本篇文章是由《河南农业大学学报》农业期刊，本刊是河南农业大学主办的综合性学术刊物，主要刊登有关作物育种、园林科学、动物科学、农业工程、资源与环境科学、信息与管理科学等方面的学术论文。读者对象为科技工作者及高等院校师生等。
我国是农业生产大国，每年农业收获后产生的大量农作物秸秆废料被焚烧，不仅污染环境，而且造成资源浪费。若能将农作物秸秆回收利用，既保护了环境又实现了资源的有效利用。采用碳化工艺将秸秆制成炭是一种有前景的利用方式，如制活性炭、无烟烧烤炭等。任何碳含量较高且价格低廉的材料均可作为生产活性炭的原料，农作物秸秆在除灰后可制成高质量的活性炭。随着对环保问题的日趋重视和人民生活品质的不断提高，各行业对活专业提供专业论文准备和发表教育论文的服务,欢迎光临]性炭的需求逐年增加，这也给秸秆炭的利用提供了市场。
目前，对秸秆物料在化学、物理特性方面的研究包括：工业分析、低位发热量、元素分析、全水分、堆积密度、外摩擦角、静态堆积角等[1，2]。对麦秸、饲草等软茎秆秸秆的拉伸强度、弹性模量、剪切强度等物理特性和松散原料物理特性的研究也较多[3，4]， 如小麦、玉米、大豆等作物[5-10]。这些研究为秸秆类生物质原料的储存、输送、加工等提供了基础数据。研究者大多对秸秆物料的理化特性进行了研究[11-14]，而对秸秆经碳化工艺制成秸秆炭的理化特性参数进行研究，还未见报道。
本试验选取3种秸秆炭作为研究对象，分别对其全水分、堆积密度、堆积角、摩擦系数、流动特性等物理特性和发热量、工业分析等化学特性进行试验，旨在为秸秆类生物质炭的储存、输送、加工等系统设计和选型提供基础性参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选取新疆南疆极旱地区当年的棉花秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆3种生物质原料秸秆炭作为研究对象。
1.2 试验仪器
HLP型粉碎机(筛孔径10 mm，北京环亚天元机械有限公司);马弗炉(上海市实验仪器总厂);XP204型分析天平(精度0.01 mg)、JJ200B 型电子天平(精度0.001 g)(瑞士梅特勒-托利多公司);101-1A型电热鼓风干燥箱、标准样品分析筛(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司);堆积密度测量仪(自制，容积为3 L，有效直径125 mm，有效高度200 mm)、堆积角测量仪(自制);HZJ型振动平台(新乡伟达振动设备有限公司);外摩擦系数测定仪(自制);角度尺;游标卡尺;ZJ-2型等应变直剪仪;计时器;托盘等。
1.3 试验方法
将收集的秸秆除去根部、茎秆表面泥土后，用铡草机切成小段，再用粉碎机粉碎过筛。将秸秆粉称重后放入马弗炉内密闭热解。热解工艺参数：升温速率10 ℃/min、热解温度450 ℃和保温时间1 h。热解后残炭用研钵破碎。
采用GB/T 212—2001方法测定工业分析组成，全水分采用《NY/T 1881.2—2010生物质固体成型燃料试验方法全水分》测定，堆积密度采用《NY/T 1881.6—2010生物质固体成型燃料试验方法堆积密度》测定，堆积角采用《JB/T 9014.7—1999连续输送设备散粒物料堆积角的测定》测定，摩擦系数采用《JB/T 9014.9—1999连续输送设备散装物料外摩擦系数的测定》测定，流动特性采用Carr流动性指数法评价流动性能，发热量采用《NY/T 12—1985生物质燃料发热量测试方法》测定。
2 结果与分析
2.1 物理特性
2.1.1 全水分 全水分是生物质原料能源转化利用的重要因素之一，水分在10%～25%的生物质原料易于成型。称取秸秆炭400 g测量全水分，经碳化工艺处理后，3种秸秆炭含水率均在10%左右，棉秆炭为10.125%、玉米秆炭为9.782%、稻秸炭为9.253%，均属于易于加工成型的原料。
2.1.2 堆积密度 不同秸秆炭堆积密度有一定的差异，棉秆炭为421 kg/m3，玉米秆炭为468 kg/m3， 稻秸炭为543 kg/m3。由于秸秆物料成分不同，棉秆中含有的木质素最高，热解成秸秆炭的固体剩余物较高，相对其他两种秸秆挥发分较少，棉秆炭堆积密度较其他两种秸秆炭小。
2.1.3 堆积角 不同秸秆炭静态堆积角有一定的差异。静态堆积角越大，流动性就越差。3种秸秆炭堆积角分别为棉秆炭58.16°、玉米秆炭59.83°、稻秸炭61.45°，都属于流动性较差的物料。
2.1.4 摩擦系数 外摩 专业提供专业论文准备和发表教育论文的服务,欢迎光临]擦系数对摩擦、磨损机理的研究和秸秆炭加工设备的选用均有参考价值。由表1可知，3种秸秆炭的最大静摩擦系数均大于滑动摩擦系数，与金属的摩擦系数小于与橡胶的摩擦系数。
