Summary
निम्न तापमान माइक्रोवेव सहायताप्राप्त हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण उपचार द्वारा निम्न गुणवत्ता के बायोमास से उत्सर्जन पूर्ववर्ती अवक्षय के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया गया है । इस प्रोटोकॉल माइक्रोवेव मापदंडों और biocoal उत्पाद और प्रक्रिया पानी का विश्लेषण भी शामिल है ।
Abstract
बायोमास एक स्थाई ईंधन है, इसके सह2 उत्सर्जन के रूप में बायोमास विकास में फिर से एकीकृत कर रहे हैं । हालांकि, बायोमास में अकार्बनिक अग्रदूत एक नकारात्मक पर्यावरणीय प्रभाव और धातुमल गठन का कारण । चयनित लघु रोटेशन गुल्मवन (SRC) विलो लकड़ी एक उच्च राख सामग्री है (
= १.९६%) और, इसलिए, उत्सर्जन और धातुमल पूर्ववर्ती की एक उच्च सामग्री । अत एसआरसी विलो वुड से कम तापमान माइक्रोवेव असिस्टेड हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण (MAHC) १५० डिग्री सेल्सियस, १७० डिग्री सेल्सियस और १८५ ° c पर खनिजों की कमी की जांच की जाती है । पारंपरिक रिएक्टरों पर mahc का एक लाभ प्रतिक्रिया माध्यम में एक भी तापमान चालकत्व है, के रूप में माइक्रोवेव पूरे रिएक्टर मात्रा घुसना । यह एक बेहतर तापमान नियंत्रण और एक तेजी से cooldown अनुमति देता है । इसलिए, depolymerization, परिवर्तन और repolymerization प्रतिक्रियाओं का एक उत्तराधिकार प्रभावी ढंग से विश्लेषण किया जा सकता है । इस अध्ययन में, बड़े पैमाने पर नुकसान, राख सामग्री और संरचना, हीटिंग मूल्यों और इलाज और अनुपचारित SCR विलो लकड़ी के मोलर ओ/सी और एच/सी अनुपात के विश्लेषण से पता चला है कि MAHC कोयले की खनिज सामग्री को कम किया गया था और हीटिंग मूल्य बढ़ गया । प्रक्रम जल में पीएच में कमी दिखाई दी तथा फर्फ्यूरल तथा 5-मिथाइलफर्फ्यूरल समाहित हो गए । १७० डिग्री सेल्सियस की एक प्रक्रिया के तापमान ऊर्जा इनपुट और राख घटक में कमी का सबसे अच्छा संयोजन दिखाया । महाग, हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण प्रक्रिया की बेहतर समझ की अनुमति देता है, जबकि उच्च निवेश लागतों के कारण बड़े पैमाने पर औद्योगिक अनुप्रयोग की संभावना नहीं है ।
Introduction
हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण (mahc) के लिए माइक्रोवेव के अनुप्रयोग का उपयोग बायोमास मॉडल यौगिकों जैसे फ्रुक्टोज, ग्लूकोस1,2 या सेलुलोस (3) और कार्बनिक substrates के थर्मोकेमिकल रूपांतरण के लिए किया जाता है । अधिमानतः अपशिष्ट सामग्री4,5,6,7,8,9,10। माइक्रोवेव के उपयोग के रूप में यह एक भी हीटिंग का इलाज बायोमास2,10 मुख्य रूप से एक परावैद्युत विलायक के थर्मल नुकसान के माध्यम से की अनुमति देता है लाभप्रद है11,12, हालांकि माइक्रोवेव क्या सीधे रासायनिक बांड तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा हस्तांतरण नहीं है और प्रतिक्रियाओं को प्रेरित13. माइक्रोवेव HTC रिएक्टर पोत की पूरी प्रतिक्रिया मात्रा घुसना और ऊर्जा सीधे हस्तांतरण के लिए सामग्री है, जो एक पारंपरिक रिएक्टर है कि एक धीमी हीटिंग की वजह से पता चलता है के साथ संभव नहीं है इस्पात मेंटल की उच्च हीटिंग क्षमता की दर और नमूना ही14। माइक्रोवेव रिएक्टर में तापमान को समान रूप से11,14,15 और कूलडाउन के बाद भी वितरित किया जाता है । प्रतिक्रिया बहुत तेजी से है । इसके अलावा, पारंपरिक रिएक्टरों को गर्मी बहुत धीमी और रासायनिक प्रतिक्रियाओं हीटिंग के दौरान होने वाली परिणाम है कि आम तौर पर अंतिम तापमान को सौंपा जाता है पूर्वाग्रह कर सकते हैं । एक MAHC रिएक्टर में बेहतर प्रक्रिया नियंत्रण चयनित HTC प्रतिक्रियाओं (जैसे, निर्जलीकरण या decarboxylation) के तापमान निर्भरता का एक सटीक विस्तार में सक्षम बनाता है । HTC रिएक्टर की मात्रा में भी तापमान वितरण का एक और फायदा भीतरी रिएक्टर दीवार2पर immobilized और पूरी तरह से कार्बोनीकृत कणों की कम आसंजन है । हालांकि, पानी केवल एक औसत माइक्रोवेव अवशोषित विलायक कि भी उच्च तापमान, जो प्राप्त करने योग्य अधिकतम तापमान सीमा पर माइक्रोवेव अवशोषण कम से पता चलता है । इस नकारात्मक प्रभाव मुआवजा जब एसिड HTC प्रक्रिया के दौरान उत्पादित कर रहे हैं या उत्प्रेरक (ईओण या ध्रुवीय प्रजातियों) उपचार से पहले जोड़ रहे हैं । माइक्रोवेव प्रेरित प्रतिक्रियाएँ सामान्य11,15 और विशेष रूप से 5-हाइड्रोजाइमिथाइलफर्फेरल (5-एचएमएफ) में रेत-बिस्तर उत्प्रेरित अभिक्रियाओं की तुलना में फ्रुक्टोज से उच्च उत्पाद पैदावार दर्शाती हैं । उंहोंने यह भी एक बेहतर ऊर्जा संतुलन तो पारंपरिक हीटिंग तरीकों15,16है ।
हाइड्रोथर्मल कार्बोनेजेशन की मौलिक रासायनिक अवधारणा अवक्रमण और बायोमास का क्रमिक बहुलकीकरण है । इन जटिल अन्योन्यक्रिया प्रतिक्रियाओं के दौरान ऊतक ऑक्सीजन का समाप्त हो जाता है, जो तापन मान को बढ़ाता है । पहले, पॉलीमर हेमीसेलुलोस और सेल्युलोज चीनी मोनोमर्स17को hydrolyzed हैं, हालांकि कम तापमान मुख्य रूप से hemicellulose18,19,20,21को प्रभावित करते हैं । HTC प्रतिक्रियाओं के इस प्रारंभिक चरण में, कार्बनिक एसिड शर्करा aldehydes के परिवर्तन और hemicellulose के deacetylation से बनते हैं । इन एसिड एसिटिक, लैक्टिक, levulinic, एक्रिलिक या फॉर्मिक एसिड20,21,22 हो सकता है और वे रिएक्टर में प्रतिक्रिया पानी के पीएच कम । वियोजन के कारण, वे मुक्त नकारात्मक आयनों कि प्रक्रिया पानी में आयन उत्पाद को बढ़ाने के रूप में । बढ़ती आयन उत्पाद cations, जो बायोमास में राख के प्रमुख घटक है के हल की अनुमति देता है । इस तंत्र के द्वारा, ऊतक उत्सर्जन पूर्ववर्ती और धातुमल धारकों (जैसे, पोटेशियम, सोडियम, कैल्शियम, क्लोरीन और भारी धातुओं)23,24से समाप्त हो गया है ।
