不同条件对几种常绿树种碳化及理化性质变化探究.docVIP

不同条件对几种常绿树种碳化及理化性质变化探究摘要：在设定的碳化温度（350℃、450℃、550℃）与保温时间（1h、2h、3h）下对雪松、云杉及白皮松木材进行了碳化，并分析了碳化前后主要理化性质的变化情况。结果表明：碳化率与碳化温度、保温时间为负相关，最低碳化率分别为25.64%、23.21%、22.81%；碳化后都能较大幅度的提高吸水量与NO3-吸附量，但不同碳化工艺对吸水量与NO3-吸附量的影响差异不明显；碳化后密度都有所降低，与保温时间成负相关关系，与碳化温度没有明显的相关性；碳化前为弱酸性，碳化后逐渐过渡为碱性，pH值与碳化温度及保温时间为正相关。研究表明，在450℃碳化温度下保温2h的碳化工艺较为经济实惠。 关键词：雪松；云杉；白皮松；碳化；理化性 中图分类号：S72 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-06-0100-3 人类使用木炭的历史已经很久远了，除燃料和传统的工业用炭外，木炭的新用途越来越广泛[1,2]。木炭具有吸着性、研磨性、吸光性、隔热性和较强反应性等特性[3]。木炭在工农业生产领域以及人们日常生活领域的用途广泛。工业上木炭常用于冶金工业，用于生产优质钢材等[4]；农业上利用木炭的特性可以作为土壤改良剂，改善土壤使其形成团粒结构，调节土壤的酸碱度[5]，还可作为植物声场调节剂、环保型农药及农药载体以及作为饲料添加剂[6]；生活上木炭可制成消毒杀菌剂、防腐保鲜剂等[7]。本文对雪松、云杉以及白皮松木材碳化工艺进行了初步研究，并对其碳化前后主要理化性质的变化情况进行了分析，以期为木材碳化领域积累一些有用的素材。 1 材料与方法 1.1 材料 材料采自于贵州大学林学院附近的雪松（C. deodara）、云杉（P. asperata）、白皮松（P. bungeana）木材。树高15m左右，截取主干上胸高（1.3m）以上20cm长的木段并锯成等长的两段，将除净树皮的木材预先于烘箱内90℃条件下烘干至恒重，妥善保存以备用。 1.2 碳化方法 根据碳化机理及试验目的，本试验设定3个碳化温度（350℃、450℃、550℃），每个碳化温度下设定3个碳化时间（1h、2h、3h）。每种木材在不同碳化温度、碳化时间下分别进行碳化，共9种碳化条件，每种碳化条件3次重复。具体方法为：将木材在炭化箱(THX-3)内无氧条件下加热到90℃左右，然后以5℃/min的升温速度加热，直到设定炭化温度并恒温至设定的时间，然后缓慢降温，碳化结束。 1.3 分析方法 试验分析雪松、云杉及白皮松在不同碳化工艺下碳化率的差异以及碳化前后吸水量、密度、pH值、NO3-吸附量的变化情况。碳化率采用碳化后重量与碳化前干重的百分比表示，吸水量、密度、pH值分别参照国标GB/T 1934.1-2009、GB/T 1933-2009、GB/T 6043-2009中规定的方法进行测定，NO3-吸附量采用紫外分光光度法[8]进行测定。 1.4 数据分析 实验数据以EXCEL进行常规计算，统计值均以3次重复实验的平均值计算。 2 结果与分析 2.1 不同碳化工艺条件下碳化率的变化 表1 不同条件对几种常绿树种碳化前后物理性质的影响 几种常绿树种在不同碳化工艺条件下碳化率的变化情况见表1。从表1可看出，在设定的3个碳化温度下，随着保温时间的延长，雪松、云杉以及白皮松的碳化率都逐渐降低，而在保温时间一定的条件下，3树种的碳化率随着碳化温度的升高也表现出逐渐降低的趋势。在设定的最高温度（550℃）与最长时间（3h）的碳化工艺下，3树种的碳化率都是最低值，雪松、云杉以及白皮松分别为25.64%、23.21%、22.81%。而在最低温度（350℃）与最短时间（1h）的碳化工艺下，3树种的碳化率都是最高值，雪松、云杉以及白皮松分别为31.21%、35.74%、38.21%，与其最高温度最长时间条件下碳化率相反，表明碳化率高低与温度高低及时间长短成负相关。 木材的主要组分就是纤维素与半纤维素。纤维素中的葡萄糖基在碳化温度超过150℃后开始发生脱水反应，纤维素的化学性质随之发生变化，而半纤维素的热解温度要比纤维素低；当温度高于250℃时，木材内部的化学反应即剧烈地进行，不仅半纤维素发生分解，纤维素也随之分解[9]；如果碳化温度继续升高，木材内部的脱水反应更加剧烈地进行并伴随其它化学反应，最终的产物将是纯碳固体。显然，碳化中木材将不断失水，碳化过程中木材的重量随着碳化温度的升高以及保温时间的延长将不断降低，从而导致碳化率逐渐降低直至稳定。 2.2 碳化前后吸水性的变化 木材的吸水性表示木材浸入水中吸取水分的能力，吸水量在一定程度上取决于材质的密度和大