富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機、秸稈壓塊機專業壓製生物質型煤。
1、試驗條件
生物質原料為玉米秸稈，取自焦作農村，粉碎至3 mm以下備用．型煤黏結劑為玉米秸稈經處理製得的固液混合物，由生物質纖維和黏稠液組成．原料煤為平頂山煙煤，破碎至3唧備用，其煤質特性：分別為1. 81%，6.54%，29. 92%，61. 73%．
型煤微觀結構觀測係統：包括顯微鏡，安裝視頻采集卡和圖像分析軟件的計算機．TENSOR 27紅外光譜儀，德國Bruker公司生產．
2、試驗結果與討論
2.1玉米秸稈及其製備黏結劑的紅外光譜分析
分別將玉米秸稈原料及其製備黏結劑的樣品按要求壓片，用TEN-SOR 27紅外光譜儀分析，2種樣品的紅外光譜分別如圖1所示．
由圖1可知，玉米秸稈及其製備黏結劑的紅外光譜整體峰形類似，屬於秸稈原料主要成分的特征峰在圖l(b)中依然存在，如纖維素和半纖維素的相關譜帶1164～1 167，1047一1060，1730一1732和897—901cm，以及與木質素相關的l 500 ~1 515，1594—1 607和1 327 ~1 331cm一特征譜峰等，說明玉米秸稈經處理得到的黏結劑中存在大量的生物質纖維，他們在生物質型煤中可起連接作用．與圖l(a)相比，圖l(b)中出現一些新的吸收峰，一些特征峰的位置、強度、峰形變化，如4 000—3 400 cm-l和2 000—1 500 cm“之間出現了許多新的尖峰；3 415—3 349,2 923，l 427，l 327，1 252，1 164和1 061 ~1 047 cm“處吸收峰相對強度降低，901 cm“處吸收峰的吸收強度顯著降低，並呈肩狀，這可能也與871 cm“處較強新峰的幹擾有關，上述變化表明，玉米秸稈經處理後，纖維素、半纖維素等碳水化合物有一定程度的降解．木質素結構中苯環在1 515 cm“和1 607 cm-l處的特征吸收峰的強度增加，1 327 cm-l處與紫r香基有關的表示C-O伸展振動的吸收峰強度降低，l 252 cm-1處包含酚類中的c-o伸縮振動的吸收強度也顯著降低，表明玉米秸稈中的木質素部分降解，導致苯環吸收峰的強度增加，芳構化程度趨於升高．以上結果表明，秸稈原料經處理後，纖維素、半(ban)纖(xian)維(wei)素(su)和(he)木(mu)質(zhi)素(su)等(deng)成(cheng)分(fen)部(bu)分(fen)降(jiang)解(jie)，得(de)到(dao)低(di)分(fen)子(zi)糖(tang)類(lei)等(deng)物(wu)質(zhi)，作(zuo)為(wei)型(xing)煤(mei)黏(nian)結(jie)劑(ji)中(zhong)黏(nian)稠(chou)液(ye)的(de)重(zhong)要(yao)成(cheng)分(fen)，在(zai)生(sheng)物(wu)質(zhi)型(xing)煤(mei)內(nei)起(qi)黏(nian)結(jie)作(zuo)用(yong)，製(zhi)備(bei)型(xing)煤(mei)黏(nian)結(jie)劑(ji)需(xu)經(jing)水(shui)浸(jin)、堿煮等工藝過程，秸稈原料的成分在微生物、熱堿液等作用下發生降解，但由於使用的堿液堿性較弱，堿煮溫度低於100℃，所以秸稈原料中纖維素、半纖維素和木質素等成分僅部分降解，圖1(b)中871，712 cm“出現新的強吸收峰，這是碳酸根離子的伸縮振動和彎曲振動產生的，l 410 cm一處是碳酸鹽的特征吸收峰，表明在生物質型煤中有某種碳酸鹽存在，這有利於提高型煤的機械強度和防水性．
2.2生物質型煤的微觀結構
將原料煤和黏結劑按7:3的比例混合，攪拌均勻後，在小於30 MPa的壓力下成型，所得型煤樣品尺寸為∮mm×30 mm．生物質型煤薄片在中國地質大學（北京）磨片室製作，圖2是薄片在顯微觀測係統下的顯微圖片，其中黑色部分是煤粒，灰色部分是生物質纖維．如圖2(a)所示，長度為1～3 mm的長纖維在型煤內部縱橫交錯，形成大的網絡結構，本文稱為“一級網絡結構”，“一級網絡結構”在整個生物質型煤內部起連接作用，對型煤的成型具有重要作用，如圖2 (b)所示，
“一級網絡結構”內部，小於1mm的短纖維素形成“二級網絡結構”，在小的區域中起連接作用．
