Summary
פרוטוקול עבור דלדול הפליטה מקודמן ביומסה באיכות נמוכה על ידי מיקרוגל טמפרטורה נמוכה בסיוע הידרותרמי טיפול בקרנון מוצג. פרוטוקול זה כולל את הפרמטרים של המיקרוגל ואת הניתוח של מוצר ביו-פחם והדפסת מים.
Abstract
ביומסה הוא דלק בר קיימא, כמו שיתוף הפליטות שלה2 משולבים מחדש בצמיחה ביומסה. עם זאת, מראש מקדם אורגניים ביומסה לגרום להשפעה סביבתית שלילית מערך הסיגים. הסיבוב הקצר שנבחר coppice (SRC) עץ ערבה יש תוכן אפר גבוה
(= 1.96%) ולכן, תוכן גבוה של פליטה וסמני מקדים. לכן, הפחתת מינרלים מ-SRC עץ ווילו על ידי מיקרוגל טמפרטורה נמוכה בסיוע הידרותרמי (MAHC) ב 150 ° c, 170 ° c, ו 185 ° c נחקר. יתרון של MAHC על פני כורים קונבנציונליים הוא מוליכות טמפרטורה אפילו במדיום התגובה, כמו מיקרוגלים לחדור את נפח הכור כולו. זה מאפשר בקרת טמפרטורה טובה יותר cooldown מהר יותר. לכן, ניתן לנתח ביעילות רצף של פירוק, המרה ותגובות לשינוי צורה. במחקר זה, ניתוח של אובדן המוני, תוכן אפר והרכב, החימום ערכים ומשן טוחנת O/C ו H/C יחס של עץ ווילו SCR מטופלת ומטופל הראה כי התוכן המינרלים של פחם MAHC הופחת ואת ערך החימום גדל. המים בתהליך הראו pH יורד והכיל furfural ו 5-מתילfurfural. טמפרטורת התהליך של 170 ° c הראתה את השילוב הטוב ביותר של קלט אנרגיה והפחתת רכיב אפר. ה-MAHC מאפשר הבנה טובה יותר של תהליך הקרבון ההידרותרמי, בעוד שיישום תעשייתי בקנה מידה גדול אינו סביר בשל עלויות ההשקעה הגבוהות.
Introduction
היישום של מיקרוגלים עבור הידרותרמי הידרופנון (mahc) שימש לשינוי תרמוכימי של תרכובות מודל ביומסה כמו פרוקטוז, גלוקוז1,2 או תאית3, עבור מצעים אורגניים, עדיף פסולת חומר4,5,6,7,8,9,10. הניצול של מיקרוגלים הוא יתרון כפי שהוא מאפשר חימום אפילו של ביומסה שטופלו2,10 בעיקר באמצעות הפסדים תרמיים של מומס מדידות11,12, למרות מיקרוגלים לעשות לא להעביר מספיק אנרגיה כדי לשבור ישירות איגרות חוב כימיות ולגרום לתגובות13. מיקרוגלים לחדור את נפח התגובה כולו של כלי הכור HTC ולהעביר את האנרגיה ישירות לחומר, אשר אינו אפשרי עם הכור קונבנציונאלי המראה שיעור חימום איטי בשל קיבולת החימום הגבוה של המעטפת פלדה ה לדגום את עצמו14. הריגוש אפילו של מולקולות המים של המדגם על ידי מיקרוגלים מאפשר בקרת תהליך משופר, כמו הטמפרטורה בכור מיקרוגל מופץ באופן שווה11,14,15 ו cooldown לאחר . התגובה הרבה יותר מהירה יתר על כן, כורים קונבנציונליים לחמם הרבה יותר לאט ואת התגובות הכימיות המתרחשים במהלך החימום יכול להטיה התוצאות המוקצות בדרך כלל לטמפרטורה הסופית. בקרת תהליך משופר בכור MAHC מאפשר פירוט מדויק של תלות בטמפרטורה של תגובות HTC שנבחרו (למשל, התייבשות או decarboxylation). יתרון נוסף של התפלגות הטמפרטורה האפילו בנפח HTC-הכור הוא הדבקה התחתון של קיבוע וחלקיקים מפוחם לחלוטין על קיר הכור הפנימי2. עם זאת, המים הם רק מרכך ממוצע הסופג המיקרו כי אפילו מראה ירידה במיקרוגל ספיגה בטמפרטורות גבוהות יותר, אשר מגביל את הטמפרטורה המקסימלית השגה. השפעה שלילית זו מפוצה כאשר חומצות מיוצרות במהלך התהליך HTC או מזרז (מינים יוניים או קוטביים) נוספו לפני הטיפול. מיקרוגל המושרה התגובות להראות תשואות מוצר גבוה יותר באופן כללי11,15 ובמיוחד של 5-hydroxyמתילפוראל (5-hmf) מ פרוקטוז בהשוואה החול-מיטה התגובה לזרז12. יש להם גם איזון אנרגיה הרבה יותר טוב ואז שיטות חימום קונבנציונלי15,16.
המושג הכימי הבסיסי של הקרבון ההידרותרמי הוא השפלה והפלקות העוקבות של ביומסה. במהלך התגובות המורכבות הללו, הרקמה מרוקנת את החמצן, מה שמגביר את ערך החימום. בתחילה, פולימרים hemicellulose ו תאית הם ידרוליזה סוכר מונמרים17, אם כי טמפרטורות נמוכות משפיעות בעיקר על hemicellulose18,19,20,21. בשלב זה מוקדם של התגובות HTC, חומצות אורגניות נוצרות מטרנספורמציה של הסוכר אלהידס והדמרחלציה של hemicellulose. חומצות אלה יכול להיות אצטית, חומצת חלב, levulinic, אקרילי או חומצה פורמית20,21,22 והם מפחיתים את ה-pH של התגובה מים בכור. בשל הדיסוציאציה, הם יוצרים יונים שליליים בחינם המגבירים את מוצר היונים במים הזורמים. מוצר יון הולך וגובר מאפשר פתרון של הקטיונים, שהם המרכיבים העיקריים של האפר ביומסה. על ידי מנגנון זה, הרקמה מרוקנת מפני פליטה ומגבשי סיגים (למשל, אשלגן, נתרן, סידן, כלור ומתכות כבדות)23,24.
חומצות אורגניות שנוצרו יכול לתמוך התייבשות של מונמרים סוכר כדי furans. מוצר נפוץ התייבשות סוכר הוא furfural ו 5-hydroxyמתילפורואל, אשר הם מוצרים אפשריים עבור התעשייה הכימית, כפי שהם משמשים מוצרי פלטפורמה (למשל, לסינתזה של biopolymers). 5-מmethylfurfural ניתן ליצור על ידי תגובות מזרז מ תאית25,26 או 5-hydroxyמתילפוראל27. בעוד סינתזה הביופולימרים הוא מרפוליזציה מלאכותית תחת תנאים מבוקרים, furans יכול גם לדחוס, פולימור וטופס מבנים ארומטיים מולקולרית משקל גבוה בסביבה הכימית המורכבת של הכור MAHC. האינטראקציה של תרכובות אורגניות ואורגניים מסיסות עם מטריצה תא עץ שונה להוסיף את המורכבות של מערכת התגובה20. מסלולים התגובה הפילמור להעסיק עיבוי אלדול או/והתייבשות בין-מולקולרית18,20 ולהניב חלקיקים הידרוchar עם פגז הידרופובי וליבה הידרופילי יותר28. זה עדיין לא נחשף אם חלקיקי ביומסה הם מפורקת לחלוטין ולאחר מכן מרפוליזציה או אם חלקיקי ביומסה לשמש תבנית עבור הקרנון. עם זאת, את התגובות השפלה והסרת הרפוליזציה מהווים התייבשות ותגובות פירובט, כמו גם29,30, אשר מעורר את הירידה בדיאגרמת ואן הרבלאן לקראת O/c ו H/c יחסי של פחמן שחור.
