富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)型煤。
1、試驗(yàn)條件
生物質(zhì)原料為玉米秸稈，取自焦作農(nóng)村，粉碎至3 mm以下備用．型煤黏結(jié)劑為玉米秸稈經(jīng)處理制得的固液混合物，由生物質(zhì)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(zhì)特性：分別為1. 81%，6.54%，29. 92%，61. 73%．
型煤微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)系統(tǒng)：包括顯微鏡，安裝視頻采集卡和圖像分析軟件的計(jì)算機(jī)．TENSOR 27紅外光譜儀，德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)．
2、試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1玉米秸稈及其制備黏結(jié)劑的紅外光譜分析
分別將玉米秸稈原料及其制備黏結(jié)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，玉米秸稈及其制備黏結(jié)劑的紅外光譜整體峰形類似，屬于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(guān)譜帶1164～1 167，1047一1060，1730一1732和897—901cm，以及與木質(zhì)素相關(guān)的l 500 ~1 515，1594—1 607和1 327 ~1 331cm一特征譜峰等，說(shuō)明玉米秸稈經(jīng)處理得到的黏結(jié)劑中存在大量的生物質(zhì)纖維，他們?cè)谏镔|(zhì)型煤中可起連接作用．與圖l(a)相比，圖l(b)中出現(xiàn)一些新的吸收峰，一些特征峰的位置、強(qiáng)度、峰形變化，如4 000—3 400 cm-l和2 000—1 500 cm“之間出現(xiàn)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(duì)強(qiáng)度降低，901 cm“處吸收峰的吸收強(qiáng)度顯著降低，并呈肩狀，這可能也與871 cm“處較強(qiáng)新峰的干擾有關(guān)，上述變化表明，玉米秸稈經(jīng)處理后，纖維素、半纖維素等碳水化合物有一定程度的降解．木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中苯環(huán)在1 515 cm“和1 607 cm-l處的特征吸收峰的強(qiáng)度增加，1 327 cm-l處與紫r香基有關(guān)的表示C-O伸展振動(dòng)的吸收峰強(qiáng)度降低，l 252 cm-1處包含酚類中的c-o伸縮振動(dòng)的吸收強(qiáng)度也顯著降低，表明玉米秸稈中的木質(zhì)素部分降解，導(dǎo)致苯環(huán)吸收峰的強(qiáng)度增加，芳構(gòu)化程度趨于升高．以上結(jié)果表明，秸稈原料經(jīng)處理后，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分部分降解，得到低分子糖類等物質(zhì)，作為型煤黏結(jié)劑中黏稠液的重要成分，在生物質(zhì)型煤內(nèi)起黏結(jié)作用，制備型煤黏結(jié)劑需經(jīng)水浸、堿煮等工藝過(guò)程，秸稈原料的成分在微生物、熱堿液等作用下發(fā)生降解，但由于使用的堿液堿性較弱，堿煮溫度低于100℃，所以秸稈原料中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分僅部分降解，圖1(b)中871，712 cm“出現(xiàn)新的強(qiáng)吸收峰，這是碳酸根離子的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)產(chǎn)生的，l 410 cm一處是碳酸鹽的特征吸收峰，表明在生物質(zhì)型煤中有某種碳酸鹽存在，這有利于提高型煤的機(jī)械強(qiáng)度和防水性．
2.2生物質(zhì)型煤的微觀結(jié)構(gòu)
將原料煤和黏結(jié)劑按7:3的比例混合，攪拌均勻后，在小于30 MPa的壓力下成型，所得型煤樣品尺寸為∮mm×30 mm．生物質(zhì)型煤薄片在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）磨片室制作，圖2是薄片在顯微觀測(cè)系統(tǒng)下的顯微圖片，其中黑色部分是煤粒，灰色部分是生物質(zhì)纖維．如圖2(a)所示，長(zhǎng)度為1～3 mm的長(zhǎng)纖維在型煤內(nèi)部縱橫交錯(cuò)，形成大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，本文稱為“一級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”，“一級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”在整個(gè)生物質(zhì)型煤內(nèi)部起連接作用，對(duì)型煤的成型具有重要作用，如圖2 (b)所示，
“一級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”內(nèi)部，小于1mm的短纖維素形成“二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”，在小的區(qū)域中起連接作用．