गठन कार्बनिक एसिड furans के लिए चीनी मोनोमर्स के निर्जलीकरण का समर्थन कर सकते हैं । एक आम चीनी निर्जलीकरण उत्पाद फरफुरल और 5-hydroxymethylfurfural है, जो रासायनिक उद्योग के लिए संभव उत्पादों रहे हैं, के रूप में वे मंच उत्पादों के रूप में सेवा (जैसे, बायोओलिमर्स के संश्लेषण के लिए) । 5-सेलुलोज25,26 या 5-हाइड्रोक्सिमेथिलफर्फ्यूरल27से उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं द्वारा methylfurfural का गठन किया जा सकता है । हालांकि बायोपॉलिमर सिंथेसिस नियंत्रित परिस्थितियों में एक कृत्रिम पुनर्बहुलकीकरण है, लेकिन यह फ्यूरेन्स, महाग रिएक्टर के जटिल रासायनिक परिवेश में उच्च आण्विक वज़न वाले सुगंधित संरचनाओं को भी गाढ़ा, बहुलकीकरण और आकार दे सकता है । संशोधित लकड़ी सेल मैट्रिक्स के साथ घुलनशील कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों की बातचीत प्रतिक्रिया प्रणाली20की जटिलता के लिए जोड़ें । Furan बहुलकीकरण प्रतिक्रिया रास्ते ऐल्डोल संघनन या/और एक जलविरागी शेल और एक अधिक हाइड्रोफिलिक कोर28के साथ उपज हाइड्रोचर कणों को रोजगार । यह अभी तक नहीं पता चला है कि क्या बायोमास कणों पूरी तरह से विघटित कर रहे है और फिर repolymerized या यदि बायोमास कणों एक carbonization के लिए टेंपलेट के रूप में सेवा करते हैं । हालांकि, गिरावट और repolymerization प्रतिक्रियाओं निर्जलीकरण और decarboxylation प्रतिक्रियाओं शामिल, के रूप में अच्छी तरह से29,30, जो ओ/
जबकि अंय अध्ययनों से पारंपरिक रिएक्टर आधारित उष्णजलीय उपचार31, संयुक्त यांत्रिक निक्षालन३२ या पानी/अमोनियम एसीटेट/हाइड्रोक्लोरिक एसिड वाशिंग३३के साथ एक पानी धोने के खनिज को कम करने के प्रभाव को साबित कर दिया, हमारे अध्ययनों से पहली बार माइक्रोवेव के साथ कम तापमान कार्बोनेजेशन के दौरान खनिज निक्षालन की जांच । के रूप में इस अध्ययन ईंधन के उंनयन के लिए उत्सर्जन अग्रदूत निक्षालन पर केंद्रित है, यह पोटेशियम, सोडियम, मैग्नीशियम, कैल्शियम, क्लोरीन, सल्फर, नाइट्रोजन और भारी धातुओं के भाग्य की जांच । महीन धूल पूर्वगामी अस्थिर लवण (उदा., KCl या K2तो4) को गैसीय प्रावस्था में ऊंचा तापमान पर बनाते हैं । जब ये लवण फ़्लुएंज़ा गैस में जमा हो जाते हैं, तो जिंक जैसी भारी धातुएं उन पर नाभिककरण कणों के रूप में सफाई कर सकती हैं, जिससे एक कण वृद्धि श्रृंखला अभिक्रिया होती है । कम फ्लू गैस के तापमान पर, नमक संघनन आगे कण विकास और परिणाम में चिमनी से cancerogenous ठीक धूल उत्सर्जन से चलाता है । इन उत्सर्जन वर्तमान में मुख्य कारक है कि बायोमास ईंधन की स्थिरता समझौता कर रहे हैं । एक स्थाई ऊर्जा आपूर्ति महंगा फिल्टर या ईंधन में उनकी कमी से उनकी कमी पर निर्भर करता है (जैसे, MAHC द्वारा) । इस अध्ययन के रूप में एक व्यावहारिक दृष्टिकोण, लघु रोटेशन गुल्मवन (SRC) विलो लकड़ी उच्च विकास दर के साथ एक संभावित bioenergy फीडस्टॉक के रूप में चुना गया था इस प्रकार है । यह किसानों द्वारा अपने खेतों पर गैसीकरण द्वारा स्व-धारणीय विद्युत आपूत के लिए उगाया जा सकता है, बल्कि सीधे दहन द्वारा ऊष्मा उत्पादन के लिए भी । विलो SRC का एक नुकसान अपने उच्च छाल एक कम स्टेम के कारण सामग्री है: छाल अनुपात परिपक्व अवस्था में । छाल लकड़ी३४,३५,३६,३७ की तुलना में खनिजों की एक बहुत कुछ शामिल है और पैदावार गैसीय या कण उत्सर्जन की अधिक मात्रा३८। कम तापमान HTC SRC willow लकड़ी के दहन गुणों में सुधार कर सकते है और, इस तरह, एक स्थाई गर्मी और बिजली की आपूर्ति में योगदान । HTC biocoal के एक अंय महत्वपूर्ण पैरामीटर इस अध्ययन में जांच की अपनी ऊर्जा घनत्व है, इसकी उच्च प्रारंभिक दहन तापमान और उसके उच्च अंतिम दहन तापमान३९।
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Protocol
1. नमूना सामग्री की तैयारी
- फसल पांच साल पुरानी विलो, क्लोन प्रकार "Tordes" ([Salix schwerinii एक्स एस viminalis] एक्स एस vim.), 12 − 14 मीटर की ऊंचाई और लगभग 15 सेमी की एक स्तन व्यास के साथ ।
- लकड़ी चिप और १०५ डिग्री सेल्सियस पर 24 घंटे के लिए एक भट्ठा ड्रायर में चिप्स सूखी ।
- एक काटने मिल के साथ लकड़ी के चिप्स काटें और ०.१२ मिमी के एक कण के आकार के लिए एक केंद्रापसारक मिल के साथ पीस ।
2. माइक्रोवेव असिस्टेड हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण
- ८५० W के साथ एक माइक्रोवेव ओवन और २,४५५ मेगाहर्ट्ज की एक मैग्नेट्रॉन आवृत्ति का उपयोग करें ।
- स्थान ५०० मिलीग्राम कच्चे माल की एक ५० मिलीलीटर पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (PTFE) रिएक्शन पोत में १.३ से एक spatula । 10 मिलीलीटर डिमिनरलाइज्ड पानी डालें । प्रतिक्रिया पोत टोपी नीचे पेंच इतना है कि टोपी में दबाव वाल्व टोपी किनारा के रूप में एक ही स्तर पर है ।