2.1.5 流动特性 3种秸秆炭的静态堆积角在58.16°～61.45°，均属于流动性较差的原料。采用Carr流动性指数法评价其流动性能。Carr指数法采用堆积角、压缩率、板勺角、均匀度来评价原料的流动性[15]。流动性指数范围在69～76之间，属于流动性一般的材料。结果可知，3种秸秆炭的的流动性指数为棉秆炭69.1、玉米秆炭75.2、稻秸炭71.6。
2.2 化学特性
研究秸秆炭的发热量和工业分析，都以秸秆炭的干燥基为基准。
2.2.1 发热量 生物质原料能源化利用的重要评价指标之一是发热量，3种秸秆炭的发热量分别为棉秆炭26.53 MJ/kg、玉米秆炭24.62 MJ/kg，稻秸炭23.27 MJ/kg。3种秸秆炭的发热量有一定的差异，以棉秆炭的最高，稻秸炭的发热量最低。
2.2.2 工业分析 工业分析包括：水分、灰分、挥发分和固定炭含量。在3种秸秆炭中，稻秸炭的灰分含量最高(12.65%);玉米秆炭的挥发分最高(31.87%);棉秆炭的固定炭含量最高(65%)，这可能和工艺条件有关。秸秆炭可根据不同秸秆原料，选择合适的碳化工艺，提高固定炭含量。
3 小结
本试验结果表明，棉秆炭、玉米秆炭和稻秸炭的物理特性和化学特性各有差异，含水率均在10%左右，易于加工成型;堆积密度以稻秸炭最大，玉米秆炭次之，棉秆炭最小;3种秸秆炭的堆积角较大，属于流动性较差的物料;不同种类的秸秆炭最大静摩擦系数均大于滑动摩擦系数，与金属的摩擦系数小于与橡胶的摩擦系数，外摩擦系数以棉秆炭最大，玉米秆炭次之，稻秸炭最小;发热量以棉秆炭最高，稻秸炭最低;灰分以稻秸炭最高;挥发分以玉米秆炭最高;棉秆炭中的固定炭含量最高。
在加工生产过程中，建议针对不同秸秆炭要充分考虑原料自身特点，优化碳化工艺参数，设计合理的碳化、加工秸秆炭设备专业提供专业论文准备和发表教育论文的服务,欢迎光临]本研究仅选择了3种秸秆炭进行研究，材料较少。在今后的研究中，要选择更多的秸秆炭种类进行分析，从而为大规模工业化生产的秸秆炭提供理论依据。
参考文献：
[1] 田宜水，姚宗路，欧阳双平，等.切碎农作物秸秆理化特性试验[J].农业机械学报，2011，42(9)：124-128，145.
[2] 姚宗路，赵立欣，RONNBACK M，等.生物质颗粒燃料特性及其对燃烧的影响分析[J].农业机械学报，2010，41(10)：97-102.
[3] 张桂花，汤楚宙，熊远福，等.包衣稻种物理特性的测量及其应用[J].湖南农业大学学报(自然科学版)，2004，30(1)：68-70.
[4] 郭 胜，赵淑红，杨悦乾，等.除芒稻种摩擦特性测量[J].东北农业大学学报，2010，41(7)：118-121.
[5] 谢晓旭.煤粉流动特性试验研究[D].南京：东南大学，2007.
[6] MOLENDA M， THOMPSON S A， ROSS L J. Friction of wheat on corrugated and smooth galvanized steel surfaces[J]. Journal of Agricultural Engineering Research， 2000， 77(2)： 209-219.
[7] SUBRAMANIAN S， VISWANATHAN R. Bulk density and friction coefficients of selected minor millet grains and flours[J]. Journal of Food Engineering， 2007， 81(1)： 118-126.
[8] SINGH K K， GOSWAMI T K. Mechanical properties of cumin seed (Cuminum cyminum Linn.) under compressive loading[J]. Journal of Food Engineering， 1998，36(3)：311-321.
[9] ROSENTRATER K A， RICHARD T L， BERN C J， et al. Economic simulation modeling of reprocessing alternatives for cornmesa byproducts[J]. Resources， Conservation and Recycling， 2003， 39(4)： 341-367.
[10] 孟海波，韩鲁佳.秸秆物料的特性及其加工利用研究现状与应用前景[J].中国农业大学学报，2003，8(6)：38-41.