生物質(zhì)纖維構(gòu)成的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，不規(guī)則地嵌入粒度不同的煤粒，生物質(zhì)纖維對(duì)煤粒起連接、固定作用．測(cè)定生物質(zhì)型煤的抗壓強(qiáng)度時(shí)，壓力升至一定程度，型煤出現(xiàn)裂縫，但此時(shí)壓力機(jī)并未停止加壓，如圖3 (a)所示（加壓過(guò)程的后半部分），應(yīng)力應(yīng)變曲線繼續(xù)呈拋物線上揚(yáng)，直至出現(xiàn)較大裂縫．測(cè)定過(guò)抗壓強(qiáng)度的生物質(zhì)型煤，往往“藕斷絲連”而成整體，分析可知，生物質(zhì)型煤受壓出現(xiàn)裂縫時(shí)，生物質(zhì)纖維的連接作用和其本身的彈性對(duì)外界壓力起緩沖作用，使型煤不會(huì)馬上破碎，間接提高了其機(jī)械強(qiáng)度．而采用無(wú)機(jī)黏結(jié)劑制取的型煤在加壓時(shí)，一旦達(dá)到抗壓強(qiáng)度臨界點(diǎn)，型煤隨即破碎，應(yīng)力應(yīng)變曲線突然轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折前基本上呈直線，如圖3 (b)所示（加壓過(guò)程的后半部分）．型煤黏結(jié)劑是生物質(zhì)纖維和黏稠液組成的固液混合物，黏稠液存在于型煤內(nèi)部的孔隙中，在牛物質(zhì)纖維之間、生物質(zhì)纖維和煤粒之間以及煤粒之間起黏結(jié)作用．圖2的白色區(qū)域中與生物質(zhì)纖維顏色相同的不連續(xù)的部分，即為黏稠液的固化物．
2.3 生物質(zhì)型煤的成型機(jī)理
對(duì)生物質(zhì)型煤微觀結(jié)構(gòu)的觀察可知，在型煤內(nèi)部，生物質(zhì)纖維形成的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將不同粒度的煤粒連接、固定．由玉米秸稈及其制備黏結(jié)劑的紅外光譜圖對(duì)比分析可知，秸稈經(jīng)處理部分降解，降解產(chǎn)物與黏結(jié)劑中的其它液態(tài)組分一起形成黏稠液，在生物質(zhì)纖維之間、生物質(zhì)纖維和煤粒之間以及煤粒之間起黏結(jié)作用．型煤黏結(jié)劑自然晾干，可得到強(qiáng)度、硬度都很高的整塊固體，表明黏結(jié)劑本身具有較強(qiáng)的黏結(jié)性，且這種黏結(jié)性主要由黏稠液決定．生物質(zhì)型煤黏結(jié)劑固化后具有很高的強(qiáng)度，有利于提高型煤的機(jī)械強(qiáng)度，根據(jù)相似相容原理，生物質(zhì)型煤內(nèi)部，具有活性基團(tuán)生物質(zhì)纖維高分子與煤中活性基團(tuán)可能形成共價(jià)鍵或氫鍵，非極性分子間也可能產(chǎn)生色散力，黏稠液滲透到煤的微孔結(jié)構(gòu)中，固化后在界面上產(chǎn)生了嚙合力，這些力共同作用使型煤各組分緊緊黏結(jié)在一起，無(wú)機(jī)黏結(jié)劑型煤中，凝膠體的性質(zhì)對(duì)型煤機(jī)械強(qiáng)度有很大影響；生物質(zhì)型煤中，黏稠液相當(dāng)于上述凝膠體，生物質(zhì)型煤內(nèi)部還存無(wú)機(jī)黏結(jié)劑型煤所沒(méi)有的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以前者比后者具有更好的機(jī)械性能，生物質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)特征和彈性不利于生物質(zhì)型煤的成型和機(jī)械強(qiáng)度形成，但黏結(jié)劑各組分的共同作用彌補(bǔ)了這一不足．
2.4生物質(zhì)型煤的防水性能
型煤的防水性是衡量型煤質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，型煤防水性以浸水強(qiáng)度和浸水復(fù)干強(qiáng)度表示，本文所用生物質(zhì)型煤2號(hào)樣品的防水性測(cè)試結(jié)果為抗壓強(qiáng)度：1645 N/個(gè)；浸水強(qiáng)度：235.5 N/個(gè)；浸水復(fù)干強(qiáng)度：1005.5 N/個(gè)，由此可知，型煤樣品具有較好的防水性．生物質(zhì)型煤在水中浸泡24 h后，晾干制成薄片，將其顯微圖片與圖2進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)纖維的顏色變淺，網(wǎng)絡(luò)骨架變細(xì)，界線趨于清晰，但生物質(zhì)型煤內(nèi)部的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然存在，表明其對(duì)增強(qiáng)生物質(zhì)型煤的防水性具有重要作用．取少量生物質(zhì)型煤黏結(jié)劑自然晾干后得到的淺黃色固體物質(zhì)，置入水中浸泡數(shù)日后取出，測(cè)試發(fā)現(xiàn)其仍具有一定的強(qiáng)度和硬度，表明黏結(jié)劑的固化物本身具有良好的防水性，而且其防水性由黏結(jié)劑中的黏稠液決定，這是生物質(zhì)型煤具有防水性的基礎(chǔ)．
3、結(jié) 論
(1)生物質(zhì)原料經(jīng)處理制得的黏結(jié)劑中存在大量生物質(zhì)纖維，它們?cè)谛兔簝?nèi)部形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同粒度的煤粒分布在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，生物質(zhì)纖維對(duì)煤粒起固定、連接作用．
(2)秸稈原料在處理過(guò)程中產(chǎn)生的低分子糖類等物質(zhì)和黏結(jié)劑中的其它液態(tài)組分一起形成黏稠液，黏稠液在生物質(zhì)纖維之間、生物質(zhì)纖維和煤粒之間以及煤粒之間起黏結(jié)作用．
(3)生物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在型煤浸泡24 h后仍然存在．
(4)型煤黏結(jié)劑的固化物具有良好的防水性，且這種防水性由黏結(jié)劑中的黏稠液決定．
生物質(zhì)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接作用和黏稠液的黏結(jié)作用是生物質(zhì)型煤成型的基礎(chǔ)；生物質(zhì)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和黏結(jié)劑本身的特性是生物質(zhì)型煤具有防水性的關(guān)鍵．
三門(mén)峽富通新能源生產(chǎn)銷售的顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