בעוד מחקרים אחרים הוכיחו את המינרל הפחתת ההשפעה של הכור הקונבנציונלי המבוסס על טיפול הידרותרמי31, של מים כביסה עם טיפת מכני משולב32 או מים/אמוניום אצטט/חומצה הידרוכלורית כביסה33, ה מחקרים לחקור את המינרל טיפת בטמפרטורה נמוכה הקרנון עם מיקרוגל בפעם הראשונה. כמו מחקר זה מתמקד הפליטה מקודחי עבור שדרוג דלק, הוא חוקר את גורלם של אשלגן, נתרן, מגנזיום, סידן, כלור, גופרית, חנקן ומתכות כבדות. אבק דק מקדים את הטופס מלחים נדיפים (לדוגמה, KCl או K2SO4) בטמפרטורות גבוהות בשלב הגזי. כאשר מלחים אלה מצטברים בגז הארובה, מתכות כבדות כמו אבץ יכול לנקות אותם כמו חלקיקי הנוקלאוציה, אשר מוביל תגובת שרשרת הצמיחה חלקיקים. בטמפרטורה נמוכה יותר של גז הארובה, עיבוי מלח נוסף מפעיל את צמיחת החלקיקים ותוצאות פליטת אבק משובח של סרטן מהארובה. פליטות אלה הם בהווה הגורם העיקרי הפשרות הקיימות של דלקים ביומסה. אספקת אנרגיה בת קיימא נשענת על הפחתת מסננים יקרים או הפחתת שלהם דלקים (למשל, על ידי MAHC). כמו מחקר זה עוקב אחר גישה מעשית, קצר סיבוב coppice (SRC) עץ ווילו נבחר כאחד פוטנציאל bioenergy ההאכלה עם שיעורי צמיחה גבוהה. זה יכול להיות גדל על ידי חקלאים על השדות שלהם עבור ספק כוח עצמית קיימא על ידי הגפיקציה, אלא גם עבור דור חום על ידי בעירה ישירה. חיסרון של ווילו SRC הוא תוכן הנביחה הגבוהה שלה בשל גזע נמוך: היחס הקליפה בשלב בוגר. הנביחה מכילה הרבה מינרלים בהשוואה לעץ34,35,36,37 ומניב כמויות גבוהות יותר של פליטתגז או חלקיקים ב38. טמפרטורה נמוכה HTC יכול לשפר את תכונות הבעירה של עץ ווילו SRC, ובכך, לתרום חום בר קיימא ואספקת כוח. עוד פרמטר חשוב של ביופחם HTC חקר במחקר זה הוא צפיפות האנרגיה שלה, החום שלה גבוהה הבעירה הראשונית ואת טמפרטורת הבעירה הסופי גבוהה שלה39.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת חומר לדוגמא
- קציר חמש בן ערבה בת, לשכפל סוג "Tordes" ([סליקס schwerinii x S. Viminalis] x s.), עם גובה של 12 עד 14 מ' וקוטר שד של כ 15 ס מ.
- השבב עץ ויבש את השבבים במייבש כבשן עבור 24 שעות ב 105 ° c.
- חותכים את שבבי עץ עם טחנת חיתוך לטחון עם טחנת צנטריפוגלי לגודל חלקיק של 0.12 מ"מ.
2. מיקרוגל בסיוע לפחמי-הידרותרמי
- השתמש בתנור מיקרוגל עם 850 W ותדירות מגנטרון של 2,455 MHz.
- מקום 500 מ"ג של חומר גלם משלב 1.3 ב-50 mL polyטטרפלואורואתילן (מצופה) כלי התגובה עם מרית. מוסיפים 10 מ ל של מים מינרלים. להרוס את הפקק כלי התגובה כך שסתום הלחץ בכובע הוא באותה רמה כמו שולי הכובע.
- עבור כל טמפרטורת הטיפול, שים 12 כלי תגובה עם חומרי גלם במיקרוגל וסגור את התנור.
- הגדר שלוש תוכניות טמפרטורה, עם המיקרוגל עבור שלוש הטמפרטורות: 150 ° צ' (כבש + 12.5 ° c מינימום-1, החזק 60 דקות, שיא כוח 50%), 170 ° צ' (כבש + 9.6 ° c מינימום-1, החזק את השעה 60, שיא כוח 80%) , להחזיק 30 דקות, כבש-1.1 ° c מינימום-1 עד 150 ° c, שיא כוח 100%). , התחילו את המיקרוגל. עבור כל אחת מהתוכניות
- לאחר השלמת התוכנית, להסיר את כלי התגובה, לאפשר להם להתקרר ולהפעיל מחדש. ואז לפתוח אותם מתחת לארון לאחר שחרור הלחץ בפנים.
- הוסף 35 mL של כפול מים מזוקקים לכל כלי התגובה. יוצקים את הפתרון בכל כלי לצילינדר צנטריפוגה ו צנטריפוגה ב 1,714 x g עבור 10 דקות.
- המים התהליך מנוקז לתוך צינור אחר ומאוחסן קפוא ב-5 ° c עבור ניתוח כרומטוגרפיה של המסה (GC-MS) של pH וגז.
- הקפא את צילינדר הצנטריפוגה עם הגלולה הביופחם הנותרת ב-5 ° c. ואז להוציא את הגלולה biocoal ולייבש אותו ב 105 ° c עבור 24 h. שוקלים את הגלולה biocoal ולחשב את אובדן משקל הנגרמת על ידי הטיפול MAHC.
- חזור על שלבים 2.2-2.8 ארבע פעמים לכל טמפרטורה (48 כלי התגובה לטמפרטורה) כדי לייצר מספיק ביופחם (כ -22 גר') לניתוח הבא.
3. קביעת תוכן אש
- שוקלים 20 מנות קרמיקה ריקות בנפרד. להוסיף כל 1 גרם של מדגם (5 x 1 גרם של חומר גלם, ו 5 x 1 של ביו פחם מכל טיפול בטמפרטורה).
הערה: מכיוון שלא ניתן לתייג את הכלים, יש לצייר תוכנית לסידור כלי הקיבול בתנור. - הניחו את מנות הקרמיקה הפתוחות בתנור מעמעם וסגרו את הכבשן.
- לתכנת תוכנית טמפרטורה לתנור הקירור (6 ° c מינימום-1 מ- 25 ° c עד 250 ° c, החזיקו 60 דקות, +10 ° c-1 עד 550 ° c, החזק 120 דקות) והפעל את התוכנית.
- לאחר השלמת התוכנית, הנח לתנור החימום להתקרר עד 105 ° c. ואז לפתוח את הכבשן ולהוציא את הכלים הקרמיים.
- הניחו את מנות הקרמיקה בחולץ (שולחן החומרים) המלא בסוכן מתייבש המורכב מ סיליקה ג'ל. סגור את desiccator ואקום יבש בעזרת משאבת ואקום.