- प्रत्येक उपचार के तापमान के लिए, माइक्रोवेव ओवन में कच्चे माल के साथ बारह प्रतिक्रिया जहाजों रखो और ओवन बंद करो ।
- तीन तापमान कार्यक्रम सेट अप, तीन तापमान के लिए माइक्रोवेव के साथ: १५० डिग्री सेल्सियस (रैंप + १२.५ ° c ंयूनतम-1, पकड़ ६० मिनट, पीक पावर ५०%), १७० ° c (रैंप + ९.६ ° c ंयूनतम-1, पकड़ ६० मिनट, पीक पावर ८०%), and १८५ ° c (रैंप + ५.३ ° c min-1 , 30 मिनट, रैंप-१.१ ° c ंयूनतम-1 से १५० ° c, पीक पावर १००%) पकड़ो । माइक्रोवेव ओवन, प्रत्येक एक कार्यक्रम के लिए शुरू करो ।
- कार्यक्रम के पूरा होने के बाद, प्रतिक्रिया वाहिकाओं को हटाने, उन्हें शांत और पुनः सक्रिय करने के लिए अनुमति देते हैं. इसके बाद अंदर दबाव छोड़ने के बाद उन्हें धूआं अलमारी के नीचे खोलें ।
- प्रत्येक प्रतिक्रिया पोत के लिए दो बार आसुत पानी की ३५ मिलीलीटर जोड़ें । एक अपकेंद्रित्र सिलेंडर के लिए प्रत्येक पोत में घोल डालो और 10 मिनट के लिए १,७१४ x g पर केंद्रापसारी ।
- प्रक्रिया पानी एक और ट्यूब में सूखा और पीएच और गैस क्रोमेटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री (जीसी-एमएस) विश्लेषण के लिए-5 डिग्री सेल्सियस पर जमे हुए संग्रहित है ।
- -5 डिग्री सेल्सियस पर शेष biocoal गोली के साथ अपकेंद्रित्र सिलेंडर फ्रीज । फिर बायोकोकल गोली निकाल लें और इसे १०५ ° c पर सुखा लीजिए । बायोकोकल पेलेट को तौलना और मासी उपचार द्वारा प्रेरित वजन घटाने की गणना करना ।
- इसके बाद के विश्लेषण के लिए पर्याप्त biocoal (लगभग 22 ग्राम) का उत्पादन करने के लिए चरण 2.2 − 2.8 चार बार प्रति तापमान (प्रति तापमान ४८ प्रतिक्रिया वाहिकाओं) दोहराएँ ।
3. ऐश सामग्री निर्धारण
- व्यक्तिगत रूप से 20 खाली सिरेमिक व्यंजन वजन । नमूने के प्रत्येक 1 ग्राम में जोड़ें (5 x 1 कच्चे माल की जी, और 5 एक्स 1 biocoal के प्रत्येक तापमान उपचार से जी) ।
नोट: क्योंकि व्यंजन लेबल नहीं किया जा सकता है, एक योजना ओवन में जहाजों की व्यवस्था के लिए तैयार किया जाना चाहिए । - एक मफल भट्ठी में खुला सिरेमिक व्यंजन प्लेस और भट्ठी बंद करो ।
- कार्यक्रम मफल भट्ठी के लिए एक तापमान कार्यक्रम (+ 6 ° c ंयूनतम-1 25 डिग्री सेल्सियस से २५० डिग्री सेल्सियस, पकड़ ६० मिनट, + 10 ° c ंयूनतम-1 से ५५० डिग्री सेल्सियस, पकड़ १२० मिनट) और कार्यक्रम शुरू करते हैं ।
- कार्यक्रम के पूरा होने के बाद, मफल भट्ठी १०५ ° c करने के लिए शांत हो जाओ । फिर भट्ठी खोलें और सिरेमिक व्यंजन बाहर ले जाएं ।
- एक चिमटा में सिरेमिक व्यंजन प्लेस (सामग्री की मेज) एक सुखाने सिलिका जेल से मिलकर एजेंट से भरा । एक वैक्यूम पंप की मदद से desiccator और वैक्यूम सूखी बंद करो ।
- ठंडा करने के 24 घंटे के बाद सिरेमिक व्यंजन बाहर ले लो । चीनी मिट्टी की राख युक्त पकवान वजन और खाली चीनी मिट्टी पकवान का वजन घटाकर भस्म वजन की गणना ।
- राख की मात्रा को कच्चे माल या बायोओकल के शुष्क द्रव्यमान द्वारा विभाजित करके प्रतिशत में निर्धारित कीजिए ।
4. उच्च और कम हीटिंग मूल्यों का निर्धारण
- कैलोरीमीटर के पानी पंप को सक्रिय करने और कैलोरीमीटर के लिए ९९.५% ऑक्सीजन की आपूर्ति करने के लिए ऑक्सीजन वाल्व खुला ।
- ग्लूकोज़ के 1 ग्राम का वजन करें और इसे प्लास्टिक के नमूना बैग में ४६,४७९ J/g की परिभाषित कैलोरिफिक वैल्यू के साथ रखें । एक कैलोरीमीटर बम के दहन क्रूसिबल में नमूना बैग रखो ।
- बम के नीचे में दो बार विआयनीकृत पानी की 5 मिलीलीटर जोड़ें और बम नीचे पेंच । कैलोरीमीटर में बम रखो और कैलोरीमीटर बंद करो ।
- नमूना का वजन दर्ज करें और नमूना बैग विधि करने के लिए सेटिंग्स बदल जाते हैं । कैलोरीमीटर शुरू करें ।
- मापन पूरा हो जाने के बाद, बम को बाहर निकालिए, इसे उल्टा करके 1 मिनट के लिए धीरे से हिला दें ।
- बम खोलना, दो बार demineralized पानी की 5 मिलीलीटर निकालें और बाद में आयन क्रोमेटोग्राफी विश्लेषण के लिए एक पेंच टोपी कंटेनर में यह दुकान ।
- अंशांकन मानक प्राप्त करने के लिए चरण 4.2 − 4.6 तीन बार दोहराएं ।
- प्रत्येक माहग biocoal (१५० डिग्री सेल्सियस, १७० ° c, १८५ डिग्री सेल्सियस) और कच्चे माल के साथ पांच बार चरणों को दोहराएं ।
- निंन समीकरण४०का उपयोग कर कम हीटिंग मान की गणना:
जहां LHV कम हीटिंग मान है, HHV उच्च हीटिंग मूल्य ४.४ कदम में कैलोरीमीटर से प्राप्त है, और ω हाइड्रोजन सामग्री है [
मौलिक विश्लेषण से प्राप्त की ।
मौलिक विश्लेषण से प्राप्त की ।5. क्लोरीन की मात्रा के लिए आयन वर्णलेखिकी
नोट: विश्लेषण करने से पहले आयन क्रोमैटोग्राफ के अंशांकन की जाँच करें ।
- ४.८ कदम से समाधान के 5 मिलीलीटर बाहर ले लो और एक ५० मिलीलीटर आयतनी मुखौटा में दो बार demineralized पानी की ४५ मिलीलीटर जोड़ें ।
- एक नमूना कंटेनर में नमूना सक्शन ट्यूब डालें और पूर्व स्तंभ में एक सिरिंज के साथ नमूना के लगभग 3 मिलीलीटर ड्रा. विश्लेषण चलाएं प्रारंभ करें ।
- निर्माता के निर्देशों के अनुसार माप बाहर ले ।
- खंड 4 में तैयार प्रत्येक नमूने के लिए ५.२ और ५.३ चरणों को दोहराएं ।
6. O/C और H/C अनुपात के निर्धारण के लिए मौलिक विश्लेषण
- नमूने मापा जा करने के लिए साधन मैनुअल से एक उपयुक्त विधि का चयन करें.
- सभी 20 मिलीग्राम sulfonamide मानकों और रिक्त स्थान डिवाइस जांचना करने के लिए आवश्यक बनाओ.
