Réduction des émissions de bois de saule par micro-ondes à basse température assistée par hydrothermal carbonisation

Dans notre groupe, nous avons appliqué le traitement micro-ondes à basse température afin d’épuiser la biomasse de saule des précurseurs de poussière fine. Cela peut aider à améliorer la biomasse pour une combustion propre et ainsi augmenter le potentiel de biomasse d’un pays. Les micro-ondes permettent un chauffage à la biomasse juste et rapide parce qu’ils excitent les molécules d’eau dans tout le volume du réacteur.

L’eau est un solvant intermédiaire absout par micro-ondes et pour atteindre des températures plus élevées des réacteurs, des catalyseurs comme les acides organiques doivent être ajoutés. Après séchage, utiliser un moulin à découper pour couper les copeaux de bois de saule. Placer les copeaux de bois dans un moulin centrifuge et moudre jusqu’à une taille de particule de 0,12 millimètre.

Transférer 500 milligrammes de matière première au sol dans un récipient de réaction PTFE de 50 millilitres à l’aide d’une spatule. Ajouter 10 millilitres d’eau déminéralisée. Vissez le bouchon du récipient de réaction, de sorte que la soupape de pression sur le bouchon est au même niveau que le bord du bouchon.

Choisissez un four à micro-ondes de 850 watts et une fréquence magnétron de 2 455 mégahertz. Mettre 12 récipients de réaction avec des matières premières dans le four à micro-ondes et fermer le four. Mettre en place un programme de température de 150, 170 ou 185 degrés Celsius.

Démarrez le four à micro-ondes avec de nouvelles matières premières pour chaque programme. Une fois le programme terminé, retirez les vaisseaux de réaction pour leur permettre de refroidir et de réactiver. Ensuite, transférez-les sous un placard à vapeur et déviez lentement le couvercle pour relâcher la pression à l’intérieur.

Ouvrez les vaisseaux. Ajouter 35 millilitres d’eau deux fois distillée à chaque récipient de réaction et secouer pour mélanger. Verser la solution de chaque récipient à un cylindre de centrifugeuse et une centrifugeuse à 1 714 fois g pendant 10 minutes.

L’eau du procédé est drainée dans un autre tube et stockée congelée à moins cinq degrés Celsius pour l’analyse du pH et du GC-MS. Congeler le cylindre de centrifugeuse avec le reste de la pastille biocoale à moins cinq degrés Celsius pendant plusieurs heures. Ensuite, sortez la pastille biocoale et séchez-la à 105 degrés Celsius pendant 24 heures.

Après cela, peser la pastille biocoale et calculer la perte de poids induite par le MAHC. Tout d’abord, peser 20 plats en céramique vides individuellement. Ajouter un gramme d’échantillon dans chaque plat.

À partir de chaque traitement à température, préparer cinq plats avec la matière première séchée et cinq plats avec le biocoal MAHC séché. Placez les plats en céramique ouverts dans un four à silencieux et fermez le four. Programmez un programme de température pour le four à silencieux et commencez le programme.

Une fois le programme terminé, laissez le four à silencieux refroidir jusqu’à 105 degrés Celsius. Ensuite, ouvrez le four et transférez les plats en céramique à un dessiccateur rempli d’un agent de séchage composé de gel de silice. Fermer le dessiccateur et sécher sous vide à l’aide d’une pompe à vide.

Sortez les plats en céramique après 24 heures de refroidissement. Pesez le plat en céramique contenant la cendre et calculez le poids des cendres en soustrayant le poids du plat en céramique vide. Dans un sac d’échantillon en plastique ayant une valeur calorifique définie de 46 479 joules par gramme, remplir d’un gramme de glucose.

Mettez le sac d’échantillon dans le creuset de combustion d’une bombe calorimètre. Utilisez une pipette pour ajouter cinq millilitres d’eau deux fois déionisée au fond de la bombe et vissez la bombe. Mettez la bombe dans le calorimètre et fermez le calorimètre.

Sur le calorimètre, entrez le poids de l’échantillon, un gramme et modifiez les paramètres pour échantillonner la méthode du sac. Ensuite, commencez le calorimètre. Une fois la mesure terminée, sortez la bombe, tournez-la à l’envers et secouez-la lentement pendant une minute.

