摘要：为改善玉米秸秆打捆机输送装置功率过大、影响机械性能等问题,设计了一种适合玉米秸秆打捆机的螺旋输送装置。通过对关键部件的设计、EDEM软件模型仿真和田间试验,以玉米秸秆捡拾后输送装置的去土率和打捆机驱动功率为试验指标,得到输送装置最优参数,即螺旋轴转速1416 r/min、绞龙螺距227.5 mm、喂入量8.94 kg。该装置可提升玉米秸秆打捆机的机械性能,为适合于纤维物料的螺旋输送装置提供了数据支撑。

摘要：为了更好地利用玉米秸秆这种生物质材料,同时为设计和优化秸秆收获、打捆、切割等装置结构提供一定的技术参数,对寒地玉米秸秆进行了压缩试验。设计了三因素三水平的正交试验,并结合自制试验装置,利用万能试验机、数显鼓风干燥箱等设备对玉米秸秆进行了有节段的径向和轴向压缩试验,测得了基于不同部位、不同速度、不同含水率三因素在不同水平组合下的破坏力的大小,获得因素的显著性影响程度及最优水平组合。试验结果表明:玉米秸秆轴向压缩破坏力为0.726~3.271 kN,R值为0.586~1.527,F值为7.093~38.742;玉米秸秆径向压缩破坏力为0.370~2.297 kN,R值为0.382~0.921,F值为9.096~22.183。分析得出:各因素对试验指标影响极显著的是秸秆部位,加载速度和含水率次之;最优水平组合为秸秆部位为上、加载速度为10 mm/min、含水率为最低,且径向压缩所需破坏力小于轴向压缩所需破坏力。

摘要：秸秆在自然条件下难以降解,不利于生态环保和可持续发展,在前期研究中制备使用棘孢木霉菌剂降解玉米秸秆,虽具有较好的降解纤维素能力,但其降解率有待提高。研究通过配制一种激活营养包对棘孢木霉菌剂降解玉米秸秆进行强化,以提高降解率并进一步优化降解方案。通过单因素实验,将不同的4种速效碳源、4种速效氮源、5种无机盐分别配置成营养液,与前期制成的棘孢木霉可湿性粉剂配合使用,在不同时间阶段测定秸秆的降解率,确定不同营养物质在营养包配方中的组成及比例。在单因素筛选的基础上,选取合适浓度的变量,选取蔗糖、硫酸铵和硫酸锌3个因素,设计三因素三水平的响应面试验,利用Design Expert.8对试验数据进行分析,确定理论最优组配方并进行验证,按照质量比制备成棘孢木霉菌剂激活营养包。通过单因素实验,确定1‰蔗糖、1‰硫酸铵、0.5‰硫酸锌为菌剂激活营养包的最佳配方,在培养15 d后,玉米秸秆的降解率分别达到(39.63±2.01)%、(35.67±1.46)%、(39.66±0.85)%;通过响应面优化,确定理论最优组为1.02‰蔗糖、1.05‰硫酸铵、0.35‰硫酸锌,对其进行验证实验,15 d后玉米秸秆降解率为(41.32±0.57)%,与预测值非常接近。最终将蔗糖、硫酸铵、硫酸锌按照20∶21∶7的比例制成菌剂激活营养包。根据最佳组成与比例制成菌剂激活营养包,与菌剂同时使用能够显著提升降解玉米秸秆的效果,提高秸秆还田率,增强土壤肥力,进一步优化了技术方案。