- एक सामग्री नमूना तैयार करने के लिए, माइक्रो संतुलन पर टिन पंनी में नमूना के 20 मिलीग्राम रखो । टिन पंनी पर नमूना वजन, नमूने के आसपास पंनी बंद और पैकेज प्रेस के रूप में संभव के रूप में छोटी हवा शामिल । बाद में प्रत्येक नमूने के लिए इस 5x दोहराएं ।
नोट: biochar नमूनों का विश्लेषण करने में सक्षम होने के लिए, नमूने की मात्रा के रूप में टंगस्टन ट्राइऑक्साइड की एक ही राशि 1:1 के अनुपात में जोड़ा जाना चाहिए । बायोचर में गुम ऑक्सीजन की भरपाई के लिए यह जरूरी है कि तात्विक विश्लेषक में पूर्ण दहन सुनिश्चित किया जाए । - तात्विक विश्लेषक के ऑटोपारखी में तैयार नमूनों को डालें ।
- मौलिक विश्लेषक के दहन कक्ष के लिए ऑक्सीजन और हीलियम वाल्व खोलें ।
- जब डिवाइस डिवाइस द्वारा निर्दिष्ट तापमान तक पहुँच गया है, तो विश्लेषण प्रारंभ करें । इस मामले में, तापमान ९०० डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने तक प्रतीक्षा करें ।
- Sulfonamide मानक वजन (कदम ६.२), और संबंधित तत्व के 1 मोल के वजन के द्वारा सल्फोनैमाइड मानक में प्रत्येक तत्व के moles की गणना ।
- चरण ६.७, और संबंधित पीक क्षेत्रों से प्राप्त sulfonamide में सी, एच, एस, और एन के moles के बीच संबंध की गणना.
- कुल नमूना वजन से, चरण ३.७ से प्राप्त नमूना राख सामग्री घटाना.
- सल्फोनैमाइड मानक और नमूने में संबंधित तत्व पीक क्षेत्र की तुलना करें, और नमूना में तत्व के मोल को प्राप्त करने के लिए सल्फोनैमाइड में प्रत्येक तत्व के मोल से गुणा करें ।
- तत्व के मोल, चरण ६.१० से प्राप्त द्वारा नमूना में सी, एच, एस, और एन के वजन की गणना करने के लिए-आवर्त सारणी से तत्व के संबंधित मोलर द्रव्यमान के साथ ।
- नमूना में ऑक्सीजन के वजन की गणना राख मुक्त नमूना द्रव्यमान का उपयोग करके, चरण ६.९ से प्राप्त की, और चरण ६.११ से प्राप्त सी, एच, एन, और एस के वजन घटाकर ।
- कच्चे माल में मोलर एच/सी और ओ/सी अनुपात की गणना कीजिए और महाग जैवकोकल नमूनों का ।
7. प्रेरित युग्मित प्लाज्मा ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी
- वजन ४०० मिलीग्राम सूखे कच्चे माल या महाग biocoal और यह एक spatula के साथ एक ५० मिलीलीटर PTFE रिएक्शन पोत में डाल दिया । ६९% नाइट्रिक एसिड की 3 मिलीलीटर और ३५% हाइड्रोक्लोरिक एसिड की 9 मिलीलीटर जोड़ें ।
- प्रतिक्रिया पोत टोपी नीचे पेंच इतना है कि टोपी में दबाव वाल्व टोपी किनारा के रूप में एक ही स्तर पर है ।
- नमूनों की प्रतिक्रिया जहाजों माइक्रोवेव ओवन में विश्लेषण किया जा करने के लिए और ओवन बंद रखो ।
- कार्यक्रम कार्बनिक सामग्री की पूरी गिरावट के लिए तापमान कार्यक्रम: रैंप + १५.५ ° c ंयूनतम-1 से २०० डिग्री सेल्सियस, 30 मिनट पकड़, १८० डिग्री सेल्सियस के लिए नीचे शांत, 5 मिनट के लिए पकड़ । माइक्रोवेव ओवन को स्टार्ट करें ।
- कार्यक्रम के पूरा होने के बाद, प्रतिक्रिया वाहिकाओं को हटाने, उन्हें शांत और पुनः सक्रिय करने के लिए अनुमति देते हैं. फिर अंदर दबाव जारी करने के बाद एक धूआं अलमारी के नीचे जहाजों को खोलें ।
- एक ५० मिलीलीटर बल्ब सिलेंडर में नमूनों डालो । फिर प्रतिक्रिया पोत को अच्छी तरह से दो बार विआयनीकृत पानी के साथ कुल्ला और यह बल्ब सिलेंडर को हस्तांतरण । दो बार विआयनीकृत पानी के साथ ५० मिलीलीटर के निशान को सिलेंडर ऊपर ऊपर सभी नमूनों की भी कमजोर पड़ने सुनिश्चित करने के लिए ।
- १५० μm जाल फिल्टर कागज के साथ चरण ७.६ से नमूना फ़िल्टर । ५० मिलीलीटर शंक्वाकार अपकेंद्रित्र ट्यूबों में छानना भरें ।
- मानक नमूने ICP-OES के autoinjदखलदार में रखो । मानक नमूनों ज्ञात सांद्रता (०.०००१ पीपीएम, ०.००१ पीपीएम, ०.१ पीपीएम, 1 पीपीएम 10 पीपीएम, 20 पीपीएम, ५० पीपीएम) तत्वों की मात्रा (Ca, के रूप में, बी, हो, Fe, एसई, Zn, एजी, अल, बीए, द्वि, सीडी, Co, सीआर, घन, Ga, K, Li , एमजी, एमएन, मो, ना, नी, पीबी, आरबी, एसआर, टे, Tl, वी) ।
- आईसीपी-OES के ऑटोइंजेक्टर में नमूनों को रखें और आईसीपी-OES विश्लेषण को उसी पैरामीटर के साथ चलाएं ।
- ICP-OES विश्लेषण के बाद, चरण ७.८ में मानक नमूनों से प्राप्त अंशांकन वक्रों के आधार पर, स्वचालित रूप से mg/kg में परिकलित, सॉफ़्टवेयर से मौलिक एकाग्रता प्राप्त करें ।
- उत्पादित biocoal में मौलिक एकाग्रता में कमी की गणना:
जहां Conc. बायोमास में मौलिक एकाग्रता बायोमास और Conc में है । कोयले में बायोकोकल में तात्विक एकाग्रता होती है ।
8. HTC प्रक्रिया पानी के पीएच मापने
- प्रत्येक तरल अंश को महाग उपचार (स्टेप २.७) से कच्चा माल और तीन जैवकोलों को चार संबंधित बीकर्स में भरें ।
- मानक समाधान के साथ पीएच जांच जांचना ।
- कच्चे माल के तरल अंश और तीन मासी बायोकोल्स के pH को मापें ।
9. गैस क्रोमेटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री
- मासी उपचार से तरल अंशों फ़िल्टर (चरण २.७) १५० μm जाल फिल्टर कागज के साथ । फ़िल्टर किए गए तरल अंशों के 1 मिलीलीटर में 20 मिलीलीटर मेथनॉल जोड़ें ।
- एक जीसी-एमएस autoसैंपलर शीशी के लिए स्थानांतरण २०० μL और जीसी में शीशी-MS autoसैंपलर डाल दिया ।
- शुद्ध मानकों फरफुरल और 5-methylfurfural (विश्लेषणात्मक ग्रेड) नीचे से 10-2, 10-3, 10-4, और मेथनॉल के साथ 10-5 ।
- GC-MS autoसैंपलर में मानकों रखो और उन्हें मापदंडों के साथ विश्लेषण: २३० डिग्री सेल्सियस सुई लगानेवाला तापमान और 1:40 विभाजन में 1 μL इंजेक्शन मात्रा; 5MS गैर-ध्रुवीय कॉलम (सामग्री की तालिका) 15 मीटर लंबाई और ०.२५ मिमी फिल्म मोटाई के साथ; तापमान कार्यक्रम 30 ° c, 2 मिनट पकड़ो, + ४० ° c/ंयूनतम करने के लिए २५० ° c के रैंप, 2 मिनट पकड़ो; ७० एमवी और एमएस डिटेक्टर के साथ एक एम/जेड रेंज के साथ स्कैन मोड में आयनन 35 − 400, प्रत्येक में स्कैन ०.३ s.