- קחו את מנות הקרמיקה לאחר 24 שעות של קירור. שוקלים את המנה הקרמית המכילה את האפר ומחשבים את משקל האפר על ידי הפחתת המשקל של המנה הקרמית הריקה.
- לקבוע את תוכן האפר באחוזים על ידי חלוקת משקל האפר על-ידי המסה היבשה של חומר הגלם או הביופחם.
4. קביעת ערכי החימום הגבוהים והנמוכים יותר
- הפעל את משאבת המים של קלורימטר ולפתוח את שסתום החמצן כדי לספק 99.5% חמצן כדי קלורימטר.
- שוקל 1 גרם של גלוקוז ומניחים אותו לתוך שקית מדגם פלסטיק עם ערך מוגדר הקלוריים של 46,479 J/g. לשים את השקית לדוגמה לתוך הכור הבעירה של פצצת קלורימטר.
- הוסף 5 מ ל של פעמיים מים השעברו בתחתית הפצצה ולהרוס את הפצצה. שים את הפצצה לתוך קלורימטר ולסגור את קלורימטר.
- הזן את משקל המדגם ושנה את ההגדרות לשיטת שקית לדוגמה. . הפעל את הקלורימטר
- לאחר השלמת המדידה, להוציא את הפצצה, להפוך אותו הפוך ולנענע לאט במשך 1 דקות.
- להוציא את הפצצה, להסיר 5 מ ל של מים פעמיים deמינרליזציה ולאחסן אותו במיכל כובע בורג עבור ניתוח כרומטוגרפיה הבאים.
- חזור על שלבים 4.2 ל-4.6 שלוש פעמים כדי לקבל את תקן הכיול.
- חזור על שלבים 4.2-4.6 לחמש פעמים עם כל ביופחם MAHC (150 ° c, 170 ° c, 185 ° c) וחומר הגלם.
- חשב את ערך החימום התחתון באמצעות המשוואה הבאה40:
כאשר lhv הוא ערך החימום התחתון, hhv הוא ערך חימום גבוה יותר המתקבל מן קלורימטר בשלב 4.4, ו ω הוא תוכן המימן [
שהושג מניתוח אלמנטלים.
שהושג מניתוח אלמנטלים.5. כרומטוגרפיה לכמת של כלור
הערה: בדוק את הכיול של יון כרומאטוגרף לפני הניתוח.
- להוציא את 5 מ ל של פתרון משלב 4.8 ולהוסיף 45 mL של כפליים מים מינרליזציה ב 50 mL מסכה נפחי.
- הכנס את שפופרת היניקה לדוגמה למיכל לדוגמה וצייר כ-3 מ ל של המדגם עם מזרק לתוך העמודה המקדימה. . הפעל את מרוץ האנליזה
- בצע את המדידות לפי הוראות היצרן.
- חזור על שלבים 5.2 ו-5.3 עבור כל מדגם שהוכן בסעיף 4.
6. היסודות ניתוח לקביעת יחסי O/C ו-H/C
- בחר שיטה מתאימה מתוך המדריך לכלי כדי למדוד את הדגימות.
- להפוך את כל 20 מ"ג סולולאמיד תקנים וריקים הדרושים כדי לכייל את המכשיר.
- כדי להכין מדגם חומרים, לשים 20 מ"ג של דגימת בנייר כסף על המאזן מיקרו. שקול את המדגם על רדיד פח, לסגור את רדיד האלומיניום סביב המדגם ולחץ על החבילה כדי להכיל קצת אוויר ככל האפשר. לאחר מכן חזור על 5x זה עבור כל דוגמה.
הערה: כדי להיות מסוגל לנתח את דגימות biochar, כמות זהה של הטריאוקסיד טונגסטן כמו כמות של המדגם יש להוסיף ביחס של 1:1. זה צריך לפצות את החמצן החסר ב biochar כדי להבטיח בעירה שלמה במנתח היסודות. - הכנס את הדגימות המוכנות בדגם האוטומטי של מנתח היסודות.
- פתח את שסתום חמצן והליום לחדר הבעירה של מנתח היסודות.
- הפעל את הניתוח כאשר ההתקן הגיע לטמפרטורה שצוינה על-ידי ההתקן. במקרה זה, המתן עד שהטמפרטורה תגיע 900 ° c.
- חישוב שומות של כל אלמנט בתקן סולולאמיד על ידי משקל סטנדרטי סולולאמיד (שלב 6.2), ואת המשקל של 1 השומה של האלמנט המתאים.
- לחשב את הקשר בין שומות של C, H, S, ו-N ב סולולאמיד, המתקבל משלב 6.7, ואת אזורי שיא המתאימים.
- הפחת את תוכן האפר לדוגמה, שהתקבל משלב 3.7, מהמשקל הכולל של הדגם.
- להשוות את האלמנט המתאים שיא בתקן סולולאמיד והמדגם, ולהתרבות על ידי השומה של כל אלמנט בסולולאמיד כדי לקבל את השומה של האלמנט במדגם.
- לחשב את המשקל של C, H, S, ו-N במדגם על ידי הכפלת השומה של האלמנט, המתקבל משלב 6.10, עם מסה טוחנת המתאים של האלמנט מהטבלה המחזורית.
- לחשב את משקל החמצן במדגם באמצעות המסה מדגם האפר חינם, המתקבל משלב 6.9, וחיסור המשקל של C, H, N, ו-S, שהתקבל משלב 6.11.
- לחשב את היחס הטוחנת H/C ו O/C בחומר הגלם ובדגימות הביופחם MAHC.
7. המושרה בשילוב פלזמה פליטה אופטי
- שוקלים 400 מ"ג של חומר גלם יבש או ביופחם MAHC והכניסו אותו לתוך מיכל התגובה של 50 mL עם מרית. הוסף 3 מ ל של 69% חומצה חנקתית ו 9 מ ל של 35% חומצה הידרוכלורית.
- להרוס את הפקק כלי התגובה כך שסתום הלחץ בכובע הוא באותה רמה כמו שולי הכובע.
- הניחו את כלי התגובה של הדגימות שניתן לנתח במיקרוגל ולסגור את התנור.
- לתכנת את תוכנית הטמפרטורה לירידה מלאה בחומר האורגני: השיפוע + 15.5 ° c מינימום-1 עד 200 ° c, החזיקו 30 דקות, מצננים עד 180 ° c, החזיקו מעמד 5 דקות.. התחילו במיקרוגל
- לאחר השלמת התוכנית, להסיר את כלי התגובה, לאפשר להם להתקרר ולהפעיל מחדש. ואז לפתוח את כלי הקיבול מתחת למזווה לאחר שחרור הלחץ בפנים.
- יוצקים את הדגימות לתוך גליל הנורה 50 mL. לאחר מכן לשטוף את כלי התגובה ביסודיות עם מים שניים מוכי העברת אותו לצילינדר הנורה. למעלה גליל לסמן 50 mL עם המים פעמיים מוכי כדי להבטיח אפילו דילול של כל הדגימות.
- לסנן את המדגם משלב 7.6 עם 150 יקרומטר נייר מסנן רשת. ממלאים את פילטרט ב50 mL מצינורות צנטריפוגה חרוט.