摘要：为促进学生掌握吸附法处理水中重金属污染的科研技术,寻找秸秆资源化新途径,设计了新型部分氧化法改性玉米秸秆(CS)及其对Cu(Ⅱ)的吸附综合实验。实验分别在O_(2)和N_(2)气氛,140~220℃下改性CS,以Cu(Ⅱ)为重金属目标物。通过氧化法改性的CS表面酸碱官能团含量的明显增加,有效提高了Cu(Ⅱ)的吸附量。结果表明:随改性温度升高,O_(2)气氛改性改性秸秆(以CS-气氛-温度命名)CS-O_(2)-T的总酸值、酚羟基、内酯基和总碱值的含量明显高于N_(2)改性CS-N_(2)-T。改性温度220℃时,CS-O_(2)-220对Cu(Ⅱ)的吸附量比CS-N_(2)-220提高34.5%,为原始CS的2.2倍。扫描电子显微镜(SEM)、比表面-孔径分布测试仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析研究表明改性CS对Cu(Ⅱ)的吸附主要是以内酯基、酚羟基和芳香结构为主的官能团与Cu(Ⅱ)发生了络合作用和阳离子-π配位。实验帮学生构建了吸附法处理废水中重金属的理论知识,掌握了秸秆改性的实验技能,培养了学生的科研创新能力。

摘要：以耐高温酿酒酵母为对象,研究高温酿酒酵母利用玉米秸秆为原料同步糖化产氢乙醇的影响因素,采用Plackett-Burman(PB)法对影响乙醇产率的5个因素进行筛选,采用CCD模型及响应面分析对影响因素进行优化设计,确定高温酿酒酵母利用玉米秸秆为原料同步糖化产氢乙醇的最佳工艺条件。研究结果表明:高温酿酒酵母利用玉米秸秆酶解液同步糖化产乙醇过程中接种量、温度、酶浓度和发酵时间4个因素对乙醇产量的影响最为明显,温度和发酵时间的交互作用最为显著。利用优化设计得到的最佳产乙醇工艺为:接种量7.4%、温度34.2℃、初始p H值5.0、酶浓度49.36 U/g。在此条件下,发酵105.12 h后乙醇产率可达59.88%,实验结果与响应面拟合方程的预测值(60.85%)吻合良好。

摘要：为提高玉米秸秆皮瓤分离效率,达到皮瓤分类利用,以秸秆群为研究对象,设计辊齿式碾压揭皮辊,实现秸秆皮瓤有效分离。采用密度理论法(SIMP)设计了辊齿式碾压揭皮辊,并进行了有限元模拟仿真分析,确定了碾压揭皮辊半径为33 mm,齿型刀片齿刃高2 mm、厚度2 mm、刃角30°。为寻找最佳参数组合,以皮瓤分离率为试验指标,碾压揭皮辊转速、辊齿间隙、切段长度为试验因素,进行二次回归正交旋转组合设计试验。运用Design-Expert进行试验数据处理与分析,建立评价指标与试验因素之间的数学模型,并对参数进行优化,确定玉米秸秆皮瓤分离碾压揭皮辊的最佳参数组合为:碾压揭皮辊转速为295 r/min,辊齿间隙为5 mm,切段长度为22 mm时,皮瓤分离率为85%。经试验验证,试验结果与分析结果基本一致。

摘要：为了解决农村日益紧张的能源问题和秸秆焚烧问题,根据目前农村的主要生活炊事习惯和玉米秸秆成型燃料的燃烧特性,研制了玉米秸秆成型燃料单锅灶。试验结果表明:该灶达到了国家的相关标准,燃烧比较稳定,利用清洁,有效的利用了玉米秸秆,对于解决玉米秸秆焚烧的问题和改善居民炊事条件具有重要的意义。

