Reduzierung der Abgas-Holzbrennstoff-Emission durch eine kohlrigelgestützte mikrowellenassistierte hydrothermale Karbonisierung

In unserer Gruppe haben wir eine Mikrowellenbehandlung mit niedriger Temperatur eingesetzt, um Weidenbiomasse von Feinstaubvorläufern zu erschöpfen. Dies kann dazu beitragen, Biomasse für eine saubere Verbrennung aufzuwerten und damit das Biomassebrennstoffpotenzial eines Landes zu erhöhen. Die Mikrowellen ermöglichen eine gleichmäßige und schnelle Biomasseerwärmung, da sie die Wassermoleküle im gesamten Reaktorvolumen anregen.

Wasser ist ein zwischengeschaltetes Mikrowellen-lösendes Lösungsmittel und um höhere Reaktortemperaturen zu erreichen, müssen Katalysatoren wie organische Säuren zugesetzt werden. Nach dem Trocknen verwenden Sie eine Schneidmühle, um die Weidenholzspäne zu schneiden. Die Hackschnitzel in eine Zentrifugalmühle legen und auf eine Partikelgröße von 0,12 Millimetern schleifen.

500 Milligramm des Bodenrohstoffs in ein 50-Milliliter PTFE-Reaktionsgefäß mit einem Spachtel übertragen. 10 Milliliter demineralisiertes Wasser hinzufügen. Schrauben Sie die Reaktionsgefäßkappe herunter, so dass sich das Druckventil an der Kappe auf dem gleichen Niveau wie die Kappenkrempe befindet.

Wählen Sie einen Mikrowellenherd mit 850 Watt und einer Magnetronfrequenz von 2, 455 Megahertz. 12 Reaktionsgefäße mit Rohstoffen in den Mikrowellenherd geben und den Ofen schließen. Richten Sie ein Temperaturprogramm für 150, 170 oder 185 Grad Celsius ein.

Starten Sie den Mikrowellenherd mit neuen Rohstoffen für jedes einzelne Programm. Nachdem das Programm abgeschlossen ist, entfernen Sie die Reaktionsgefäße, damit sie abkühlen und reaktivieren können. Dann übertragen Sie sie unter einen Rauchschrank und schrauben Sie langsam den Deckel ab, um den Druck im Inneren zu lösen.

Öffnen Sie die Gefäße. Fügen Sie 35 Milliliter zweimal destilliertes Wasser in jedes Reaktionsgefäß und schütteln Sie zu mischen. Gießen Sie die Lösung von jedem Gefäß auf einen Zentrifugenzylinder und zentrifuge bei 1, 714 mal g für 10 Minuten.

Das Prozesswasser wird in ein anderes Rohr abgelassen und bei minus fünf Grad Celsius für die pH- und GC-MS-Analyse gefroren gelagert. Den Zentrifugenzylinder mit dem restlichen Biokohlepellet bei minus fünf Grad Celsius für mehrere Stunden einfrieren. Dann nehmen Sie das Biokohlepellet heraus und trocknen Es bei 105 Grad Celsius für 24 Stunden.

Danach wiegen Sie das Biokohlepellet und berechnen den Gewichtsverlust, der durch den MAHC induziert wird. Wiegen Sie zunächst 20 leere Keramikschalen einzeln. Fügen Sie ein Gramm Probe in jede Schale.

Aus jeder Temperaturbehandlung fünf Gerichte mit dem getrockneten Rohstoff und fünf Gerichte mit der getrockneten MAHC-Biokohle zubereiten. Legen Sie die offenen Keramikschalen in einen Muffelofen und schließen Sie den Ofen. Programmieren Sie ein Temperaturprogramm für den Muffelofen und starten Sie das Programm.

Nach Abschluss des Programms den Muffelofen auf 105 Grad Celsius abkühlen lassen. Öffnen Sie dann den Ofen und übertragen Sie die Keramikschalen auf einen Trockenschrank, der mit einem Trocknungsmittel gefüllt ist, das aus Kieselgel besteht. Schließen Sie den Trockenschrank und vakuumtrocken mit Hilfe einer Vakuumpumpe.

Nehmen Sie die Keramikgeschirr nach 24 Stunden Abkühlung. Wiegen Sie die Keramikschale, die die Asche enthält, und berechnen Sie das Aschegewicht, indem Sie das Gewicht der leeren Keramikschale subtrahieren. In einem Plastikprobenbeutel mit einem definierten Heizwert von 46, 479 Joule pro Gramm mit einem Gramm Glukose füllen.

Legen Sie den Probenbeutel in den Brenntiegel einer Kalorimeterbombe. Verwenden Sie eine Pipette, um fünf Milliliter zweimal entionisiertes Wasser in den Boden der Bombe hinzuzufügen und die Bombe zu verschrauben. Legen Sie die Bombe in das Kalorimeter und schließen Sie das Kalorimeter.

Geben Sie auf dem Kalorimeter das Gewicht der Probe, ein Gramm, ein, ein, und ändern Sie die Einstellungen in die Probebeutelmethode. Starten Sie dann das Kalorimeter. Nachdem die Messung abgeschlossen ist, nehmen Sie die Bombe heraus, drehen Sie sie auf den Kopf und schütteln Sie sie langsam für eine Minute.

