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题名热解过程中竹材灰分组成变化及硅的转化分布规律
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作者
马欣欣
王游
王佳军
冯龙
马建锋
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机构
国际竹藤中心竹藤科学与技术重点实验室
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出处
《林业科学》
北大核心
2025年第2期172-179,共8页
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基金
国际竹藤中心基本业务费项目“竹纤维超分子结构的温度响应机制研究”(1632022017)。
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文摘
【目的】探究梯度热解过程中竹材灰分质量分数变化及组成转化规律,重点探讨硅元素在竹材不同部位的分布特点,揭示高温热解对硅元素分布的影响机制,为开发高效的竹材脱灰工艺和制备高纯度竹炭提供数据支撑。【方法】选取1年生毛竹,采用SEM-EDXA、XRF、XRD等分析技术,对比研究不同梯度热解时(350、500、800、1000℃)竹材不同部位(竹材内外表皮、气孔、节间、竹节)灰分质量分数变化及组成转化规律,探讨硅元素在竹材内外表皮、气孔、竹青、竹肉、竹黄处的分布特点,阐明高温热解对硅元素分布的影响机制。【结果】竹材灰分主要由CaO、K_(2)O、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)等组成,也含有一定量的硫氧化物(SO_(3))、磷氧化物(P_(2)O_(5))。XRD分析表明,节间炭灰分组成为KCl、K_(2)SO_(4)、KalSiO、KFeSiO_(4)等,竹节中除上述无机盐外,还含有明显结晶态的SiO_(2)。当热解温度达800℃时,KAlSiO、KFeSiO_(4)等含硅无机盐类生成,炭基体中出现短程有序的涡轮层状结构。对比节间和竹节硅元素分布发现,二者在外表皮、气孔处均具有极高质量分数的硅;与节间不同,竹节处除临近表皮的薄壁细胞中出现含硅颗粒外,竹肉和竹黄薄壁细胞中也出现微米级含硅颗粒,且均以硅氧化物形式存在。SEM-EDXA元素分布半定量分析表明,节间和竹节硅元素质量分数在500℃达到最高,竹材外表皮硅元素质量分数在800℃达到最高。随着高温条件硅酸盐和硅铝酸盐的生成,硅元素质量分数逐渐降低。钾元素质量分数在整个热解过程中呈线性升高趋势。高温热处理过程中,因氢、氧等元素挥发以及少量碳元素消耗,细胞壁中部分硅裸露出来,形成硅氧化物沉积于导管和薄壁细胞的细胞腔中。【结论】1)节间和竹节中灰分组成近似,节间灰分质量分数更高;硅元素广泛分布于竹材外表皮、气孔以及临近竹青的薄壁细胞中;2)当热解温度达500℃时,竹节和节间中CaO、K_(2)O等无机盐的质量分数达到最大,持续升温至800℃时,这些无机盐类转化为硅酸盐和硅铝酸盐;3)高温热处理造成节间硅的释放,沉积于导管和薄壁细胞的细胞腔中。
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关键词
毛竹
高温热解
竹材灰分组成
硅分布
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Keywords
moso bamboo(Phyllostachys edulis)
high temperature pyrolysis
ash composition of bamboo
silicon distribution
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分类号
Q958.15
[生物学—动物学]
S781.9
[农业科学—木材科学与技术]
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