- अंशांकन वक्र कुल आयन गणना (टिक) पीक क्षेत्र और यौगिक एकाग्रता द्वारा स्थापित करें ।
- एक ही विश्लेषणात्मक मापदंडों के साथ तैयार HTC biocoal तरल चरण के नमूनों को चलाने के लिए और एक स्पेक्ट्रा पुस्तकालय में मानक और स्पेक्ट्रम मैच के प्रतिधारण समय के माध्यम से फरफुरल और 5-methylfurfural की पहचान ।
- परिकलित अंशांकन वक्र (चरण ९.६) का उपयोग करके फरफुरल और 5-methylfurfural की सांद्रता का निर्धारण और फरफुरल और 5-methylfurfural के नमूना पीक क्षेत्रों में डालने ।
10. सांख्यिकी
- सामांय वितरण के लिए Shapiro Wilks परीक्षण के साथ डेटा का विश्लेषण करें ।
- मान-Whitney U-परीक्षण गैर-सामांय रूप से वितरित डेटा सेट करने के लिए और t-परीक्षण सामांय रूप से वितरित डेटा सेट के लिए डेटा सेट के बीच महत्वपूर्ण अंतर ढूंढने के लिए उपयोग करें ।
नोट: यदि एक डेटा सेट सामांय रूप से वितरित किया जाता है और अंय नहीं, मान-Whitney U परीक्षण का उपयोग करें ।
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Representative Results
मौलिक विश्लेषण के परिणामों से विलो वुड के ओ/सी-एच/सी अनुपात और मासी बायोकोल्स के बीच अंतर प्रकट हुआ (चित्र 1) । कच्चा माल उच्च O/C-H/C अनुपात और मूल्यों का एक उच्च भिन्नता दिखाता है । महाग उपचार माइक्रोवेव रिएक्टर में homogenization के कारण मूल्य भिन्नता कम हो गई । माइक्रोवेव रिएक्टर की परिशुद्धता ने अवक्रमण की तीन अवस्थाओं के विभेदन की अनुमति दी । एच/सी अनुपात को १५० डिग्री सेल्सियस पर कम कर दिया गया और एच/सी तथा ओ/सी अनुपात में भिन्नता को कम कर दिया गया । १७० ° c पर O/C अनुपात कम किया गया था और १८५ ° c में O/C अनुपात को और कम किया गया था ।
तापमान एक बढ़ती भूरे रंग प्रेरित किया, जबकि प्रक्रिया पानी एक ही प्रवृत्ति हालांकि छाया उज्ज्वल था दिखाया (चित्रा 2) । दोनों biocoal और प्रक्रिया पानी में furans और पाली-benzenes, जो एक बांड और डबल बांड कि ऑप्टिकली सक्रिय है की एक उत्तराधिकार होते है जैसे खुशबूदार छल्ले में वृद्धि, इस रंग बदलने के लिए प्रेरित (चित्रा 2) । चीनी मोनोमर्स से साइड रिएक्शन एसिड बनने से घुलनशील एसिड का निर्माण होता है और परिणामस्वरूप, प्रक्रिया के पानी में पीएच ड्रॉप28 (तालिका 1) । एक बड़े पैमाने पर नुकसान १५० डिग्री सेल्सियस के नमूने में मापा गया था, हालांकि कच्चे माल की तुलना में कोई रंग विकल्पन दिखाई दे रहा था (चित्रा 2 और तालिका 1). १७० ° c biocoal के हीटिंग मूल्य की एक उच्च वृद्धि एक उच्च वजन घटाने के साथ किया गया था । इस वजन में कमी ऊष्मा उन्मोची रूपांतरण प्रतिक्रियाओं कि furans (तालिका 1) के कारण हुआ था । कम, हालांकि काफी अलग, १७० डिग्री सेल्सियस और १८५ डिग्री सेल्सियस biocoal के बीच हीटिंग मूल्य की वृद्धि १५० डिग्री सेल्सियस और १७० डिग्री सेल्सियस के बीच वजन घटाने की तुलना में एक कम वजन घटाने के साथ किया गया था । पीएच ४.२५ से १५० डिग्री सेल्सियस पर ३.६ से १७० डिग्री सेल्सियस पर गिरा और १७० डिग्री सेल्सियस से १८५ डिग्री सेल्सियस तक स्थिर रहे । अतिरिक्त एसिड, inorganics और इस तरह की प्रक्रिया पानी में राख घटकों द्वारा परिणामस्वरूप बढ़ती आयन उत्पाद के कारण23हल किया जा सकता है ।
सारणी 2 में चयनित उत्सर्जन पूर्वगामी के भाग्य का पता चलता है । सारणी 2में काफी कम तत्व होते हैं, जैसे-सल्फर, पोटैशियम, कैल्शियम, क्लोरीन और मैग्नीशियम, और नाइट्रोजन तथा सोडियम जैसे तत्वों में काफी कमी नहीं होती । बायोमास में भारी धातुओं, चांदी और लिथियम को छोड़कर, काफी कम थे, के रूप में 3 तालिकामें देखा जा सकता है, लेकिन चांदी और लिथियम ही अमहत्वपूर्ण कम कर रहे हैं ।
बड़े पैमाने पर नुकसान सही तत्व में कमी के परिणाम चित्र 3में दिखाए जाते हैं । के रूप में बड़े पैमाने पर नुकसान यहां नहीं माना जाता था, जो भी एक गहन उच्च तापमान HTC उपचार के मामले में कच्चे बायोमास की तुलना में उच्च तत्व सांद्रता के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, सभी गणना नुकसान तालिका 2 और 3 तालिका में अधिक से अधिक थे वृद्धि आयन उत्पाद द्वारा प्रेरित निरपेक्ष तत्व हानि प्रदर्शित करें । विभिन्न तत्वों को एक अलग तापमान पर निर्भर प्रक्रिया पानी में निक्षालन दिखा । क्लोरीन और पोटेशियम को १५० डिग्री सेल्सियस पर गहन रूप से स्थानांतरित किया गया, जबकि सल्फर, मैग्नीशियम, सोडियम, कैल्शियम, जस्ता, बेरियम, मैंगनीज, और स्ट्रोंटियम ने १७० डिग्री सेल्सियस पर अपनी उच्चतम अवक्षय दर दर्शाई । केवल biocoal में चांदी और लिथियम एकाग्रता एक भी कम दर है कि तापमान स्वतंत्र था दिखाया, जबकि नाइट्रोजन सब पर MAHC उपचार से प्रभावित नहीं था । फाइन डस्ट फार्मर्स क्लोरीन, पोटैशियम, मैग्नीशियम, सोडियम और कैल्सियम के नुकसान का योग क्रमश १५० डिग्री सेल्सियस, १७० डिग्री और १८५ डिग्री सेल्सियस पर ५,७८२ मिलीग्राम/किग्रा, ८,५२९ मिलीग्राम/किग्रा और ८,८३३ मिलीग्राम/किग्रा था, जबकि क्वांफाइड हैवी मेटल्स के नुकसान का योग ८७ मिलीग्राम/किग्रा था । क्रमश १५० डिग्री सेल्सियस, १७० डिग्री और १८५ डिग्री सेल्सियस के लिए १७० मिग्रा/किग्रा और १८२ मिग्रा/किग्रा की हानि हुई और सल्फर की मात्रा में क्रमश ५४८, २,०८९ और २,४३१ डिग्री सेल्सियस के लिए १५०/किग्रा की हानियों का पता चला ।