生物質纖維構成的多級網絡結構中，不規則地嵌入粒度不同的煤粒，生物質纖維對煤粒起連接、固定作用．測定生物質型煤的抗壓強度時，壓力升至一定程度，型煤出現裂縫，但此時壓力機並未停止加壓，如圖3 (a)所示（加壓過程的後半部分），應力應變曲線繼續呈拋物線上揚，直至出現較大裂縫．測定過抗壓強度的生物質型煤，往往“藕斷絲連”erchengzhengti，fenxikezhi，shengwuzhixingmeishouyachuxianliefengshi，shengwuzhixianweidelianjiezuoyongheqibenshendedanxingduiwaijieyaliqihuanchongzuoyong，shixingmeibuhuimashangposui，jianjietigaoleqijixieqiangdu．而(er)采(cai)用(yong)無(wu)機(ji)黏(nian)結(jie)劑(ji)製(zhi)取(qu)的(de)型(xing)煤(mei)在(zai)加(jia)壓(ya)時(shi)，一(yi)旦(dan)達(da)到(dao)抗(kang)壓(ya)強(qiang)度(du)臨(lin)界(jie)點(dian)，型(xing)煤(mei)隨(sui)即(ji)破(po)碎(sui)，應(ying)力(li)應(ying)變(bian)曲(qu)線(xian)突(tu)然(ran)轉(zhuan)折(zhe)，轉(zhuan)折(zhe)前(qian)基(ji)本(ben)上(shang)呈(cheng)直(zhi)線(xian)，如(ru)圖(tu)3 (b)所示（加壓過程的後半部分）．型煤黏結劑是生物質纖維和黏稠液組成的固液混合物，黏稠液存在於型煤內部的孔隙中，在牛物質纖維之間、生物質纖維和煤粒之間以及煤粒之間起黏結作用．圖2的白色區域中與生物質纖維顏色相同的不連續的部分，即為黏稠液的固化物．
2.3 生物質型煤的成型機理
對生物質型煤微觀結構的觀察可知，在型煤內部，生物質纖維形成的多級網絡結構將不同粒度的煤粒連接、固定．由(you)玉(yu)米(mi)秸(jie)稈(gan)及(ji)其(qi)製(zhi)備(bei)黏(nian)結(jie)劑(ji)的(de)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)圖(tu)對(dui)比(bi)分(fen)析(xi)可(ke)知(zhi)，秸(jie)稈(gan)經(jing)處(chu)理(li)部(bu)分(fen)降(jiang)解(jie)，降(jiang)解(jie)產(chan)物(wu)與(yu)黏(nian)結(jie)劑(ji)中(zhong)的(de)其(qi)它(ta)液(ye)態(tai)組(zu)分(fen)一(yi)起(qi)形(xing)成(cheng)黏(nian)稠(chou)液(ye)，在(zai)生(sheng)物(wu)質(zhi)纖(xian)維(wei)之(zhi)間(jian)、生物質纖維和煤粒之間以及煤粒之間起黏結作用．型煤黏結劑自然晾幹，可得到強度、硬度都很高的整塊固體，表明黏結劑本身具有較強的黏結性，且這種黏結性主要由黏稠液決定．生(sheng)物(wu)質(zhi)型(xing)煤(mei)黏(nian)結(jie)劑(ji)固(gu)化(hua)後(hou)具(ju)有(you)很(hen)高(gao)的(de)強(qiang)度(du)，有(you)利(li)於(yu)提(ti)高(gao)型(xing)煤(mei)的(de)機(ji)械(xie)強(qiang)度(du)，根(gen)據(ju)相(xiang)似(si)相(xiang)容(rong)原(yuan)理(li)，生(sheng)物(wu)質(zhi)型(xing)煤(mei)內(nei)部(bu)，具(ju)有(you)活(huo)性(xing)基(ji)團(tuan)生(sheng)物(wu)質(zhi)纖(xian)維(wei)高(gao)分(fen)子(zi)與(yu)煤(mei)中(zhong)活(huo)性(xing)基(ji)團(tuan)可(ke)能(neng)形(xing)成(cheng)共(gong)價(jia)鍵(jian)或(huo)氫(qing)鍵(jian)，非(fei)極(ji)性(xing)分(fen)子(zi)間(jian)也(ye)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)色(se)散(san)力(li)，黏(nian)稠(chou)液(ye)滲(shen)透(tou)到(dao)煤(mei)的(de)微(wei)孔(kong)結(jie)構(gou)中(zhong)，固(gu)化(hua)後(hou)在(zai)界(jie)麵(mian)上(shang)產(chan)生(sheng)了(le)齧(nie)合(he)力(li)，這(zhe)些(xie)力(li)共(gong)同(tong)作(zuo)用(yong)使(shi)型(xing)煤(mei)各(ge)組(zu)分(fen)緊(jin)緊(jin)黏(nian)結(jie)在(zai)一(yi)起(qi)，無(wu)機(ji)黏(nian)結(jie)劑(ji)型(xing)煤(mei)中(zhong)，凝(ning)膠(jiao)體(ti)的(de)性(xing)質(zhi)對(dui)型(xing)煤(mei)機(ji)械(xie)強(qiang)度(du)有(you)很(hen)大(da)影(ying)響(xiang)；生sheng物wu質zhi型xing煤mei中zhong，黏nian稠chou液ye相xiang當dang於yu上shang述shu凝ning膠jiao體ti，生sheng物wu質zhi型xing煤mei內nei部bu還hai存cun無wu機ji黏nian結jie劑ji型xing煤mei所suo沒mei有you的de多duo級ji網wang絡luo結jie構gou，所suo以yi前qian者zhe比bi後hou者zhe具ju有you更geng好hao的de機ji械xie性xing能neng，生sheng物wu質zhi纖xian維wei的de結jie構gou特te征zheng和he彈dan性xing不bu利li於yu生sheng物wu質zhi型xing煤mei的de成cheng型xing和he機ji械xie強qiang度du形xing成cheng，但dan黏nian結jie劑ji各ge組zu分fen的de共gong同tong作zuo用yong彌mi補bu了le這zhe一yi不bu足zu．
2.4生物質型煤的防水性能
型煤的防水性是衡量型煤質量的主要指標之一，型煤防水性以浸水強度和浸水複幹強度表示，本文所用生物質型煤2號樣品的防水性測試結果為抗壓強度：1645 N/個；浸水強度：235.5 N/個；浸水複幹強度：1005.5 N/個，由此可知，型煤樣品具有較好的防水性．生物質型煤在水中浸泡24 h後，晾幹製成薄片，將其顯微圖片與圖2進jin行xing對dui比bi，結jie果guo發fa現xian，生sheng物wu質zhi纖xian維wei的de顏yan色se變bian淺qian，網wang絡luo骨gu架jia變bian細xi，界jie線xian趨qu於yu清qing晰xi，但dan生sheng物wu質zhi型xing煤mei內nei部bu的de多duo級ji網wang絡luo結jie構gou仍reng然ran存cun在zai，表biao明ming其qi對dui增zeng強qiang生sheng物wu質zhi型xing煤mei的de防fang水shui性xing具ju有you重zhong要yao作zuo用yong．qushaoliangshengwuzhixingmeinianjiejiziranliangganhoudedaodeqianhuangsegutiwuzhi，zhirushuizhongjinpaoshurihouquchu，ceshifaxianqirengjuyouyidingdeqiangduheyingdu，biaomingnianjiejideguhuawubenshenjuyoulianghaodefangshuixing，erqieqifangshuixingyounianjiejizhongdenianchouyejueding，zheshishengwuzhixingmeijuyoufangshuixingdejichu．
3、結 論
(1)生sheng物wu質zhi原yuan料liao經jing處chu理li製zhi得de的de黏nian結jie劑ji中zhong存cun在zai大da量liang生sheng物wu質zhi纖xian維wei，它ta們men在zai型xing煤mei內nei部bu形xing成cheng網wang絡luo結jie構gou，不bu同tong粒li度du的de煤mei粒li分fen布bu在zai這zhe個ge網wang絡luo結jie構gou中zhong，生sheng物wu質zhi纖xian維wei對dui煤mei粒li起qi固gu定ding、連接作用．
(2)秸稈原料在處理過程中產生的低分子糖類等物質和黏結劑中的其它液態組分一起形成黏稠液，黏稠液在生物質纖維之間、生物質纖維和煤粒之間以及煤粒之間起黏結作用．
(3)生物質網絡結構在型煤浸泡24 h後仍然存在．
(4)型煤黏結劑的固化物具有良好的防水性，且這種防水性由黏結劑中的黏稠液決定．
生物質多級網絡結構的連接作用和黏稠液的黏結作用是生物質型煤成型的基礎；生物質多級網絡結構和黏結劑本身的特性是生物質型煤具有防水性的關鍵．
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