CN112876318A - 一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法 - Google Patents

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CN112876318A CN202110089886.1A CN202110089886A CN112876318A CN 112876318 A CN112876318 A CN 112876318A CN 202110089886 A CN202110089886 A CN 202110089886A CN 112876318 A CN112876318 A CN 112876318A
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王焦
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马爱娟
王宝华
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Abstract

本申请涉及碱性土质植物复绿领域，具体公开了一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，采用玉米芯和植物纤维素为原料发酵制得，发酵过程中还加入了HM腐熟剂，所述植物纤维素选自羟烷基醚类纤维素和羧烷基醚类纤维素中的一种或多种。本申请提高了客土层的保肥能力，提高了植物的成活率。

Description

一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法
技术领域
本申请涉及碱性土质植物复绿领域，更具体地说，它涉及一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法。
背景技术
随着我国生态文明与经济的发展，我国已进入生态环境建设的高峰期。在西北干旱地区采矿挖矿遗留下的平台、掌子面及顺坡倾倒矿渣形成的坡面未做任何处理，使得大面积地面裸露，植被被破坏，不仅破坏了地表原有植被，还导致了严重的水土流失和生态环境失衡。
为了恢复坡面植被覆盖率，维护生态平衡，对边坡进行绿化，目前广泛采用喷播复绿的方法，用喷播机将客土、肥料、保水剂、粘合剂、种子等构成的泥浆喷射到边坡上形成客土层，植物在其中发芽生长，形成植被覆盖边坡，达到绿化效果。若只喷射泥浆，改变不了原坡面的酸碱度，植物成活率较低，因此需要在泥浆中加入糠醛渣。
糠醛渣是由生物质类物质水解生产糠醛产生的生物质类废弃物，生物质类物质如玉米芯、玉米秆、稻壳、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分。糠醛渣富含维生素、木质素和少量的硫酸，可以对碱性坡面进行改良，改变土壤结构，增快植物的生长速度，提高植物生长成活率。
针对上述相关技术，发明人在实际使用中发现：当前市售的糠醛渣在用于碱性土质植物复绿时与客土、保水剂、粘合剂等的相容性较差，使客土层肥效保存能力差。
发明内容
为了解决糠醛渣与客土、保水剂、粘合剂等的相容性较差导致客土层保肥能力差的问题，本申请提供一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法。
本申请提供的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法采用如下的技术方案：
一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，采用玉米芯和植物纤维素为原料发酵制得，发酵过程中还加入了HM腐熟剂，所述植物纤维素选自羟烷基醚类纤维素和羧烷基醚类纤维素中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，采用植物纤维素能够使HM腐熟剂更易与氧气接触，促进玉米芯和植物纤维素的发酵，提高糠醛渣中有机质的含量，且羟烷基醚类纤维素和羧烷基醚类纤维素与HM腐熟剂协同作用，能够提高制得的糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使客土层内的糠醛渣分布更均匀，提高了客土层的保水保肥能力。
优选的，所述植物纤维素与HM腐熟剂的重量比为1：(0.001-0.0025)。
通过采用上述技术方案，通过控制HM腐熟剂与植物纤维素的质量比，促进植物纤维素与HM腐熟剂的协同作用效果，以进一步提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，以提高客土层的保水保肥能力。
优选的，所述玉米芯与植物纤维素的重量比为1：(0.03-0.05)。
通过采用上述技术方案，通过控制玉米芯与植物纤维素之间的配比，使植物纤维素与玉米芯配合发酵效果较好。