चित्रा 1: बायोमास, पीट, लिग्नाइट, कोयला और वैन krevelen आरेख में एंथ्रेसाइट के लिए विशिष्ट मूल्य पर्वतमाला 18 , 20 , 30 , ४१. इनसेट महाग कोयला नमूनों के परमाणु ओ/सी और एच/सी अनुपात को दर्शाता है । (क) मुख्य रूप से निर्जलीकरण । (ख) निर्जलीकरण और डिआर्सेक्सिलन (ग) मुख्य रूप से निर्जलीकरण । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।
चित्र 2: कच्चे माल की छवियां और संबंधित तापमान उपचार के बाद माहग biocoal और प्रक्रिया पानी । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।
चित्रा 3: प्रतिशत में कच्चे बायोमास वजन के आधार पर एसआरसी विलो बायोमास से उत्सर्जन पूर्ववर्ती के Leaching। वजन घटाने का प्रतिशत अनुपचारित बायोमास वजन के आधार पर गणना की जाती है । निचला ग्राफ 150 − 170 ° सेल्सियस के बीच उच्च निक्षालन दर वाले तत्वों को दर्शाता है और ऊपरी ग्राफ विभिन्न लीचिंग व्यवहार वाले तत्वों को दर्शाता है । यह आंकड़ा Knappe एट अल.४२से संशोधित किया गया है । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।
| पैरामीटर | विलो काष् ठ | १५० डिग्री सेल्सियस | १७० डिग्री सेल्सियस | १८५ डिग्री सेल्सियस |
| कोयला | ||||
| जन हानिकोयला (%) | - | ७.६० ± २.९३ | २५.५४ ± २.८७ | २८.८९ ± १.९६ |
| उच्च ताप मूल्यकोयला (J g-1): | १८,८४३ ± ९६ | १८,५५१ ± १४३ | १९,३५८ ± ३१४ | २०,०२९ ± ८८ |
| कम हीटिंग मूल्यकोयला (जे जी-1) | १७,४३० ± १३० | १७,२२० ± १८० | १८,१३० ± ३१० | १८,७३० ± १२० |
| प्रक्रम जल | ||||
| फोन | ४.२५ | ३.६ | ३.६ | |
| फर्फ्यूरल (एमजी केजी-1) | 0 | ०.१ ± ०.००५ | १.५६५ ± ०.०३१ | |
| 5-methylfurfural (मिलीग्राम किलो-1) | 0 | ०.००९ ± ०.०००१ | ०.०१२ ± ०१०००२ |
तालिका 1: ऊर्जा सामग्री और प्रक्रिया जल गुण । यह बड़े पैमाने पर नुकसान और कच्चे माल और biocoal के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पीएच और फरफुरल और 5-प्रक्रिया पानी की methylfurfural की सांद्रता के उच्च और कम हीटिंग मूल्यों से पता चलता है ।
| उपचार | ऐश सामग्री (%) | एन | एस | Cl | कश्मीर | मिलीग्राम | ना | Ca |
| (% DM) | (% DM) | (% DM) | (मिलीग्राम/किग्रा) | (मिलीग्राम/किग्रा) | (मिलीग्राम/किग्रा) | (मिलीग्राम/किग्रा) | ||
| कच्चा | १.९६ ± ०.०८ | ०.४७ ± ०.०१ | ०.४८ ± ०.१९ | ०.२४ ± ०.०१ | ३,११३ ± 26 | ७१० ± 11 | ३४८ ± ५० | ११,७६८ ± २४० |
| १५० डिग्री सेल्सियस | १.१५ ± ०.०३ | ०.४१ ± ०.०४ | ०.४१ ± ०.१७ | ०.०६ ± ०.०२ | ६१६ ± 14 | ६२५ ± 23 | ३११ ± ४५ | ९,५०१ ± १८९ |
| * | - | - | * | ** | * | - | ** | |
| १७० डिग्री सेल्सियस | ०.९० ± ०.०६ | ०.४० ± ०.०३ | ०.२४ ± ०.०४ | ०.०७ ± ०.०१ | ५३४ ± 31 | ३८३ ± ३६ | ३०३ ± ६६ | ८,९१७ ± १४१ |
| * | * | ** | * | ** | * | - | ** | |
| १८५ डिग्री सेल्सियस | १.०४ ± ०.०४ | ०.४३ ± ०.०५ | ०.१४ ± ०.०१ | ०.०५ ± ०.०३ | ५२५ ± 21 | ३७१ ± ४४ | ३०१ ± ३२ | ८,८८० ± १९१ |
| * | - | ** | * | ** | * | - | ** | |
| डीएम: ड्राई मास । | ||||||||
तालिका 2: चयनित उत्सर्जन पूर्वगामी और समग्र राख सामग्री । सितारे महत्व के स्तर को दर्शाते है (*, p < ०.०५; * *, p < ०.०१; * * *, p < ०.००१) ।
| उपचार | रूप में | Cd | पंजाब | पारा | नी | Zn | बीए | एजी | Mn | सीनियर | ली |
| एमजी/केजी | |||||||||||
| कच्चा | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | १०६ ± 3 | 14 ± 1 | ३७ ± 4 | ७५ ± 1 | 30 ± 1 | 27 ± 3 |
| १५० डिग्री सेल्सियस | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | ७७ ± 2 | 13 ± 1 | ३५ ± 4 | ५१ ± 1 | 19 ± 1 | 24 ± 2 |
| * | * | - | ** | ** | - | ||||||
| १७० डिग्री सेल्सियस | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | ५७ ± 3 | 8 ± 1 | ३४ ± 3 | 26 ± 1 | 10 ± 1 | 20 ± 1 |
| * | ** | - | ** | ** | ** | ||||||
| १८५ डिग्री सेल्सियस | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | एनडी | ५५ ± 2 | 7 ± 1 | 27 ± 2 | 29 ± 1 | 9 ± 1 | 17 ± 2 |
| * | ** | ** | ** | ** | ** | ||||||
| एन. एन.: पता नहीं (तत्व विशिष्ट थ्रेशोल्ड नीचे) । | |||||||||||
तालिका 3: कच्चे माल और MAHC नमूनों में भारी धातु सामग्री । सितारे महत्व के स्तर को दर्शाते है (*, p < ०.०५; * *, p < ०.०१; * * *, p < ०.००१) ।
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Discussion
