和数量。欧盟标准对生物质颗粒的热值没有提出具体的数值,但要求销售商应予以标注。瑞典标准要求生物质颗粒的热值一般应在16.9 兆焦上。选表面平整,成型效果好,无严重缺陷的 试件进行编号,作为试验用材。然后将试件横截面向上放置在用于显微观察的 载物台上;进行固定之后,对试件表面进行喷金处理。最后,将载物台放置于电子扫描显微镜中进行显微观察,观察结束后将选好的 电镜照片拷贝存放,用于研究分析。
  2试验结果与分析
  2.1稻壳颗粒化学结合分析
  从化学结合方面看,通过1,我们发现以水稻壳作为原料的 生物质颗粒燃料,其原料之间的 结合不如木质颗粒那样紧密,能够明晰地观察到单片状水稻壳的 存在,水稻壳之间的 缝隙也比较大,而且片状的 水稻壳没有发生明显的 弯曲和变形。这是因为,一方面,水稻壳的 外表面覆盖着一层硅和硅的 无机化合物(compound)(1中片状 ;癞皮 ;式的 半球状突起),呈现网状排列。由于硅及其无机化合物的 化学性质很稳定,在普通条件(tiáo jiàn)下很难和别的 物质发生反应,而且它还具有很高的 硬度(Hardness)。因此水稻壳原料在压缩成型过程中,原料外表面与外表面、外表面与内表面相接触、相结合的 时,含有极性基团的 纤维素、半纤维素之间无法形成氢键等化学结合。另一方面,由于水稻属于草本植物,其纤维素、半纤维素和木质素与木材相比含量较低,尤其是木质素含量不到木材的 50%,而木质素是一种天然的 粘合剂,当温度为70~110℃时木质素就能够开始软化,具有一定的 粘度。在200~300℃呈熔融状,粘度高。
  2.2稻壳颗粒物理结合分析
  从物理结合方面来分析。微观上,由于原料水稻壳的 外表面覆盖着一层硅质,这层硅质具有很高的 硬度,特殊的 排列方式和立体空间结构。
  从而使得在压缩成型过程(process)中,两片水稻壳相接触时,很难紧密靠近形成分(ingredient)子间的 作用力,而且由于硅及其无机化合物是不具有极性的 稳定(解释:稳固安定;没有变动)物质,所以水稻壳之间也就不具有静电吸附力。因此,水稻壳之间的 结合程度就不如锯木屑那样紧密。宏观上,由于本研究采用的 水稻壳在脱粒后未经过粉碎,还保持着水稻壳的 原有形态,它的 直径较大,一般在4~7mm之间,而且呈片状;它很难形成木质原料之间那样的 紧密填充结合。从2中可以看出,水稻壳生物质颗粒燃料(fuel)中的 水稻壳原料之间,片与片错落有致的 层叠在一起。
  从3中可以观察出水稻壳原料(Raw material)之间明显的 分层现象。这表明在水稻壳原料的 压缩成型过程中,原料之间产生的 主要是 ;搭桥 ; ;桥接 ;结合,英文称为Solidbridge。它的 形成方式是,体积较大或有一定长度的 原料物质之间互相搭头,并层层叠搭。
  本研究中采用的 水稻壳原料呈片状,因此我们将它的 这种结合称为 ;片搭 ;或 ;叠片 ;。由于较硬的 硅(silicon)质层的 存在,使得水稻壳的 塑性极差,在压缩过程中很难发生变形来实现原料之间的 紧密接触,原料之间存在较大空隙,因此在 ;片搭 ;的 结合方式下(见4),原料之间的 摩擦力有限;机械阻力方面,也只有垂直于水稻壳方向的 剪切、弯曲阻力较好,而平行于水稻壳的 机械阻力就比较差。与木质生物质颗粒燃料相比较,水稻壳颗粒很容易出现断层现象,颗粒产品容易折断。此外水稻壳属于硬质短纤维生物质材料,与木材相比纤维长度较短;在压缩成型(Forming)过程中,不会出现木质原料那样的 纤维缠绕式的 结合。
  3结论
  本试验通过电子显微镜对稻壳生物质颗粒燃料(fuel)进行了观察和对比,分析了它成型的 机理,及与木质颗粒的 差异。总的 来说,稻壳颗粒产品的 成型机理包括化学结合和物理结合两部分。首先,由于硅质层的 存在,稻壳原料的 化学结合能力要低于木质原料;其次,稻壳原料之间的 物理结合主要采用的 是 ;片搭 ;的 形式,其结合效果要比木质材料稍差。总的 来说,利用稻壳作为生产生物质颗粒燃料的 原料是可行的 ,产品成型效果较好,有广阔的 市场前景,具有很好的 经济、生态和社会效益。
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