优选的，碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法还包括糠醛渣的后处理，后处理的方法为：将制得的糠醛渣清洗、烘干，接着经碱处理后与氢氧化钠溶液、环氧烷类化合物充分混合，经过滤、清洗即可。
通过采用上述技术方案，通过对糠醛渣进行后处理，增加了糠醛渣表面的不饱和键且使糠醛渣成为多孔结构，进一步提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使客土层的保水保肥能力得到提升。
优选的，所述环氧烷类化合物为环氧丙烷和环氧氯丙烷的混合物。
通过采用上述技术方案，采用环氧丙烷与环氧氯丙烷复配，使糠醛渣的孔结构分布更均匀，提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，从而提高了客土层的保肥能力。
优选的，所述环氧丙烷和环氧氯丙烷的重量比为(0.45-0.7)：1。
通过采用上述技术方案，通过控制环氧丙烷与环氧氯丙烷的配比，进一步使糠醛渣的孔分布均匀，使糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性得到提高。
优选的，所述环氧氯丙烷为改性环氧氯丙烷，改性环氧氯丙烷的制备方法为：将依次与乙醇溶液、氧化钠溶液反应后的羟甲基纤维素在50-60℃下与环氧氯丙烷反应，经中和、过滤、洗涤、烘干制得改性环氧氯丙烷，所述环氧氯丙烷、羟甲基纤维素、乙醇溶液、氢氧化钠溶液的重量比为1：(0.15-0.35)：(3-4)：(0.1-0.3)。
通过采用上述技术方案，通过对环氧氯丙烷进行改性，提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性。
优选的，碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法包括以下步骤：将玉米芯、植物纤维素和HM腐熟剂混合均匀后堆成锥形堆体进行发酵，定时测试锥形堆体的温度，当温度高于50℃时即进行翻堆，后继续进行发酵，当锥形堆体温度不再升高时即制得糠醛渣。
通过采用上述技术方案，通过植物纤维素与HM腐熟剂协同作用，提高制得的糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使客土层内的糠醛渣分布更均匀，提高了客土层的保水保肥能力。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用羟烷基醚类纤维素和羧烷基醚类纤维素与HM腐熟剂协同作用，能够提高制得的糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使客土层内的糠醛渣分布更均匀，提高了客土层的保水保肥能力。
2、本申请中优选通过对糠醛渣进行后处理，增加了糠醛渣表面的不饱和键且使糠醛渣成为多孔结构，进一步提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使客土层的保水保肥能力得到提升。
具体实施方式
以下结合制备例和实施例对本申请作进一步详细说明，各制备例、实施例所用原料见表1。
表1.制备例、实施例原料来源
Figure BDA0002912027120000031
改性环氧氯丙烷的制备例
制备例1
一种改性环氧氯丙烷，制备步骤为：
在3g羟甲基纤维素中加入80g浓度为95wt％的乙醇溶液搅拌10min，接着加入4g浓度为2wt％的氢氧化钠溶液，后在25℃下反应1h得到反应液，将全部反应液加入20g环氧氯丙烷中后在50℃下搅拌2h，然后滴加浓度为36wt％的冰醋酸调节pH至7，过滤后用30mL浓度为70wt％的异丙醇溶液清洗三次，后在30℃下真空干燥制得改性环氧氯丙烷。
所述浓度为95％的乙醇溶液为以购买的无水乙醇为原料配制的乙醇水溶液，所述浓度为2wt％的氢氧化钠溶液为以购买的氢氧化钠为原料配制的氢氧化钠水溶液，所述浓度为36wt％的冰醋酸为以购买的冰醋酸为原料配制的冰醋酸水溶液。
制备例2-3
制备例2-3均以制备例1为基础，与制备例1的区别仅在于：所用原料配比及反应条件不同，具体见表2。
表2.制备例1-3原料组成配比和反应条件
Figure BDA0002912027120000041
实施例
实施例1
一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，包括以下步骤：
将10kg玉米芯、200g羟乙基纤维素和1g HM腐熟剂混合均匀后堆成锥形堆体，保持环境温度为25℃，锥形锥体的底面直径为1m，在锥形锥体上覆盖PE塑料布进行堆积发酵，每隔4h测试一次堆体的温度，当温度高于50℃时即进行翻堆，后使锥形堆体覆盖PE塑料布继续进行堆积发酵，直至堆体温度不再升高即制得碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣。所述PE塑料布购自沈阳励德隆塑料制品有限公司。
实施例2-4
实施例2-4与实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：所用植物纤维素的种类不同，具体见表3。