Dévissez la bombe et utilisez de l’eau deux fois déminéralisée pour rincer l’échantillon dans une fiole volumétrique. Rincer la bombe plusieurs fois jusqu’à ce que le volume atteigne 50 millilitres. Répétez la mesure du calorimètre cinq fois avec chaque biocoal MAHC et la matière première.

Après traitement dans la bombe calorimétrique, transférer les cinq millilitres de solution dans un flacon volumétrique de 50 millilitres et ajouter 45 millilitres d’eau deux fois déminéralisée pour mélanger. Après étalonnage du chromatographe ier, insérez le tube d’aspiration de l’échantillon dans le flacon et dessinez environ trois millilitres de l’échantillon avec la seringue dans le précolum. Démarrez l’analyse.

Pour effectuer la spectroscopie d’émission optique couplée-plasma induite, transférez d’abord 400 milligrammes de la matière première séchée ou du biocoal de MAHC dans un récipient de réaction ptfe de 50 millilitres avec une spatule. Ajouter trois millilitres d’acide nitrique à 69 % et neuf millilitres d’acide chlorhydrique à 35 %. Vissez le bouchon du récipient de réaction, de sorte que la vanne de pression dans le bouchon est au même niveau que le bord du bouchon.

Mettre les récipients de réaction des échantillons à chauffer dans le four à micro-ondes et fermer le four. Programmez le programme de température pour la dégradation complète de la matière organique et démarrez le four à micro-ondes. Une fois le programme terminé, retirez les vaisseaux de réaction.

Laissez-les refroidir et réactiver. Sous un placard à vapeur, relâchez la pression à l’intérieur des vaisseaux et ouvrez-les. Verser les échantillons dans un cylindre d’ampoule de 50 millilitres, puis rincer soigneusement le récipient de réaction avec de l’eau deux fois déionisée et transférer dans le cylindre de l’ampoule.

Rechargez le cylindre jusqu’à la marque de 50 millilitres avec de l’eau deux fois déionisée pour assurer une dilution même de tous les échantillons. Dans un entonnoir avec un morceau de papier filtre à mailles de 150 micromètres sur le dessus, filtrer l’échantillon. Transférer le filtrate dans des tubes de centrifugeuse conique de 50 millilitres.

Chargez les flacons contenant des échantillons standard dans l’auto-injecteur de l’ICP-OES, et exécutez l’étalonnage. Chargez ensuite les échantillons de matière première ou de biocoal dans l’auto-injecteur de l’ICP-OES et exécutez l’analyse ICP-OES avec les mêmes paramètres. Après l’analyse ICP-OES, obtenir les concentrations élémentaires du logiciel, qui est basé sur les courbes d’étalonnage obtenues à partir d’échantillons standard.

Les résultats de l’analyse élémentaire ont révélé des ratios oxygène-carbone/hydrogène-carbone plus élevés et une variation plus élevée des valeurs de la matière première. Le traitement MAHC a réduit la variation de valeur due à l’homogénéisation dans le réacteur à micro-ondes. Le rapport hydrogène-carbone a été réduit à 150 degrés Celsius.

Le rapport oxygène-carbone a été réduit à 170 degrés Celsius et encore réduit à 185 degrés Celsius. La température induit une couleur brune croissante, tandis que l’eau de processus a montré la même tendance, causée par l’augmentation des anneaux aromatiques. Différents éléments montrent une lixiviation différente dépendante de la température dans l’eau traitée.

Le chlore et le potassium ont été intensivement transférés à l’eau traitée à 150 degrés Celsius, tandis que le soufre, le magnésium, le baryum, le calcium, le sodium, le zinc, le manganèse et le strontium ont montré leur taux d’épuisement le plus élevé à 170 degrés Celsius. Seules les concentrations d’argent et de lithium dans le biocoal ont montré un taux de diminution même. L’azote n’a pas été affecté par le traitement de MAHC du tout.

Cette méthode permet d’épuiser les précurseurs d’essais fins de la biomasse traitée et améliore la biomasse autrement irréalisable pour la combustion. En appliquant cette matière à différentes biomasses, la technique de valorisation du combustible peut être transférée à de nombreuses matières premières potentielles qui ne sont pas encore utilisées pour la combustion. Comme la température au micro-ondes est facile à contrôler, d’autres recherches qui utilisent la carbonisation hydrothermale assistée par micro-ondes peuvent révéler des étapes de réaction dans les premiers stades de la carbonisation hydrothermale de la biomasse.