- הכניסו את הדגימות הסטנדרטיות. לתוך מזרק אוטומטי של הקאמרי דגימות סטנדרטיות הן של ריכוזים ידועים (0.0001 ppm, 0.001 ppm, 0.1 ppm, 1 ppm 10 עמודים לדקה, 20 עמודים לדקה, 50 ppm) של האלמנטים להיות כימות (Ca, כמו, B, להיות, Fe, Se, Zn, Ag, בתוך, Ba, Bi, תקליטור, ושות, Cr, Cu, Ga, K, לי , Mg, Mn, מו, Na, Ni, Pb, Rb, Sr, Te, Tl, V).
- הכניסו את הדגימות לתוך מזרק אוטומטי של הקאמרי והפעל את הניתוח באמצעות הפרמטרים האוטומטיים.
- לאחר ניתוח הקאמרי האוטומטי, להשיג את הריכוז הבסיסי של התוכנה, מחושב באופן אוטומטי ב mg/ק"ג, מבוסס על עקומות כיול שהתקבלו מדגימות סטנדרטיות בשלב 7.8.
- חישוב הפחתת ריכוז אלמנטלים בביופחם המיוצר:
שבו Conc. ביומסה הוא הריכוז הבסיסי של ביומסה ו Conc. בפחם הוא הריכוז הבסיסי של הביופחם.
8. מדידת ה-pH של המים תהליך HTC
- ממלאים כל שבר נוזלי מהטיפול MAHC (שלב 2.7) של חומר הגלם ואת שלושת הביופחמים בארבעה כוסות בהתאמה.
- כיול את ה-pH לווין עם פתרונות סטנדרטיים.
- מדוד את ה-pH של חלקיק הנוזלי של חומר הגלם ואת שלושת הביופחמים MAHC.
9. גז כרומטוגרפיה-ספקטרומטר מסה
- לסנן את השברים נוזלי מהטיפול mahc (שלב 2.7) עם 150 יקרומטר נייר מסנן רשת. הוסף 20 מ ל של מתנול ל 1 mL של שברים נוזליים מסוננים.
- העבר 200 μL לבקבוקון בקבוקון אוטומטי של GC-MS והשם את הבקבוקון בדוגם האוטומטי של GC-MS.
- לדלל סטנדרטים טהורים של furfural ו 5-מתילפורפוראל (כיתה אנליטית) עד 10-2, 10-3, 10-4, ו 10-5 עם מתנול.
- לשים את הסטנדרטים ב-GC-MS הדגם האוטומטי ולנתח אותם עם הפרמטרים: 1 כמות μL הזרקה ב 230 בטמפרטורה מזרק ° c ו 1:40 לפצל; 5 אלפיות שאינה קוטב עמודה (טבלה של חומרים) עם אורך 15 m ו 0.25 מילימטר עובי הסרט; טמפרטורת התוכנית 30 ° c, החזיקו 2 דקות, השיפוע של + 40 ° c/מינימום עד 250 ° c, החזיקו 2 דקות; אינון עם 70 mV ו-MS גלאי במצב סריקה עם טווח m/z של 35-400, כל סריקה ב 0.3 s.
- צור עקומות כיול לפי אזור השיא של ספירת יונים (TIC) והריכוז המורכב.
- הפעל את מוכן HTC ביופחם נוזלי שלב דגימות עם הפרמטרים האנליטיים אותו לזהות furfural ו 5-מתילfurfural באמצעות זמן השמירה של התקן ואת הספקטרום להתאים בספריית ספקטרום.
- לקבוע את ריכוזי furfural ו 5-מתילfurfural באמצעות עקומת כיול מחושב (שלב 9.6) והוספת לדוגמה אזורי שיא של furfural ו 5-מתילפורפוראל.
10. סטטיסטיקות
- לנתח את הנתונים עם מבחן שפירו ווילקס להפצה נורמלית.
- השתמש במבחן מאן-ויטני עבור ערכות נתונים שאינן מופצות בדרך כלל והבדיקה t-test עבור ערכות נתונים מבוזרות בדרך כלל כדי למצוא הבדלים משמעותיים בין ערכות נתונים.
הערה: אם ערכת נתונים אחת מופצת בדרך כלל והשניה לא, השתמש במבחן מאן-ויטני U.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
תוצאות הניתוח הבסיסי חשפו הבדלים בין היחס O/C-H/C של עץ הערבה וביופחמים MAHC (איור 1). חומר הגלם מציג יחס גבוה יותר של O/C-H/C וריאציה גבוהה יותר של הערכים. הטיפול MAHC הפחית את וריאציה הערך עקב הומוגון במחולל המיקרוגל. הדיוק של כור המיקרוגל איפשר את הבידול של שלושה שלבי השפלה. יחס ה-H/C הופחת ב150 ° צ' והווריאציות ביחס ל-H/C ו-O/C הופחתו גם כן. בשעה 170 ° c הופחת יחס O/C ובשעה 185 ° c היחס לחדר הניתוח היה מופחת.
הטמפרטורה שנגרמה לצבע חום גדל והולך, בעוד המים בתהליך הראו את אותה נטייה למרות שהצליל היה בהיר יותר (איור 2). בשני הביופחם והתהליך הגידול בטבעות ארומטיות כמו furans ו-פולי-benzenes, אשר מכילים רצף של איגרות חוב יחיד ואגרות חוב כפול כי הם פעילים, לגרום לשינוי צבע זה (איור 2). תגובת הצדדים חומצה היווצרות של ונומרים סוכר הנגרמת היווצרות של חומצות מסיס, וכתוצאה מכך, ירידה pH בתהליך המים28 (שולחן 1). הפסד המוני נמדד במדגם של 150 ° c, למרות ששום שאלדת צבע בהשוואה לחומר הגלם הייתה גלויה (איור 2 ושולחן 1). גידול גבוה של ערך החימום של 170 ביופחם ° c היה מלווה בירידה במשקל גבוה. אובדן משקל זה נגרם על ידי תגובות המרה exothermal שהניבו furans (שולחן 1). הנמוך, אם כי שונה באופן משמעותי, הגדלת ערך החימום בין 170 ° צ' לבין הביופחם ה185 ° c הייתה מלווה בירידה במשקל נמוך יותר בהשוואה לירידה במשקל בין 150 ° c לבין 170 ° c. ה-pH ירד מ 4.25 בשעה 150 ° צ' עד 3.6 בשעה 170 ° c ונשאר קבוע מ-170 ° c עד 185 ° c. בשל מוצר יון העולה שנוצר על ידי חומצה נוספת, inאורגניקס ולכן רכיבי אפר במים תהליך ניתן לפתור23.
Table 2 מציג את גורלם של סמני מראש של הפליטה שנבחרו. ישנם אלמנטים מופחתים באופן משמעותי בטבלה 2, כמו גופרית, אשלגן, סידן, כלור, מגנזיום, ולא מופחתת באופן משמעותי אלמנטים, כמו חנקן ו נתרן. מתכות כבדות ביומסה, למעט כסף וליתיום, היו מופחת באופן משמעותי, כפי שניתן לראות בטבלה 3, אבל כסף וליתיום מופחת רק באופן לא משמעותי.
תוצאות הפחתת האלמנט המתוקן של אובדן המסה מוצגות באיור 3. כמו אובדן המוני לא נחשב כאן, אשר יכול אפילו להוביל לריכוזי אלמנט גבוה יותר בהשוואה לביומסה raw במקרה של טיפול אינטנסיבי בטמפרטורה גבוהה HTC, כל ההפסדים מחושבים היו גבוהים יותר מאשר בטבלה 2 ושולחן 3 ו להציג את ההפסד של האלמנט המוחלט הנגרמת על ידי מוצר יון הגוברת. אלמנטים שונים מראים שטמפרטורה שונה תלויה במים הזורמים. כלור ואשלגן הועברו באופן אינטנסיבי למים בתהליך ב-150 ° c, בעוד שגופרית, מגנזיום, נתרן, סידן, אבץ, בריום, מנגן וסטרונציום הראו את שיעור המחסור הגבוה ביותר ב-170 ° c. רק הכסף והריכוז ליתיום בביופחם הראו שיעור ירידה אפילו כי היה טמפרטורה עצמאית, בעוד חנקן לא היה מושפע הטיפול MAHC בכלל. סכום ההפסדים של מגבלי האבק המשובח, אשלגן, מגנזיום, נתרן וסידן ב-150 ° c, 170 ° צ' ו-185 ° צ' היה 5,782 mg/ק"ג, 8,529 mg/ק"ג ו-8,833 mg/ק"ג, בהתאמה, בעוד שסכום ההפסדים של מתכות כבדות ככמת היה 87 mg/kg , 170 מ"ג/ק"ג ו 182 מ"ג/ק"ג עבור 150 ° צ', 170 ° c ו-185 ° c, בהתאמה, ותוכן הגופרית הראה הפסדים של 548, 2,089 ו-2,431 mg/ק"ג עבור 150 ° c, 170 ° c ו-185 ° c, בהתאמה.
איור 1: טווחי ערכים טיפוסיים לביומסה, כבול, lignite, פחם ופחם בדיאגרמת ואן-רבלן מיכל בן 18 , מיכל בן 20 , בן 30 , 41. the הכניסה מראה את O/c אטומי ו H/c יחס של דגימות פחם mahc. (A) בעיקר התייבשות. (ב) התייבשות ו decarboxylation. (ג) בעיקר התייבשות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: התמונות של חומר הגלם ואת ביופחם MAHC ומים תהליך לאחר הטיפול בטמפרטורה בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: leaching של פליטה בשרי מתוך ביומסה ערבה SRC באחוזים מבוסס על משקל ביומסה raw. אחוז הירידה במשקל מחושב על בסיס משקל ביומסה מטופל. הגרף התחתון מציג את הרכיבים בקצב שאינו מהיר בין 150 ל-170 ° c והגרף העליון מציג רכיבים בעלי התנהגות שונה מסוג טיפת. דמות זו השתנתה מתוך כניסת et al.42. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
| פרמטרים | עץ ערבה | 150 ° c | 170 ° c | 185 ° c |
| פחם | ||||
| פחם הפסד המוני (%) | - | 7.60 ± 2.93 | 25.54 ± 2.87 | 28.89 ± 1.96 |
| מערך חימום גבוה יותר (J g-1): | 18,843 ± 96 | 18,551 ± 143 | 19,358 ± 314 | 20,029 ± 88 |
| פחם לערך חימום תחתון (J g-1) | 17,430 ± 130 | 17,220 ± 180 | 18,130 ± 310 | 18,730 ± 120 |
| הדפסת מים | ||||
| pH | 4.25 | 3.6 | 3.6 | |
| Furfural (mg ק"ג-1) | 0 | 0.1 ± 0.005 | 1.565 ± 0.031 | |
| 5-מתילפורפוראל (mg ק"ג-1) | 0 | 0.009 ± 0.0001 | 0.012 ± 010002 |
טבלה 1: תוכן אנרגיה ומאפייני מים תהליך. זה מראה את אובדן המוני ואת ערכי חימום גבוה יותר ונמוך של חומר גלם וביופחם, כמו גם את ה-pH ואת ריכוזי furfural ו 5-מתילfural של מים התהליך.
| טיפול | תוכן אש (%) | N | S | קלרנית | K | מ ג | נה | Ca |
| (% DM) | (% DM) | (% DM) | (mg/ק"ג) | (mg/ק"ג) | (mg/ק"ג) | (mg/ק"ג) | ||
| גלם | 1.96 ± 0.08 | 0.47 ± 0.01 | 0.48 ± 0.19 | 0.24 ± 0.01 | 3,113 ± 26 | 710 ± 11 | 348 ± 50 | 11,768 ± 240 |
| 150 ° c | 1.15 ± 0.03 | 0.41 ± 0.04 | 0.41 ± 0.17 | 0.06 ± 0.02 | 616 ± 14 | 625 ± 23 | 311 ± 45 | 9,501 ± 189 |
| * | - | - | * | ** | * | - | ** | |
| 170 ° c | 0.90 ± 0.06 | 0.40 ± 0.03 | 0.24 ± 0.04 | 0.07 ± 0.01 | 534 ± 31 | 383 ± 36 | 303 ± 66 | 8,917 ± 141 |
| * | * | ** | * | ** | * | - | ** | |
| 185 ° c | 1.04 ± 0.04 | 0.43 ± 0.05 | 0.14 ± 0.01 | 0.05 ± 0.03 | 525 ± 21 | 371 ± 44 | 301 ± 32 | 8,880 ± 191 |
| * | - | ** | * | ** | * | - | ** | |
| DM: מסה יבשה. | ||||||||
טבלה 2: סמני מקדים של פליטה שנבחרו ותוכן האפר הכולל. הכוכבים מציינים את רמת המשמעות (*, p < 0.05; * *, p < 0.01; * * *, p < 0.001).
| טיפול | כמו | תקליטור | Pb | Hg | Ni | Zn | Ba | Ag | Mn | Sr | לי |
| מ ג/ק"ג | |||||||||||
| גלם | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | 106 ± 3 | 14 ± 1 | 37 ± 4 | 75 ± 1 | 30 ± 1 | 27 ± 3 |
| 150 ° c | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | 77 ± 2 | 13 ± 1 | 35 ± 4 | 51 ± 1 | 19 ± 1 | 24 ± 2 |
| * | * | - | ** | ** | - | ||||||
| 170 ° c | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | 57 ± 3 | 8 ± 1 | 34 ± 3 | 26 ± 1 | 10 ± 1 | 20 ± 1 |
| * | ** | - | ** | ** | ** | ||||||
| 185 ° c | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. | 55 ± 2 | 7 ± 1 | 27 ± 2 | 29 ± 1 | 9 ± 1 | 17 ± 2 |
| * | ** | ** | ** | ** | ** | ||||||
| n.d.: לא זוהה (מתחת לרכיב סף ספציפי). | |||||||||||
שולחן 3: תכולת מתכת כבדה בחומר הגלם ובדגימות MAHC. הכוכבים מציינים את רמת המשמעות (*, p < 0.05; * *, p < 0.01; * * *, p < 0.001).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ה-MAHC מאפשר את הבידול של צעדי הירידה הכימית על ידי החלת עוצמות שונות של טיפול תרמי. לכן, ניתן להעריך את האינטראקציות בין אובדן המונים, O/C-H/C יחס, הסקה ערך, הפחתת רכיב אפר, הגדלת pH של התהליך הצטברות של המים בתהליך המים. היתרון של שיטת MAHC על השיטה המקובלת HTC הכור מבוסס על הולכה תרמית דרך מיקרוגלים החודרים נפח הכור כולו לנהל את החום על microlevel במקום לחמם את נפח הכור על ידי שכבות מאקרוסקופי של טמפרטורות שונות10. זה איפשר זיהוי של שלושה שלבי השפלה שונים, אשר היו מופעלות בעיקר על ידי התייבשות ו פירובט של monomers בהתאמה. הידרוליזה ודפורלציה של hemicellulose יהיה מעט להגדיל את יחס H/C של ביומסה ולא היה אפשר לבודד את התגובות האלה בניסוי זה, למשל, ב 150 ° c. הטמפ ' השנייה (150-170 ° c) התוצאה היא ירידה ביחס O/C עקב דערלציה. הירידה ביחס H/C הציעה התייבשות מקבילה. בין 170 ל 185 ° c, היה שינוי לא משמעותי ביחס O/C, אך ירידה יחסית ביחס H/C, אשר ניתן להסביר על ידי demethanation. אולם, היווצרות הגז לא היה מפוקח בניסויים אלה, כאשר הכור המיקרוגל לא איפשר גישה לשלב גזי במהלך התגובה. ייתכן גם כי התייבשות של קבוצות או יותר יציבה שלישוני, intermediates נוצר במהלך התייבשות של סוכרים כדי furans (שולחן 1), גרם זה משמרת H/C. שלישוני קבוצות הו דורשות אנרגיה הפעלה גבוהה יותר מושפל בטמפרטורות גבוהות יותר. O/C ו H/C יחס הומוגון של ביומסה המוצר היה גלוי בתרשים ואן Krevelen (איור 1), גם, אם כי ערכי החימום לא הראו את אותה נטייה (שולחן 1).