表3.实施例2-4植物纤维素种类
实施例 植物纤维素种类
实施例1 羟乙基纤维素
实施例2 羧甲基纤维素
实施例3 羟甲基纤维素和羧甲基纤维素按1：1的重量比混合
实施例4 羟甲基纤维素
实施例5-7
实施例5-7均以实施例1为基础，与实施例1的区别仅在于：植物纤维素与HM腐熟剂的重量比不同，具体见表4。
表4.实施例5-7植物纤维素与HM腐熟剂重量比
实施例 实施例5 实施例6 实施例7
羟乙基纤维素：HM腐熟剂(重量比) 1：0.001 1：0.0025 1：0.002
实施例8-9
实施例8-9均以实施例7为基础，与实施例7的区别仅在于：玉米芯与植物纤维素的重量比不同，具体见表5。
表5.实施例8-9玉米芯与植物纤维素重量比
实施例 实施例8 实施例9
玉米芯：植物纤维素(重量比) 1：0.05 1：0.03
实施例10
一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，还包括糠醛渣的后处理步骤，后处理的方法为：将实施例1制得的糠醛渣用40kg水清洗3遍后在40℃下烘干，接着使用30kg浓度为20wt％的氢氧化钠溶液浸泡10h后清洗至中性，后在45℃下将糠醛渣烘干，在烘干后的糠醛渣中同时加入100g浓度为10wt％的氢氧化钠溶液及30kg环氧丙烷，搅拌条件下反应3h后过滤，接着用40kg水清洗5遍，后在45℃下烘干即制得后处理后的糠醛渣。所述浓度为10wt％、20wt％的氢氧化钠溶液均为以购买的氢氧化钠为原料配制的氢氧化钠水溶液。
实施例11
实施例11以实施例10为基础，与实施例11的区别仅在于：以等量的环氧丙烷代替环氧氯丙烷。
实施例12
实施例12以实施例11为基础，与实施例11的区别仅在于：以环氧丙烷和环氧氯丙烷的混合物代替环氧氯丙烷，环氧丙烷和环氧氯丙烷的重量比为1：1。
实施例13-14
实施例13-14均以实施例12为基础，与实施例12的区别仅在于：环氧丙烷和环氧氯丙烷的重量比不同，具体见表6。
表6.实施例13-14环氧丙烷和环氧氯丙烷的重量比
实施例 实施例13 实施例14
环氧丙烷：环氧氯丙烷(重量比) 0.7：1 0.45：1
实施例15-17
实施例15-17均以实施例14为基础，与实施例14的区别仅在于：所用环氧氯丙烷为改性环氧氯丙烷，改性环氧氯丙烷的来源不同，具体见表7。
表7.实施例15-17改性环氧氯丙烷来源
实施例 实施例15 实施例16 实施例17
改性环氧氯丙烷来源 制备例1 制备例2 制备例3
对比例
对比例1
对比例1以实施例2为基础，与实施例2的区别仅在于：以等量的玉米芯代替HM腐熟剂。
对比例2
对比例2以实施例2为基础，与实施例2的区别仅在于：以等量的玉米芯代替植物纤维素。
应用例
应用例1
采用上述实施例1制得的糠醛渣制备客土层，取100g糠醛渣与830g客土、10g复合肥、10g有机肥、1g粘合剂、50g水、20g高次稳定剂、10g保水剂、10g木质纤维混合后制得客土层浆料。
所述客土的货号为545544111，购自石狮市滔隆日用品商行；
所述复合肥为AYZS型高塔复合肥，购自安阳中盛肥业科技有限责任公司；
所述有机肥的型号为NY525-2012，购自内蒙古桑谷农业有限公司；
所述粘合剂的型号为SANFOFERGER 3005KM，购自河南恒睿机械制造有限公司；
所述高次稳定剂购自河南淳博化工产品有限公司；
所述保水剂的货号为003，购自河北智胜化工有限公司；
所述木质纤维的型号为H-500，购自禄丰青青防水材料厂。
应用例1-17、对比应用例1-3
应用例1-17、对比应用例1-3均以应用例1为基础，与应用例1的区别仅在于：糠醛渣来源不同，具体见表8。
表8.应用例1-17、对比应用例1-2糠醛渣来源
应用例1 实施例1 应用例11 实施例11
应用例2 实施例2 应用例12 实施例12
应用例3 实施例3 应用例13 实施例13
应用例4 实施例4 应用例14 实施例14
应用例5 实施例5 应用例15 实施例15
应用例6 实施例6 应用例16 实施例16
应用例7 实施例7 应用例17 实施例17
应用例8 实施例8 对比应用例1 对比例1
应用例9 实施例9 对比应用例2 对比例2
应用例10 实施例10
对比应用例3
对比应用例3以应用例1为基础，与应用例1的区别仅在于：所用糠醛渣购自日照苔上海洋生物科技有限公司，货号为18004。
检测方法
1、按照NY/T 1971-2010《水溶肥料腐殖酸含量的测定》分别对实施例1-17、对比例1-2制得的糠醛渣的腐殖酸含量进行测定，测试结果见表9。
2、按照GB 9834-1988《土壤有机质测定法》分别对实施例1-17、对比例1-2制得的糠醛渣的有机质含量进行测试，测试结果见表9。
3、按照GB/T 22923-2008《肥料中氮、磷、钾的自动分析仪测定法》分别对实施例1-17、对比例1-2制得的糠醛渣中的N含量、P2O5含量和KO2含量进行测定，测试结果见表9。
表9.实施例1-17、对比例1-2成分含量
