玉米秸秆纤维基地膜原料制取工艺技术研究

摘要

中国农作物秸秆资源丰富，近年来却多被作为废弃物弃于田间焚烧，对环境造成许多不良影响，类似这种浪费资源并引起严重环境污染的现象使高值化综合利用秸秆成为亟待解决的问题。将农作物秸秆作为主要原料，制备可完全降解的植物纤维和可完全降解植物纤维地膜，使秸秆高值化利用，是解决农作物秸秆废弃物污染的有效途径。本研究以玉米秸秆为原料，采用机械加工方法，通过玉米秸秆皮瓤不分离的全秆和皮瓤分离后的玉米秸秆皮制取玉米秸秆纤维地膜原料工艺参数优化试验研究、两种制取方法在优化工艺条件下所得纤维原料比较研究，探索利用玉米秸秆制取植物纤维基地膜原料的最优工艺，在此基础上，实施了玉米秸秆纤维基地膜覆盖栽培哈椒田间小区比较试验，为制造和改善满足旱作有机栽培要求的可完全降解玉米秸秆植物纤维基地膜提供参考依据。本文在“十二五”国家科技支撑计划项目“秸秆基农用膜成型工艺与设备研究(2012BAD32B02-5)”的支持下开展的，取得的主要成果包括: 以玉米秸秆为原料，利用D200型秸秆纤维制取机，采用4因素5水平二次正交旋转中心组合试验方法，分别以秸秆粒度、秸秆常温水浸泡时间、秸秆纤维制取机的工作温度、秸秆纤维制取机的加工转速为影响因素，以纤维得率、纤维初始叩解度、纤维长宽比为目标函数，对玉米秸秆全秆制取玉米秸秆纤维原料工艺参数进行了优化试验研究。设定目标为:可获得纤维得率高于95％、初始叩解度大于11°SR、长宽比大于50的玉米秸秆纤维基地膜原料，结果表明，满足秸秆纤维地膜技术要求的玉米秸秆全秆制取纤维的最优工艺参数组合为:秸秆粒度6～8 cm、浸泡时间18 h、工作温度81～89℃、加工转速110r/min。 以玉米秸秆皮瓤分离后的秸秆皮为原料，采用与1）同样的方法，对玉米秸秆皮制取玉米秸秆纤维地膜原料工艺参数进行了优化试验研究。结果表明，满足与1）相同目标的玉米秸秆皮制取纤维的最优工艺参数组合为:在秸秆粒度11～12 cm、浸泡时间24 h、工作温度65～80℃、加工转速98 r/min。 采用比较试验方法对最优工艺条件下所得的玉米秸秆全秆纤维和玉米秸秆皮纤维进行比较研究，研究结果表明:玉米秸秆全秆纤维的平均抗张指数为3.520 N·m/g，玉米秸秆皮纤维的平均抗张指数为4.619 N·m/g，二者平均抗张指数有显著差异;在整个打浆过程中，玉米秸秆皮纤维比玉米秸秆全秆纤维的纤维打浆度高且湿重小。 通过系统综合分析，确定了利用玉米秸秆制取植物纤维基地膜原料的最优工艺技术。 采用田间比较试验方法研究玉米秸秆纤维地膜与其他地膜之间抑草性能、保墒性能、保温性能以及植株高度和果实产量的差异，结果表明:玉米秸秆全秆纤维地膜覆盖栽培的杂草生长量极显著少于裸地栽培，玉米秸秆全秆纤维地膜的抑草性能显著优于传统塑料地膜，其土壤墒情、植株高度和果实产量均显著优于裸地栽培，其保温性能显著低于传统塑料地膜，与裸地相当，玉米秸秆纤维地膜满足农作物有机栽培要求。 研究结果表明:遵循高产高效、高质、环保、节能和操作简单的原则，利用玉米秸秆全秆（不进行皮瓤分离）制取玉米秸秆纤维基地膜原料是切实可行的。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 农作物秸秆综合利用现状

1．2．2 玉米全秆及玉米秸秆皮综合利用研究现状

1．2．3 玉米秸秆纤维综合利用研究现状

1．2．4 可降解地膜的研究现状

1．3 研究的主要内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 研究内容

1．4 研究技术路线

1．5 预期研究成果

2 玉米全秆制取植物纤维基地膜原料工艺参数优化试验

2．1 试验材料、仪器设备和试验方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验仪器设备

2．1．3 试验方法

2．1．4 试验步骤

2．1．5 性能指标的测定

2．2 试验结果与分析

2．2．1 试验结果

2．2．2 试验结果分析

2．2．3 参数优化分析与验证试验

2．3 小结

3 玉米秸秆皮制取植物纤维地膜原料工艺参数优化试验

3．1 试验材料、设备仪器和试验方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验仪器设备

3．1．3 试验方法

3．1．4 试验步骤

3．1．5 性能指标的测定

3．2 试验结果及分析

3．2．1 试验结果

3．2．2 试验结果分析

3．2．3 参数优化分析与验证试验

3．2．4 两种纤维制取验证试验对比分析

3．3 小结

4 两种纤维性能比较试验

4．1 试验材料及仪器设备

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验设备和仪器

4．2 试验方法

4．3 试验步骤

4．4 试验性能指标

4．5 试验结果对比分析

4．5．1 两种纤维工艺参数

4．5．2 两种纤维打浆度与湿重

4．5．3 两种纤维抗张指数

4．6 小结

5 玉米秸秆制取植物纤维基地膜原料工艺研究

5．1 玉米秸秆植物纤维基地膜原料制取工艺路线的选取

5．2 小结

6 玉米秸秆纤维基地膜覆盖栽培哈椒试验

6．1 材料与方法

6．1．1 材料

6．1．2 方法

6．1．3 仪器设备

6．2 结果与讨论

6．2．1 试验数据与结果

6．2．2 试验结果与分析

6．3 讨论

6．4 小结

7 结论与创新点

7．1 结论

7．2 创新点

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文