महाग तापीय उपचार की विभिन्न तीव्रता को लागू करके रासायनिक निम्नीकरण के चरणों के विभेदन की अनुमति देता है । इसलिए, सामूहिक हानि, O/C-H/C अनुपात, हीटिंग मान, राख घटक में कमी, प्रक्रिया पानी की पीएच वृद्धि और प्रक्रिया पानी में furans के संचय के बीच बातचीत का आकलन संभव है । पारंपरिक HTC रिएक्टर विधि पर mahc विधि का लाभ पूरे रिएक्टर की मात्रा घुसना और microlevel पर स्थूल परतों द्वारा रिएक्टर मात्रा हीटिंग की तुलना में गर्मी का संचालन कि माइक्रोवेव के माध्यम से थर्मल चालन पर आधारित है अलग तापमान10। यह तीन अलग क्षरण चरणों की पहचान की अनुमति दी है, जो मुख्य रूप से निर्जलीकरण और संबंधित मोनोमर्स के decarboxylation द्वारा ट्रिगर किया गया । Hydrolysis और hemicellulose के deacetylation थोड़ा बायोमास के एच/सी अनुपात में वृद्धि होगी और यह इस प्रयोग में इन प्रतिक्रियाओं को अलग करने के लिए संभव नहीं था, उदाहरण के लिए, १५० डिग्री सेल्सियस पर । द्वितीय ताप चरण (150 − 170 ° ब्) में डेकाबॉक्सिलन के कारण ओ/सी अनुपात में एक बूंद की उत्प्रेरित हुई । एच/सी अनुपात में कमी ने एक समानांतर निर्जलीकरण का सुझाव दिया । १७० और १८५ ° c के बीच, O/c अनुपात में नगण्य परिवर्तन था लेकिन एच/सी अनुपात में सापेक्ष कमी थी, जिसे नीचा करने के द्वारा समझाया जा सकता है । हालांकि, इन प्रयोगों में गैस के निर्माण की निगरानी नहीं की गई, क्योंकि माइक्रोवेव रिएक्टर ने अभिक्रिया के दौरान गैसीय प्रावस्था में प्रवेश की अनुमति नहीं दी थी । यह भी संभव है कि अधिक स्थिर तृतीयक OH समूहों के निर्जलीकरण, furans के लिए शर्करा की निर्जलीकरण के दौरान गठित मध्यवर्ती (तालिका 1), इस एच/ तृतीयक ओह समूहों के लिए एक उच्च सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है और उच्च तापमान पर अपमानित किया जाता है । उत्पाद बायोमास के ओ/सी और एच/सी अनुपात homogenization वैन Krevelen आरेख में दिखाई दे रहा था (चित्रा 1), के रूप में अच्छी तरह से, हालांकि हीटिंग मूल्यों एक ही प्रवृत्ति नहीं दिखा था (तालिका 1) ।
पानी में डूबे बायोमास का एक नमूना हीटिंग इस अध्ययन में इस्तेमाल किया सेटअप के साथ १८५ डिग्री सेल्सियस के एक अधिकतम तापमान तक ही सीमित है । यह मध्यम माइक्रोवेव अवशोषित गुण पानी (नुकसान tanδ ०.१२३)11के कारण होता है । यह अवशोषित संपत्ति भी ऊंचा तापमान पर कम है, एक तापमान अधिकतम है कि लागू माइक्रोवेव शक्ति पर निर्भर करता है, इस अध्ययन के मामले में १८५ ° c ८५० डब्ल्यू के साथ । इस अधिकतम तापमान पर तापमान एक स्थिर स्तर पर नहीं रखा जा सकता है, लेकिन यह Dallinger एट अल द्वारा प्रस्तुत परिणामों के लिए तुलनीय fluctuates.11 वर्णित अध्ययन के लेखकों को ०.०३ एम सोडियम क्लोराइड के अलावा एक निरंतर प्राप्त करने का प्रस्ताव तापमान. इस तरह के एक उपाय हमारे अध्ययन की अवधारणा से समझौता होगा, के रूप में उत्सर्जन प्रासंगिक तत्वों के एक अतिरिक्त बायोमास ईंधन पर MAHC के लाभदायक प्रभाव कम हो जाएगा ।
जैसा कि उम्मीद थी, ओ/सी-एच/सी अनुपात घटते पीएच के साथ बायोकोकल में गिरा । इसके पीछे कारण यह है कि biocoal के निर्जलीकरण प्रेरित एसिड गठन और ऑक्सीजन है, जो बारी में biocoal के हीटिंग मान बढ़ जाती है के biocoal, के रूप में अच्छी तरह से depletes । १७० डिग्री सेल्सियस और १८५ डिग्री सेल्सियस उपचार की प्रक्रिया के पानी में समान पीएच सुझाव दिया है कि पहले ओ/सी-एच/सी अनुपात ड्रॉप निर्जलीकरण और decarboxylation द्वारा प्रेरित किया गया था, जबकि ओ १८५ १७०/ Biocoal के decarboxylation एसिड लेकिन furans उपज नहीं है और इसलिए, पीएच प्रभावित नहीं है, लेकिन पैदावार उच्च furans सांद्रता (चित्रा 1, चित्रा 2, और तालिका 1) । इस अध्ययन में, 5-methylfurfural काफी मात्रा में दिया गया था (तालिका 1), लेकिन कई अध्ययनों से पता चला है कि 5-methylfurfural के गठन के साथ एक माध्यमिक प्रतिक्रिया है 5-hmf एक educt के रूप में25,26,27 . जैसा कि हम 5-HMF इसकी comparably कम वाष्प दबाव और प्रतिबंधित जीसी तापमान कार्यक्रम के कारण की पहचान नहीं था, हम इन बयानों की पुष्टि करने में सक्षम नहीं हैं । भविष्य के अध्ययन के लिए 5-HMF सहित कार्बनिक analytes, की एक बड़ी रेंज की पहचान करने के लिए प्रक्रिया पानी के जैविक विश्लेषण साहित्य में प्रकाशित प्रतिक्रिया कदम को जोड़ने की तलाश करनी चाहिए ।
कच्चे माल में उच्च ओ/सी-एच/सी रिलेशन में उतार-चढ़ाव होता है । इसके पीछे कारण एक व्यवस्थित प्रकृति का है, के रूप में मौलिक विश्लेषण से पहले ठीक मिलिंग के बावजूद छाल के कणों की अपेक्षाकृत उच्च मात्रा में छोटे नमूने के आकार में समान रूप से वितरित नहीं किया गया । इस आशय से लियू एट अल द्वारा माने किया गया था । उनके htc अध्ययन४३में, और वे htc उपचार है कि इस अध्ययन है, जो ओ के एक homogenization है में देखा जा सकता है के एक ही प्रभाव पाया/ इस homogenization पहले से ही अपेक्षाकृत कम तापमान पर प्राप्त किया जा सकता है (चित्रा 1) ।
१५० डिग्री सेल्सियस पर MAHC उपचार हीटिंग मूल्य कम । यह दिलचस्प है, के रूप में HTC उपचार आमतौर पर हीटिंग मूल्य बढ़ जाती है । इस atypical व्यवहार के लिए कारण hydrolysis है । यह एसिटल हाइड्रोलिसिस द्वारा लकड़ी के ऊतकों में कार्बोहाइड्रेट विघटित, लेकिन इस दरार macromolecules, जो हाइड्रोलिसिस उत्पाद के कम हीटिंग मूल्य का कारण बनता है में ऑक्सीजन का एक एकीकरण रोजगार । देखने का एक ऊर्जावान बिंदु से MAHC या HTC उपचार तापमान है कि केवल hydrolysis की अनुमति में स्पष्ट रूप से अक्षम है, के रूप में वजन और हीटिंग मूल्य दोनों कम कर रहे हैं । ऊर्जा कुशल १७० डिग्री सेल्सियस से १८५ डिग्री सेल्सियस (तालिका 1) के बीच हीटिंग मूल्य वृद्धि है, क्योंकि यहां ऊर्जा इनपुट और हीटिंग मूल्य वृद्धि का सबसे अच्छा रिश्ता है । यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि उच्च तापमान लक्ष्य के मामले में प्रभावी करने के लिए कच्चे माल के हीटिंग मूल्य बढ़ाने के लिए कर रहे हैं । हालांकि, अंय अध्ययनों से साबित कर दिया है कि htc जलकर से उच्च तापमान पर htc द्रवीकरण से एक बदलाव biocoal 9 उपज घट जाती है और कई अंय कारकों (जैसे,24 सामग्री के प्रकार और कण9आकार) को प्रभावित करता है biocoal उपज, के रूप में अच्छी तरह से ।