摘要：预处理是提高玉米秸秆生物转化利用效率的有效途径。玉米秸秆经生物炼制转化为生物燃料时,转化率与其原料内的纤维素和半纤维素含量直接相关。为了实现对预处理后玉米秸秆的生物炼制过程的有效调控,提出使用近红外光谱(NIRS)对玉米秸秆的纤维素和半纤维素含量进行快速检测,解决传统化学方法测试速度慢、成本高的问题。为了提高NIRS检测的效率和精度,将遗传算法与模拟退火算法相结合构建遗传模拟退火算法(GSA)用于预处理后玉米秸秆纤维素和半纤维素含量NIRS特征波长优选。GSA算法以NIRS波长点数为码长进行二进制编码,以偏最小二乘法(PLS)回归模型的交叉验证均方根误差为目标函数,结合温度参数设计适应度函数,基于Metropolis判别准则实现扰动解的选择复制,能够在避免早熟的同时有效提高进化后期的搜索效率。采用碱预处理、生物预处理及其相结合的方法对采集的玉米秸秆进行预处理后制备样品120个,并测定其纤维素和半纤维素含量及NIRS。使用7点Savitzky-Golay平滑结合多元散射校正和标准正则变换对光谱进行预处理后,利用Kennard-Stone法按3∶1比例划分校正集和验证集。然后,使用GSA算法对NIRS全谱进行特征波长优选(记为Full-GSA)、对协同区间偏最小二乘法(SiPLS)优选后谱区进行特征波长优选(记为SiPLS-GSA)、对反向区间偏最小二乘法(BiPLS)优选后谱区进行特征波长优选(记为BiPLS-GSA),并使用PLS回归模型和验证集对特征波长优选结果进行评测。Full-GSA以全谱1 557个波长点为基因,执行16次算法,优选出118个纤维素特征波长点和164个半纤维素特征波长点。SiPLS-GSA经SiPLS优选的纤维素和半纤维素谱区波长点数分别为388个和160个,再经GSA进一步优选后得到157个纤维素特征波长点和148个半纤维素特征波长点。BiPLS-GSA经BiPLS优选的纤维素和半纤维素谱区波长点数分别为358个和180个,再经GSA进一步优选后得到130个纤维素特征波长点和153个半纤维素特征波长点。结果表明,通过波长优选,不仅参与建模的波长点数量显著减少,而且回归模型的性能显著优于全谱建模。其中,采用Full-GSA优选的纤维素特征光谱回归性能最佳,采用SiPLS-GSA优选的半纤维素特征光谱回归性能最佳。回归模型验证集的平均相对误差(MRE)分别为1.752 4%和2.020 8%,较全谱建模分别降低了13.636 6%和25.368 4%。基于结合温度参数设计适应度函数的策略构建的GSA具有良好的全局搜索性能,适用于玉米秸秆纤维素和半纤维素含量NIRS特征波长优选。GSA以全谱每个波长点为染色体基因的编码方案适用于NIRS全谱的特征波长优选。GSA同样适用于SiPLS和BiPLS优选后谱区的特征波长优选,能够有效实现优选后谱区的波长点优选。

摘要：研究了影响玉米秸秆常压快速液化的4个关键性工艺参数:液化时间、液化温度、玉米秸秆质量和催化剂质量之间的交互作用。借助于SAS软件,采用二次回归正交旋转组合设计及响应面法开展系统试验。建立了回归方程,定量描述了各参数对玉米秸秆液化效率的影响及不同参数之间存在的交互作用,并推算出当液化剂质量为100 g、液化温度为158℃、液化时间为63 min、玉米秸秆质量17 g和催化剂质量为2.7 g时,玉米秸秆常压快速液化的残渣率可以达到最小值0.2%,实现玉米秸秆基本完全液化。

摘要：研究了玉米秸秆抗根倒伏强度检测方法并设计了相应的检测仪。将玉米秸秆简化为悬臂梁力学模型,以植株的最大垂直拔根阻力作为衡量玉米秸秆抗根倒伏强度的参数。设计了由螺旋机构、活动三角架平台、夹具和数字显示仪等组成的玉米秸秆抗根倒伏强度检测仪。采用手轮对螺旋机构施力的方式,使操作者施加的力仅为被测量值的1/97;夹具采用双重夹紧装置以适应不同直径的玉米秸秆。试验表明,玉米秸秆的最大垂直拔根阻力与根倒率之间存在着负相关性。