Figure BDA0002912027120000071
4、分别将应用例1-17、对比应用例1-3客土层浆料喷射于碱性土质地面上，制得客土层试样，喷射厚度为10cm，所述碱性土质地面为2019年7月宁夏银川市贺兰山地区主佛沟的土壤，土壤的pH值为9.5，碱性土质地面的长宽高均为30cm。喷射完成后将试样放入恒温恒湿试验箱中，保持试验箱温度为25℃，相对湿度为60％。
放入试验箱1天后进行氮、磷、钾初始含量测试分别记为N1、P1和K1，接着每3个月进行一次氮、磷、钾含量测试，共进行2次测试分别记为N2、P2、K2和N3、P3、K3，并计算相对于氮、磷、钾初始含量的损失率，计算结果见表10-1。
客土层的氮磷钾含量测试方法为：取50g研磨后通过1mm筛的客土层样品，按照GB7173-83规定的测试方法对客土层的全氮含量进行测试；取50g研磨后通过1mm筛的客土层样品，按照GB 9837-1988规定的测试方法对客土层的全磷含量进行测试；取50g研磨后通过1mm筛的客土层样品，按照GB 9836-88规定的测试方法对客土层的全钾含量进行测试。
氮含量的损失率＝(当次氮含量-初始氮含量)/初始氮含量×100％；
磷含量的损失率＝(当次磷含量-初始磷含量)/初始氮含量×100％；
钾含量的损失率＝(当次钾含量-初始钾含量)/初始氮含量×100％。
5、分别将应用例1-17、对比应用例1-3客土层浆料喷射于碱性土质地面上，制得客土层试样。喷射厚度为10cm，所述碱性土质地面为2019年7月宁夏银川市贺兰山地区主佛沟的土壤，土壤的pH值为9.5，碱性土质地面的长宽高均为30cm。喷射完成2天后将试样放入温度为25℃、相对湿度为60％的恒温恒湿试验箱中5天，后取100g客土层在研钵中研磨10min，将研磨后的客土层放入烧杯中后加入30g蒸馏水，接着搅拌10min，然后将烧杯内的客土层全部倒入200目的筛网下静置50min后放入培养皿中，并称量客土层和培养皿的质量和记为M1，将装有客土层的培养皿放入55℃的烘箱中，4h后取出称量客土层和培养皿的质量和记为M2，客土层的失水率为(M2-M1)/M1×100％，测试结果见10-2。
6、分别将应用例1-17、对比应用例1-3的客土层浆料喷射于碱性土质地面上，喷射厚度为10cm，所述碱性土质地面为2019年3月在宁夏银川市贺兰山地区主佛沟的地面，土壤的pH值为9.5。喷射后两天进行216株月季苗的种植，月季苗的品种为丰花月季，苗高为45-50cm，种植时12株/mm2，月季苗购自青州市高旺花卉苗木有限公司，种植后每隔3天浇一次水，每株月季苗一次浇水200mL，60天后记录月季成活率，月季成活率见表10-3。
表10-1.应用例1-17、对比应用例1-3氮磷钾含量损失率
Figure BDA0002912027120000081
Figure BDA0002912027120000091
表10-2.应用例1-17、对比应用例1-3失水率
应用例 客土层失水率(％) 应用例 客土层失水率(％)
应用例1 20.37 应用例11 18.31
应用例2 20.39 应用例12 17.64
应用例3 20.38 应用例13 17.17
应用例4 20.37 应用例14 17.16
应用例5 20.15 应用例15 16.32
应用例6 20.14 应用例16 16.31
应用例7 20.14 应用例17 16.31
应用例8 19.81 对比应用例1 29.65
应用例9 19.81 对比应用例2 29.58
应用例10 18.32 对比应用例3 31.54
表10-3.应用例1-17、对比应用例1-3月季成活率
应用例 月季成活率(％) 应用例 月季成活率(％)
应用例1 97.35 应用例11 98.41
应用例2 97.27 应用例12 98.53
应用例3 97.35 应用例13 98.95
应用例4 97.34 应用例14 98.97
应用例5 97.68 应用例15 99.87
应用例6 97.69 应用例16 99.87
应用例7 97.69 应用例17 99.91
应用例8 97.99 对比应用例1 79.35
应用例9 99.99 对比应用例2 80.01
应用例10 98.37 对比应用例3 79.99
分析上述数据可知：
对比对比例1-3和实施例1-2的数据、对比应用例1-3和应用例1-2的数据可知，采用植物纤维素能够使HM腐熟剂更易与氧气接触，促进玉米芯和植物纤维素的发酵，提高糠醛渣中有机质的含量，且羟烷基醚类纤维素和羧烷基醚类纤维素与HM腐熟剂协同作用，能够促进糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间实现分子间的交联，提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使客土层内的糠醛渣分布更均匀，提高了客土层的保肥能力，且促进了客土层的保水能力，提高了植物的成活率。