कच्चे माल के उत्सर्जन पूर्वगामी गिरावट के दृष्टिकोण से इष्टतम तापमान १७० डिग्री सेल्सियस है, क्योंकि एक और तापमान में वृद्धि बहुत अधिक गिरावट दर उपज नहीं है (चित्रा 3) । विशेष रूप से महीन धूल पूर्वगामी क्लोरीन, पोटेशियम, मैग्नीशियम, सोडियम और कैल्शियम १७० डिग्री सेल्सियस (तालिका 2 और 3 चित्रा) से तापमान की ऊंचाई का जवाब नहीं है । साहित्य से एक उदाहरण Rheza एट अल द्वारा दिया जाता है, जिसने पाया कि २०० डिग्री सेल्सियस से २६० डिग्री सेल्सियस तक प्रक्रिया तापमान में वृद्धि तुलनीय राख अवक्षयकी ओर जाता है । इस निष्कर्ष की ओर जाता है कि मामले में उपचार के लक्ष्य राख कमी है प्रक्रिया तापमान एक इष्टतम है और न तो अधिक से अधिक होना चाहिए या इस इष्टतम से कम होना चाहिए । भारी धातुओं के निक्षालन व्यवहार एक ही प्रवृत्ति (तालिका 2, तालिका 3, और चित्रा 3) से पता चलता है । इसलिए, भारी धातु अमीर फिल्टर राख की राख डंपिंग मध्यम और बड़े पैमाने पर हीटिंग संयंत्रों में कम किया जा सकता है और, इस तरह, लागत एक अनुकूलित HTC उपचार के कारण बचाया जा सकता है । १५० डिग्री सेल्सियस पर जिंक की कमी दीन एन आईएसओ 17225-2 के अनुसार १०० मिलीग्राम/किग्रा की सीमा से नीचे इस तत्व की सांद्रता कम हो जाती है । केवल कच्चे माल और महाग बायोकोकल दोनों के ही सल्फर और क्लोरीन की मात्रा से न तो कच्चे माल और न ही बायोकोकल (०.०५ मिग्रा/किग्रा और ०.०३ मिग्रा/किग्रा की सीमा) के पेलेटीकरण की अनुमति नहीं होगी । इसलिए, biocoal या कच्चे माल तोएक्स कटौती उपायों और सल्फ्यूरिक और क्लोरीन एसिड के खिलाफ एसिड प्रतिरोध के साथ मध्यम या बड़े पैमाने पर हीटिंग संयंत्रों में इस्तेमाल किया जा सकता है । मौलिक निक्षालन का एक सकारात्मक पहलू ८३% द्वारा पोटेशियम और मैग्नीशियम की कमी है । दोनों तत्वों राख पिघल तापमान reducers और उनके उंमूलन धातुमल गठन द्वारा सिस्टम संदेश के clogging के जोखिम को कम कर रहे है (चित्रा 3) ।
इस अध्ययन में कोयले में मौलिक एकाग्रता का विश्लेषण किया गया था, लेकिन लागू तरीकों के साथ प्रक्रिया पानी में नमक गठन की प्रक्रियाओं का विश्लेषण नहीं किया जा सका । ठोस प्रावस्था में तरल प्रावस्था, क्षारीय लवण गठन और लवण के ठोस चरण में वर्षण से खनिजों के विलयन का सम्भवत अन्योन्य क्रिया होती है । भविष्य के अध्ययन में यह करने के लिए उपजी लवण इन प्रक्रियाओं में एक अंदर हासिल करने के लिए प्रक्रिया के पानी के अपकेंद्रण गोली विश्लेषण दिलचस्प होगा ।
MAHC कम तापमान, जो प्रक्रिया कदम hydrolysis, निर्जलीकरण और decarboxylation के तापमान पर निर्भरता में देखा जा सकता है पर भी बायोमास के थर्मल उपचार के दौरान रासायनिक प्रतिक्रिया successions अध्ययन करने के लिए अनुमति देता है । इस अध्ययन की सीमा में, १७० ° c को आदर्श तापमान के रूप में पहचाना गया ताकि ऊर्जा सघनता का सापेक्ष अधिकतम पहुंच सके, अपेक्षाकृत कम ऊर्जा इनपुट पर अधिकतम उत्सर्जन पूर्वगामी न्यूनीकरण । यह अनुमति देता है MAHC के आवेदन और भी कम गुणवत्ता वाले उच्च उत्सर्जन जैव ईंधन के उंनयन के लिए HTC विधि उत्सर्जन पूर्ववर्ती । इस तरह के बायोमास पत्तियों, छाल या भूसे के रूप में शहरों में और ग्रामीण क्षेत्रों में प्रचुर मात्रा में है । इस तरह के बायोमास एक टिकाऊ ऊर्जा उत्पादन परिदृश्य में कच्चे माल की आपूर्ति के लिए आवश्यक हो जाएगा । एक बड़ी खामी यह है कि प्रस्तावित प्रौद्योगिकी torrefaction की तुलना में अधिक महंगा है, और यह प्रक्रिया पानी है, जो एक खनिज और कार्बनिक यौगिक अमीर बेकार है कि या तो एक बायोगैस संयंत्र या एक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र द्वारा इलाज किया जाना है के निपटान की आवश्यकता है४४ . इसलिए, हाल ही में आवेदन11,13प्रयोगशाला अध्ययन करने के लिए सीमित हैं । बहुत कम तापमान पर mahc प्रक्रिया चल रहा है अपनी ऊर्जा स्वयं के समझौता कर सकते है स्थिरता के रूप में बायोमास रूपांतरण के ऊष्मा उन्मोची चरण सभी biomasses के लिए नहीं पहुंचा जा सकता है । ऐसे मामले में विधि के आवेदन थर्मल ऊर्जा (जैसे, गतिशीलता या लकड़ी गैस और जीवाश्म ईंधन बिजली जनरेटर के लिए दहन इंजन) के एक अधिशेष के साथ स्थानों के लिए बाध्य किया जाएगा ।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
लेखकों को अपनी तकनीकी सहायता के लिए क्रिस्टोफ वार्थ, माइकल रस्स, करिला लेशस्की, जूलियन तेमादा और डॉ रेनर किरचकी का शुक्रिया अदा करना पसंद है । अध्ययन BMBF द्वारा वित्त पोषित किया गया था (परियोजना BiCoLim-जैव-जलाश्य Limpios) के तहत अनुदान संख्या 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).
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