חימום מדגם של ביומסה שקוע במים מוגבל לטמפרטורה מקסימלית של 185 ° c עם ההתקנה בשימוש במחקר זה. זה נגרם על ידי מיקרוגל בינונית קליטת התכונות של מים (אובדן tanδ 0.123)11. זה מאפיין קליטת הוא אפילו מופחת בטמפרטורות גבוהות, המוביל לטמפרטורה מקסימלית תלוי בכוח המיקרוגל שהוחלו, במקרה של מחקר זה 185 ° c עם 850 W. בטמפרטורה זו מקסימלית הטמפרטורה לא ניתן לשמור על רמה קבועה, אבל זה לא משתנה בדומה לתוצאות שהוצגו על ידי דנגר ואח '11 המחברים של המחקר שהוזכר להציע תוספת של 0.03 M נתרן כלוריד כדי להשיג קבוע טמפרטורה. אמצעי כזה יסכן את הרעיון של המחקר שלנו, כתוספת של אלמנטים רלוונטיים פליטה תפחית את ההשפעה המועילה של MAHC על דלקים ביומסה.
כצפוי, היחס O/C-H/C ירד בביופחם עם הפחתת pH. הסיבה מאחורי זה היא התייבשות של ביופחם כי המושרה היווצרות חומצה מרוקן את הביופחם של חמצן, אשר בתורו מגביר את ערך החימום של הביופחם, כמו גם. ה-pH זהה במים התהליך של 170 ° צ' והטיפול 185 ° c הציע כי הראשון O/C-H/c יחס שחרור הנגרמת על ידי התייבשות ו decarboxylation, בעוד היחס O/C-H/C לירידה בין 170 ° צ' ו 185 ° c נשלט על ידי התייבשות. Decarboxylation של הביופחם לא להניב חומצות אבל furans, ולכן, הוא לא משפיע על ה-pH אבל התשואות ריכוז furans גבוה (איור 1, איור 2, ושולחן 1). במחקר זה, 5-מתילfural הניב בכמויות משמעותיות(שולחן 1), אבל מחקרים מספר הראו כי היווצרות של 5-מmethylfurfural היא תגובה משנית עם 5-hmf as מחנך25,26,27 . כפי שאנחנו לא לזהות 5-HMF בשל לחץ אדים נמוך זהובה שלה ותוכנית הטמפרטורה המוגבלת של GC, אנחנו לא יכולים לאשר את ההצהרות האלה. מחקרים עתידיים צריכים לחפש לזהות מגוון רחב של אנליטים אורגניים, כולל 5-HMF, לקשר את הניתוח האורגני של המים התהליך לצעדים התגובה שפורסמו בספרות.
לחומר הגלם יש תנודות גבוהות ביחס של O/C-H/C. הסיבה שמאחורי זה היא בעלת אופי שיטתי, למרות הטחינה העדינה לפני הניתוח הבסיסי, הכמות הגבוהה יחסית של חלקיקי הנביחה לא הופצה באופן שווה בגודל המדגם הקטן. אפקט זה היה היסוד על ידי ליו et al. ב HTC שלהם43, והם מצאו את ההשפעה זהה של הטיפול htc שניתן לראות במחקר זה, אשר הוא הומוגון של O/c-H/c קשר בשל החומר ההידרותרמי שהוחלו. ניתן כבר להשיג את המגון הזה בטמפרטורות נמוכות יחסית (איור 1).
הטיפול MAHC ב150 ° c הפחית את ערך החימום. זה מעניין, כמו הטיפול HTC בדרך כלל מגביר את ערך החימום. הסיבה להתנהגות לא מוצדקת זו היא ההידרוליזה. היא מפרקת את הפחמימות ברקמת העץ על ידי הידרוליזה, אך המחשוף מעסיק שילוב של חמצן לתוך הקרו, הגורם לערך החימום התחתון של מוצר ההידרוליזה. מנקודת אנרגטיים של השקפה הטיפול MAHC או HTC הוא ללא ספק יעיל בטמפרטורות כי רק לאפשר הידרוליזה, כמו ערך משקל וחימום שניהם מופחת. חיסכון באנרגיה הוא ערך החימום להגדיל בין 170 ° צ' עד 185 ° צ' (שולחן 1), כי כאן הוא היחס הטוב ביותר של קלט אנרגיה והגדלת ערך החימום. ניתן להסיק כי טמפרטורות גבוהות יעילים במקרה של המטרה כדי להגדיל את ערך החימום של חומר הגלם. עם זאת, מחקרים אחרים הוכיחו כי שינוי מתוך הקרנון HTC כדי HTC ניזול בטמפרטורות גבוהות מפחיתה את התשואה biocoal 9 ושגורמים רבים אחרים (למשל, סוג של חומר24 ואת גודל החלקיקים9) השפעות גם את תפוקת הביופחם.
