Se presenta un protocolo para el agotamiento de precursores de emisiones de biomasa de baja calidad mediante un tratamiento de carbonización hidrotermal asistido por microondas de baja temperatura. Este protocolo incluye los parámetros de microondas y el análisis del producto Biocoal y el agua de proceso.
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Artículo de método
Reduciendo la emisión de combustible de madera de sauce por microondas de baja temperatura asistida por carbonización hidrotérmica
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En este artículo
Resumen
Resumen
La biomasa es un combustible sostenible, ya que sus emisiones de CO2 se reintegran en el crecimiento de la biomasa. Sin embargo, los precursores inorgánicos en la biomasa causan un impacto ambiental negativo y la formación de escoria. La madera de sauce del coppice de rotación corta (SRC) seleccionada tiene un alto
contenido de ceniza (= 1,96%) y, por lo tanto, un alto contenido de emisiones y precursores de escoria. Por lo tanto, se investiga la reducción de minerales de madera de sauce SRC por microondas de baja temperatura asistida por carbonización hidrotérmica (MAHC) a 150 ° c, 170 ° c y 185 ° c. Una ventaja de MAHC sobre los reactores convencionales es una conductancia de temperatura incluso en el medio de reacción, ya que las microondas penetran todo el volumen del reactor. Esto permite un mejor control de la temperatura y un enfriamiento más rápido. Por lo tanto, se puede analizar eficazmente una sucesión de reacciones de despolimerización, transformación y repolimerización. En este estudio, el análisis de la pérdida de masa, el contenido de ceniza y la composición, los valores de calentamiento y las proporciones de O/C molar y H/C de la madera de sauce de SCR tratada y no tratada mostraron que el contenido mineral del carbón MAHC se redujo y aumentó el valor de calentamiento. El agua del proceso mostró un pH decreciente y contenía furfural y 5-Metilfurfural. Una temperatura de proceso de 170 ° c mostró la mejor combinación de entrada de energía y reducción de componentes de ceniza. El MAHC permite una mejor comprensión del proceso de carbonización hidrotérmica, mientras que una aplicación industrial a gran escala es improbable debido a los altos costos de inversión.
Introducción
La aplicación de microondas para la carbonización hidrotérmica (MAHC) se utilizó para la transformación termoquímica de compuestos modelo de biomasa como fructosa, glucosa1,2 o celulosa3, y para sustratos orgánicos, preferiblemente residuos de material4,5,6,7,8,9,10. La utilización de microondas es ventajosa ya que permite un calentamiento incluso de la bio....
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Protocolo
1. preparación del material de muestra
- Cosecha de sauce de cinco años, tipo clon "Tordes" ([Salix schwerinii x s. viminalis] x s. vim.), con una altura de 12 − 14 m y un diámetro de pecho de aproximadamente 15 cm.
- Astillar la madera y secar las virutas en un secador de horno durante 24 h a 105 ° c.
- Cortar los chips de madera con un molino de corte y moler con un molino centrífugo a un tamaño de partícula de 0,12 mm.
2. la carbonización hidrotérmica asistida por microondas
- Utilice un horno de microondas con 850 W y una frecuencia de magnetrón de 2.455 MHz.
- Colocar 500 ....
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Resultados
Los resultados del análisis elemental revelaron diferencias entre la relación O/C-H/C de la madera de sauce y los biocoals del MAHC (figura 1). La materia prima muestra mayores ratios de O/C-H/C y una mayor variación de los valores. El tratamiento con MAHC redujo la variación del valor debido a la homogeneización en el reactor de microondas. La precisión del reactor de microondas permitió la diferenciación de tres etapas de degradación. La relación H/C se red.......