对比应用例5-7和应用例4的数据可知，HM腐熟剂与植物纤维素的质量比为1：(0.001-0.0025)时，植物纤维素与HM腐熟剂的协同作用较好，提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使客土层的保肥能力得到提高，提高了植物的成活率。
对比实施例8-9和实施例7、应用例8-9和应用例7的数据可知，控制玉米芯与植物纤维素之间的配比，能够促进植物纤维素与玉米芯配合发酵的效果较好，且能够与发酵得到的纤维素相互交联，形成缔合网络结构，使制得的糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂的分子相互交联，提高了客土层的保肥保水能力，提高了植物的成活率。
对比应用例10-11和应用例9的数据可知，通过对糠醛渣进行后处理，增加了糠醛渣表面的不饱和键且使糠醛渣成为多孔结构，从而提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，使糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂的分子均匀交联，提高了客土层的保水保肥能力，提高了植物的成活率。
对比应用例12与应用例11的数据可知，环氧丙烷与环氧氯丙烷复配，能够相互作用使糠醛渣的孔结构分布更均匀，进一步提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间交联的均匀性，从而提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，提高了客土层的保水保肥能力，提高了植物的成活率。
对比应用例13-14与应用例12的数据可知，通过控制环氧丙烷与环氧氯丙烷的配比，进一步使糠醛渣的孔分布且使孔径分布均匀，促进了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的交联效果，使糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性得到提高，提高了客土层的保水保肥能力，提高了植物的成活率。
对比应用例15-17与应用例12的数据可知，通过对环氧氯丙烷进行改性，环氧氯丙烷能够与羧甲基纤维素交联，促进了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的交联，提高了糠醛渣与客土、肥料、保水剂和粘合剂之间的相容性，从而进一步提高了客土层的保水保肥能力，提高了植物的成活率。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，采用玉米芯和植物纤维素为原料发酵制得，其特征在于：发酵过程中还加入了HM腐熟剂，所述植物纤维素选自羟烷基醚类纤维素和羧烷基醚类纤维素中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，其特征在于：所述植物纤维素与HM腐熟剂的重量比为1：（0.001-0.0025）。
3.根据权利要求1所述的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，其特征在于：所述玉米芯与植物纤维素的重量比为1：（0.03-0.05）。
4.根据权利要求1所述的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，其特征在于，还包括糠醛渣的后处理，后处理的方法为：将制得的糠醛渣清洗、烘干，接着经碱处理后与氢氧化钠溶液、环氧烷类化合物充分混合，经过滤、清洗即可。
5.根据权利要求4所述的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，其特征在于：所述环氧烷类化合物为环氧丙烷和环氧氯丙烷的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，其特征在于：所述环氧丙烷和环氧氯丙烷的重量比为（0.45-0.7）：1。
7.根据权利要求4所述的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，其特征在于，所述环氧氯丙烷为改性环氧氯丙烷，改性环氧氯丙烷的制备方法为：将依次与乙醇溶液、氧化钠溶液反应后的羟甲基纤维素在50-60℃下与环氧氯丙烷反应，经中和、过滤、洗涤、烘干制得改性环氧氯丙烷，所述环氧氯丙烷、羟甲基纤维素、乙醇溶液、氢氧化钠溶液的重量比为1：（0.15-0.35）：（3-4）：（0.1-0.3）。
8.根据权利要求1所述的一种碱性土质植物复绿喷播用糠醛渣的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将玉米芯、植物纤维素和HM腐熟剂混合均匀后堆成锥形堆体进行发酵，定时测试锥形堆体的温度，当温度高于50℃时即进行翻堆，后继续进行发酵，当锥形堆体温度不再升高时即制得糠醛渣。
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