林业科学

作者：杨思倩1,2,孙思佳1,2,刘贤淼3,张雨1,李文珠1,李琴2,张文标1,*

单位：1. 浙江农林大学化学与材料工程学院 杭州 3113002. 浙江省林业科学研究院 浙江省竹类研究重点实验室 杭州 3100233. 国际竹藤中心 北京 100102

关键词：竹种,竹龄,竹材部位,热值,工业分析,经验公式

基金：“十三五”国家重点研发计划“建筑用竹材及竹制品重要国际标准研究”(2018YFF0214501);浙江省重大专项“功能性炭基木质复合装饰材料绿色制造关键技术及应用”(2018C02008)

目的: 探究相同炭化工艺下不同竹种、竹龄和竹材不同部位等因素与竹炭热值之间的关系，分析竹炭热值与灰分、挥发分和固定碳含量之间的相关性，推导热值计算的经验公式，为竹材工业化和资源化利用提供参考和借鉴。方法: 选取浙江省杭州市临安区24种竹材以及安吉县2~13年生毛竹，在相同炭化工艺条件下烧制成炭，采用控制变量法测试24种竹材中部炭化料、2~13年生毛竹中部炭化料以及毛竹材不同竹龄（4、5、6年）和不同部位（梢部、中部和基部）炭化料的热值和工业分析参数，分析不同竹种、竹龄和竹材不同部位炭化料热值与固定碳、挥发分和灰分含量之间的关系。通过SPSS软件对热值与固定碳、挥发分和灰分含量之间的相关性进行鉴定和分析，根据竹炭热值与竹材炭化料固定碳含量和炭化温度之间的关系推导热值计算的经验公式。结果: 24种竹材竹炭热值为27.94~32.98 kJ·g-1，平均值为31.10 kJ·g-1，标准差为1.11，固定碳含量为75.35%~92.59%，平均值为85.87%，标准差为3.65，灰分含量为3.34%~15.98%，平均值为7.21%，挥发分含量平均值为6.91%；2~13年生毛竹竹炭热值为30.93~33.81 kJ·g-1，固定碳、灰分和挥发分含量的标准差均在5以下；4、5、6年竹龄毛竹炭化料各部位热值绝对差异在1.38 kJ·g-1以内，相对差异在3%以内。竹炭的高位热值与固定碳含量呈正相关、与灰分含量呈负相关，通过试验以及整理归纳大量竹炭炭化温度与热值、理化性能的测试数据，推导出竹炭热值（Q）与其炭化温度（T）和相应的固定碳含量（C）之间换算的经验公式。结论: 1）不同竹种炭化料热值和工业分析参数存在显著差异，取决于不同竹种各自的结构特性，相同竹种炭化料，木质素含量较高的基部热值高于中部和梢部，竹龄和生长部位对热值和工业分析参数变化无明显影响；2）竹材炭化料热值与固定碳、灰分含量之间呈线性关系，其中热值与固定碳含量呈显著正相关、与灰分含量呈显著负相关，热值（Q）与固定碳含量（C）的经验公式以及固定碳含量与其相对应炭化温度（T）的经验公式为Q=0.001 8C2-0.111C+28.099（R2=0.72）、C=26.934lnT-93.122（R2=0.88）。

来源：2021年第7期

《林业科学》期刊编辑部

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