מנקודת המבט של דלדול פליטה מקודמן של חומר גלם את הטמפרטורה האופטימלית היא 170 ° c, כי עלייה בטמפרטורה נוספת אינה תשואה הרבה יותר גבוה שיעורי המחסור (איור 3). במיוחד האבק המשובח מקדם כלור, אשלגן, מגנזיום, נתרן וסידן אינם מגיבים לגובה טמפרטורה מ-170 ° צ' (שולחן 2 ואיור 3). דוגמה מן הספרות ניתנת על ידי Rheza ואח ', מי מצא כי הגדלת טמפרטורת התהליך מ 200 ° צ' עד 260 ° c מוביל למחסור אפר דומה23. זה מוביל למסקנה כי במקרה מטרת הטיפול הוא הפחתת האפר לטמפרטורת התהליך יש אופטימלי, והוא לא צריך לחרוג או להיות נמוך יותר מאשר אופטימלי. ההתנהגות הלחוצה של המתכות הכבדות מראה את אותה נטייה (שולחן 2, שולחן 3 ואיור 3). לכן, השלכת האפר של אפר מתכת כבד עשיר מסנן יכול להיות מופחת בינוני, בקנה מידה גדול הסקה צמחים, ובכך, עלויות ניתן לשמור בשל טיפול מותאם HTC. הפחתת אבץ ב 150 ° c מקטינה את הריכוז של אלמנט זה מתחת למגבלה של 100 מ"ג/ק"ג על פי דין ומין ISO 17225-2. רק הגופרית והתוכן הכלור של חומר הגלם והביופחם MAHC לא יאפשרו את הפלטיזציה של חומר הגלם ולא את הביופחם (המגבלות של 0.05 מ"ג/ק"ג ו 0.03 מ"ג/ק"ג, בהתאמה). לכן, הביופחם או חומר הגלם ניתן להשתמש בצמחים בינוניים או גדולים חימום בקנה מידה עם הפחתת מידות SOx ועמידות חומצה נגד חומצה גופרתית כלור. היבט חיובי של שטיפת היסודות היא הפחתת אשלגן ומגנזיום על ידי 83%. שני האלמנטים הם הטמפרטורה אפר התכה הפחתת והאלימינציה שלהם מפחית את הסיכון של סתימת מערכות שינוע על ידי היווצרות הסיגים (איור 3).
במחקר זה הריכוז הבסיסי בפחם נותחו, אבל עם שיטות שהוחלו את התהליכים של היווצרות מלח בתהליך המים לא ניתן לנתח. יש כנראה אינטראקציה של פתרון של מינרלים מן השלב המוצק לשלב הנוזלי, היווצרות מלח אלקלי בשלב נוזלי ומשקעים של המלחים בשלב מוצק. במחקרים עתידיים זה יהיה מעניין לנתח את צנטריפוגה הגלולה של המים התהליך עבור מלחי זירז כדי להשיג בתוך תהליכים אלה.
MAHC מאפשר ללמוד תגובה כימית ירושות במהלך טיפול תרמי של ביומסה גם בטמפרטורות נמוכות, אשר ניתן לראות את התלות בטמפרטורה של תהליך ההידרוליזה, התייבשות ו decarboxylation. במסגרת של מחקר זה, 170 ° c זוהה כטמפרטורה האידיאלית כדי להגיע קרוב משפחה של האנרגיה המקסימלית, מקסימום של פליטה הפחתת מקודמן בקלט אנרגיה נמוכה יחסית. זה מאפשר את היישום של MAHC וגם את שיטת HTC עבור שדרוג של באיכות נמוכה ביולוגי פליטה גבוהה באמצעות הפחתת מקדם הפליטה. ביומסה כזה הוא שופע בערים באזורים הכפריים בצורה של עלים, נביחה או קש. ביומסה כזה יהיה צורך באספקת חומר גלם בתרחיש של ייצור אנרגיה בר קיימא. החיסרון העיקרי הוא כי הטכנולוגיה המוצעת יקר יותר מאשר הסיעה, והוא מחייב סילוק המים התהליך, שהוא מינרל ואורגני מתחם בזבוז עשיר כי יש לטפל על ידי צמח ביוגז או מפעל טיהור שפכים44 . לכן, היישומים האחרונים מוגבלים למחקרים מעבדתיים11,13. הפעלת תהליך MAHC בטמפרטורות נמוכות מדי עלול לסכן את האנרגיה שלה הקיימות כמו בשלב exothermal של המרת ביומסה לא ניתן להגיע עבור כל בסמנים. במקרה כזה, היישום של השיטה יהיה מאוגד למקומות עם עודף של אנרגיה תרמית (למשל, מנועי בעירה לניידות או גז עץ וגנרטורים מאובנים כוח דלק).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
. למחברים אין מה לגלות
Acknowledgments
המחברים אוהבים להודות לקריסטוף ורדה, מייקל רוס, קרולה לפטון, ג'וליאן טג'יידה וד ר ריינר קינסהוף על תמיכתם הטכנית. המחקר מומן על ידי BMBF (פרויקט BiCoLim-Bio-דליקים Limpios) תחת מספר מענק 01DN16036.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 5MS non-polar cloumn | Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA | TraceGOLD SQC | GCMS |
| 9µm polyvinylalcohol particle column | Methrom AG, Filderstadt, Germany | Metrosep A Supp 4 -250/4.0 | Ion chromatography |
| argon | Westfalen AG, Münster, Germany | UN 1006 | ICP-OES |
| calorimeter | IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany | C6000 | higher and lower heating value |
| centrifuge | Andreas Hettich GmbH & Co.KG, Germany | Rotofix 32 A | |
| centrifuge mill | Retsch Technology GmbH, Haan, Germany |
ZM 200 | |
| ceramic dishes | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | XX83.1 | Ash content |
| cutting mill | Fritsch GmbH, Markt Einersheim, Germany | pulverisette 19 | |
| D(+) Glucose | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | X997.1 | higher and lower heating value |
| elemental analyzer | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | varioMACRO cube | elemental analysis |
| exicator | DWK Life Sciences GmbH, Wertheim, Germany | DURAN DN300 | Ash content |
| GC-MS system | Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA | Trace 1300 | GCMS |
| hydrochloric acid | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | HN53.3 | ICP-OES |
| ICP OES | Spectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, Germany | Spectro Blue-EOP- TI | ICP-OES |
| Ion chromatograph | Methrom GmbH&Co.KG, Filderstadt, Germany | 833 Basic IC plus | Ion chromatography |
| kiln dryer | Schellinger KG, Weingarten, Germany | ||
| kiln dryer | Schellinger KG, Weingarten, Germany | Ash content | |
| mesh filter paper | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | L874.1 | ICP-OES |
| microwave oven | Anton Paar GmbH, Graz, Austria | Multiwave Go | |
| muffel furnance | Carbolite Gero GmbH &Co.KG, Neuhausen, Germany | AAF 1100 | Ash content |
| nitric acid | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | 4989.1 | ICP-OES |
| oxygen | Westfalen AG, Münster, Germany | UN 1072 | higher and lower heating value |
| pH-meter | ylem Analytics Germany Sales GmbH & Co. KG, Weilheim,Germany | pH 3310 | pH |
| sample bag | IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany | C12a | higher and lower heating value |
| Standard Laboratory Vessels and Instruments | |||
| standard samples | Bernd Kraft GmbH, Duisburg, Germany | ICP-OES | |
| sulfonamite | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | SLBS4782 | elemental analysis |
| teflon reaction vessels | Anton Paar, Austria | HVT50 | |
| teflon reaction vessels | Anton Paar, Austria | HVT50 | ICP-OES |
| tin foil | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | S12.01-0032 | elemental analysis |
| tungstenVIoxide | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | 11.02-0024 | elemental analysis |
| twice deionized water | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | ||
| twice deionized water | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | higher and lower heating value | |
| twice deionized water | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | ICP-OES |
References
- Li, C., Zhao, Z. K., Cai, H., Wang, A., Zhang, T. Microwave-promoted conversion of concentrated fructose into 5-hydroxymethylfurfural in ionic liquids in the absence of catalysts. Biomass and Bioenergy. 35 (5), 2013-2017 (2011).