Lösen Sie die Bombe und verwenden Sie zweimal demineralisiertes Wasser, um die Probe in einen volumetrischen Kolben zu spülen. Spülen Sie die Bombe mehrmals, bis das Volumen 50 Milliliter erreicht. Wiederholen Sie die Kalorimetermessung fünfmal mit jeder MAHC-Biokohle und dem Rohstoff.

Nach der Behandlung in der Kalorimeterbombe die fünf Milliliter Lösung in einen 50-Milliliter-Volumenkolben geben und 45 Milliliter zweimal demineralisiertes Wasser zum Mischen hinzufügen. Nach der Kalibrierung des Ionenchromatographen das Probensaugrohr in den Kolben einlegen und etwa drei Milliliter der Probe mit der Spritze in die Vorspalte ziehen. Starten Sie den Analyselauf.

Zur Durchführung einer induzierten gekoppelten optischen Emissionsspektroskopie müssen zunächst 400 Milligramm des getrockneten Rohstoffs oder der MAHC-Biokohle in ein 50-Milliliter PTFE-Reaktionsgefäß mit einem Spachtel übertragen. Fügen Sie drei Milliliter 69% Salpetersäure und neun Milliliter 35% Salzsäure hinzu. Schrauben Sie die Reaktionsgefäßkappe herunter, so dass sich das Druckventil in der Kappe auf dem gleichen Niveau wie die Kappenkrempe befindet.

Die Reaktionsgefäße der zu erhitzenden Proben in den Mikrowellenherd geben und den Ofen schließen. Programmieren Sie das Temperaturprogramm für den vollständigen Abbau des organischen Materials und starten Sie den Mikrowellenherd. Nachdem das Programm abgeschlossen ist, entfernen Sie die Reaktionsgefäße.

Lassen Sie sie abkühlen und reaktivieren. Lassen Sie unter einem Rauchschrank den Druck in den Gefäßen aus und öffnen Sie sie. Gießen Sie die Proben in einen 50-Milliliter-Glühbirnenzylinder, spülen Sie das Reaktionsgefäß dann gründlich mit doppelt entionisiertem Wasser ab und überträgt es in den Glühbirnenzylinder.

Den Zylinder mit doppelt entionisiertem Wasser auf die 50-Milliliter-Marke aufladen, um eine gleichmäßige Verdünnung aller Proben zu gewährleisten. In einem Trichter mit einem Stück 150-Mikrometer-Netzfilterpapier auf der Oberseite, filtern Sie die Probe. Das Filtrat in 50-Milliliter-Konzentrifugenrohre übertragen.

Laden Sie Durchstechflaschen mit Standardproben in den Auto-Injektor des ICP-OES, und führen Sie die Kalibrierung aus. Dann laden Sie die Rohstoff- oder Biokohleproben in den Auto-Injektor des ICP-OES und führen Sie die ICP-OES-Analyse mit den gleichen Parametern aus. Erhalten Sie nach der ICP-OES-Analyse die Elementarkonzentrationen aus der Software, die auf den Kalibrierkurven aus Standardproben basiert.

Die Ergebnisse der Elementaranalyse ergaben höhere Sauerstoff-Kohlenstoff-Imcoden- und Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnisse und eine höhere Variation der Werte für den Rohstoff. Die MAHC-Behandlung reduzierte die Wertvariation durch Homogenisierung im Mikrowellenreaktor. Das Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis wurde bei 150 Grad Celsius reduziert.

Das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis wurde bei 170 Grad Celsius und bei 185 Grad Celsius weiter reduziert. Die Temperatur induzierte eine zunehmende braune Farbe, während das Prozesswasser die gleiche Tendenz zeigte, verursacht durch die Zunahme der aromatischen Ringe. Verschiedene Elemente zeigen eine unterschiedliche temperaturabhängige Auslaugung in das verarbeitete Wasser.

Chlor und Kalium wurden bei 150 Grad Celsius intensiv in das verarbeitete Wasser überführt, während Schwefel, Magnesium, Barium, Kalzium, Natrium, Zink, Mangan und Strontium mit 170 Grad Celsius ihre höchste Erschöpfungsrate zeigten. Lediglich die Silber- und Lithiumkonzentrationen in der Biokohle zeigten eine gleichmäßige Abnahmerate. Stickstoff wurde von der MAHC-Behandlung überhaupt nicht beeinflusst.

Diese Methode ermöglicht eine Erschöpfung der feinflägen den Vorläuferstoffe aus der behandelten Biomasse und die Aufwertung der ansonsten nicht machbaren Biomasse für die Verbrennung. Durch die Anwendung dieser Angelegenheit auf unterschiedliche Biomasse kann die Brennstoffaufbereitungstechnik auf viele potenzielle Brennstoffrohstoffe übertragen werden, die noch nicht für die Verbrennung verwendet werden. Da die Temperatur in der Mikrowelle leicht zu steuern ist, können weitere Forschungen, die die mikrowellengestützte hydrothermale Karbonisierung nutzen, Reaktionsschritte in den frühen Stadien der hydrothermalen Kohlenstoffisation von Biomasse aufzeigen.