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Discusión
El MAHC permite diferenciar los pasos de la degradación química aplicando diferentes intensidades de tratamiento térmico. Por lo tanto, es posible evaluar las interacciones entre la pérdida de masa, la relación O/C-H/C, el valor de calentamiento, la reducción del componente de ceniza, el aumento del pH del agua de proceso y la acumulación de furanos en el agua de proceso. La ventaja del método MAHC sobre el método convencional del reactor HTC se basa en la conducción térmica a través de microondas que penetran todo el vo.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
A los autores les gusta agradecer a Christoph Warth, Michael Russ, Carola Lepski, Julian Tejada y el Dr. Rainer Kirchhof por su apoyo técnico. El estudio fue financiado por el BMBF (proyecto BiCoLim-bio-combustibles limpios) bajo el número de subvención 01DN16036.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 5MS cloumn no polar | Thermo Fisher Scientific, Waltham, EE. UU. | TraceGOLD SQC | GCMS |
| 9µ m columna de partículas de alcohol polivinílico | Methrom AG, Filderstadt, Alemania | Metrosep A Supp 4 -250/4.0 | Cromatografía iónica |
| argón | Westfalen AG, Mü nster, Alemania | Calorímetro UN 1006 | ICP-OES |
| IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Alemania | C6000 | centrífuga de mayor y menor poder calorífico | |
| Andreas Hettich GmbH & Co.KG, Alemania | Rotofix 32 A | ||
| Retsch Technology GmbH, Haan, Alemania | Platos | ||
| Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | XX83.1 | Molino de corte con contenido de cenizas | |
| Fritsch GmbH, Markt Einersheim, Alemania | pulverisette 19 | ||
| D(+) Glucosa | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | X997.1 | analizador elemental de mayor y menor poder calorífico |
| elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Alemania | varioMACRO | ||
| cubo exicador | DWK Life Sciences GmbH, Wertheim, Alemania | DURAN DN300 | Contenido de cenizas |
| Sistema GC-MS | Thermo Fisher Scientific,Waltham, EE. UU. | Traza 1300 | GCMS |
| ácido clorhídrico | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | HN53.3 | ICP-OES |
| ICP OES | Spectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, Alemania | Spectro Blue-EOP- TI | ICP-OES |
| Cromatógrafo iónico | Methrom GmbH& Co.KG, Filderstadt, Alemania | 833 Basic IC plus | Secador de horno de cromatografía iónica |
| Schellinger KG, Weingarten, Alemania | |||
| secador de horno | Schellinger KG, Weingarten, Alemania | ||
| filtro de malla | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | L874.1 | Horno microondas ICP-OES |
| Anton Paar GmbH, Graz, Austria | Mueble de mufla Multiwave Go | ||
| Carbolite Gero GmbH & Co.KG, Neuhausen, Alemania | AAF 1100 | Contenido de cenizas | |
| ácido nítrico | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | 4989.1 | ICP-OES |
| oxígeno | Westfalen AG, Mü nster, Alemania | UN 1072 | Poder calorífico más alto y más bajo |
| Medidor de pH | ylem Analytics Alemania Sales GmbH & Co. KG, Weilheim,Alemania | pH 3310 | |
| Bolsa | de muestras de pH IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Alemania | C12a | mayor y menor poder calorífico |
| Recipientes e instrumentos | |||
| Muestras estándar | Bernd Kraft GmbH, Duisburgo, Alemania | ICP-OES | |
| sulfonamita | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Alemania | SLBS4782 | análisis elemental |
| recipientes de reacción de teflón | Anton Paar, Austria | HVT50 | |
| recipientes de reacción de teflón | Anton Paar, Austria | HVT50 | ICP-OES |
| de lámina de estaño | Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Alemania | S12.01-0032 | análisis elemental |
| tungstenoVIóxido | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Alemania | 11.02-0024 | análisis elemental |
| dos veces agua desionizada | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | ||
| dos veces agua desionizada | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | mayor y menor poder calorífico | |
| dos veces agua desionizada Carl | Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Alemania | ICP-OES |
Referencias
- 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.
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Reimpresiones y permisos