- Möller, M., Harnisch, F., Schröder, U. Microwave-assisted hydrothermal degradation of fructose and glucose in subcritical water. Biomass and Bioenergy. 39, 389-398 (2012).
- Guiotoku, M., Rambo, C. R., Hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. 63 (30), 2707-2709 (2009).
- Guiotoku, M., Rambo, C. R., hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. (63), 2707-2709 (2009).
- Kannan, S., Gariepy, Y., Raghavan, G. S. V. Optimization and characterization of hydrochar produced from microwave hydrothermal cabonization of fish waste. Waste Management. , 159-168 (2017).
- Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted and conventional hydrothermal carbonization of lignocellulosic waste material: Comparison of the chemical and structural properties of the hydrochars. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 118, 1-8 (2016).
- Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of rapeseed husk: A strategy for improving its solid fuel properties. Fuel Processing Technology. 149, 305-312 (2016).
- Chen, W. -H., Ye, S. -C., Sheen, H. -K. Hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse via wet torrefaction in association with microwave heating. Bioresource technology. 118, 195-203 (2012).
- Nizamuddin, S., et al. Upgradation of chemical, fuel, thermal, and structural properties of rice husk through microwave-assisted hydrothermal carbonization. Environmental science and pollution research international. 25 (18), 17529-17539 (2018).
- Nizamuddin, S., et al. An overview of microwave hydrothermal carbonization and microwave pyrolysis of biomass. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 17 (4), 813-837 (2018).
- Dallinger, D., Kappe, C. O. Microwave-assisted synthesis in water as solvent. Chemical reviews. 107 (6), 2563-2591 (2007).
- Qi, X., Watanabe, M., Aida, T. M., Smith, J. R. L. Catalytic dehydration of fructose into 5-hydroxymethylfurfural by ion-exchange resin in mixed-aqueous system by microwave heating. Green Chemistry. 10 (7), 799 (2008).
- Nüchter, M., Ondruschka, B., Bonrath, W., Gum, A. Microwave assisted synthesis - a critical technology overview. Green Chem. 6 (3), 128-141 (2004).
- Schanche, J. -S. Microwave synthesis solutions from personal chemistry. Molecular Diversity. 7 (2-4), 291-298 (2003).
- Kappe, C. O. Controlled microwave heating in modern organic synthesis. Angewandte Chemie (International ed. in English). 43 (46), 6250-6284 (2004).
- Gronnow, M. J., White, R. J., Clark, J. H., Macquarrie, D. J. Energy Efficiency in Chemical Reactions: A Comparative Study of Different Reaction Techniques. Organic Process Research & Development. 9 (4), 516-518 (2005).
- Kruse, A., Dahmen, N. Hydrothermal biomass conversion: Quo vadis? The Journal of Supercritical Fluids. 134, 114-123 (2018).
- Reza, M. T., et al. Hydrothermal Carbonization of Biomass for Energy and Crop Production. Applied Bioenergy. 1 (1), (2014).
- Libra, J. A., et al. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis. Biofuels. 2 (1), 71-106 (2011).
- Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Hoekman, S. K., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization of loblolly pine: reaction chemistry and water balance. Biomass Conversion and Biorefinery. 4 (4), 311-321 (2014).
- Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 4 (2), 160-177 (2010).
- Kruse, A., Funke, A., Titirici, M. -M. Hydrothermal conversion of biomass to fuels and energetic materials. Current opinion in chemical biology. 17 (3), 515-521 (2013).
- Reza, M. T., Lynam, J. G., Uddin, M. H., Coronella, C. J.
- Zhang, D., et al. Comparison study on fuel properties of hydrochars produced from corn stalk and corn stalk digestate. Energy. 165, 527-536 (2018).
- Huang, Y. -B., Yang, Z., Dai, J. -J., Guo, Q. -X., Fu, Y. Production of high quality fuels from lignocellulose-derived chemicals: a convenient C-C bond formation of furfural, 5-methylfurfural and aromatic aldehyde. RSC Advances. 2 (30), 11211 (2012).
- Van de Vyver, S., Geboers, J., Jacobs, P. A., Sels, B. F. Recent Advances in the Catalytic Conversion of Cellulose. ChemCatChem. 3 (1), 82-94 (2011).
- Delidovich, I., Leonhard, K., Palkovits, R. Cellulose and hemicellulose valorisation: an integrated challenge of catalysis and reaction engineering. Energy & Environmental Science. 7 (9), 2803 (2014).
- Sevilla, M., Fuertes, A. B. The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose. Carbon. 47 (9), 2281-2289 (2009).
- Yao, Z., Ma, X. Characteristics of co-hydrothermal carbonization on polyvinyl chloride wastes with bamboo. Bioresource technology. 247, 302-309 (2018).
- Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. (4), 160-177 (2010).
- Liu, Z., Balasubramanian, R. Upgrading of waste biomass by hydrothermal carbonization (HTC) and low temperature pyrolysis (LTP): A comparative evaluation. Applied Energy. 114, 857-864 (2014).
- Khalsa, J., Döhling, F., Berger, F. Foliage and Grass as Fuel Pellets-Small Scale Combustion of Washed and Mechanically Leached Biomass. Energies. 9 (5), 361 (2016).
- Saddawi, A., Jones, J. M., Williams, A., Le Coeur, C. Commodity Fuels from Biomass through Pretreatment and Torrefaction: Effects of Mineral Content on Torrefied Fuel Characteristics and Quality. Energy & Fuels. 26 (11), 6466-6474 (2012).
- Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. , Springer Vieweg. (2016).
- Fengel, D., Wegener, G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. , Walter de Gruyter. Berlin. (1989).
- Obernberger, I., Thek, G. Physical characterisation and chemical composition of densified biomass fuels with regard to their combustion behaviour. Biomass and Bioenergy. 27 (6), 653-669 (2004).
- Kenney, W. A., Sennerby-Forsse, L., Layton, P. A review of biomass quality research relevant to the use of poplar and willow for energy conversion. Biomass. 21 (3), 163-188 (1990).
- Tharakan, P. J., Volk, T. A., Abrahamson, L. P., White, E. H. Energy feedstock characteristics of willow and hybrid poplar clones at harvest age. Biomass and Bioenergy. 25 (6), 571-580 (2003).
- Liu, Z., Quek, A., Balasubramanian, R. Preparation and characterization of fuel pellets from woody biomass, agro-residues and their corresponding hydrochars. Applied Energy. , 1315-1322 (2014).
- Technischen Komitee ISO/TC 238. "Solid biofuels" und Technisches Komitee CEN/TC 335 "Biogene Festbrennstoffe" Solid biofuels - Determination of calorific value (ISO 18125:2017); German version EN ISO 18125:2017. , Beuth. Berlin. (2017).
- Kambo, H. S., Dutta, A. A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physico-chemical properties and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 45, 359-378 (2015).
- Knappe, V., et al. Low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) reduces combustion emission precursors in short rotation coppice willow wood. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 134, 162-166 (2018).
- Liu, Z., Quek, A., Kent Hoekman, S., Balasubramanian, R. Production of solid biochar fuel from waste biomass by hydrothermal carbonization. Fuel. 103, 943-949 (2013).
- Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Zielinska, B., Felix, L. Hydrothermal carbonization (HTC) of selected woody and herbaceous biomass feedstocks. Biomass Conversion and Biorefinery. 3 (2), 113-126 (2013).
