Viene presentato un protocollo per la deplezione dei precursori delle emissioni da biomassa di bassa qualità mediante trattamento di carbonizzazione idrotermale assistito da microonde a bassa temperatura. Questo protocollo include i parametri del microonde e l'analisi del prodotto biocarbone e dell'acqua di processo.
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Articolo metodologico
Ridurre l'emissione di combustibile di salice a bassa temperatura a microonde assistito carbonizzazione Idrotermica
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
La biomassa è un combustibile sostenibile, poiché le sue emissioni di CO2 sono reintegrate nella crescita della biomassa. Tuttavia, i precursori inorganici nella biomassa causano un impatto ambientale negativo e la formazione di scorie. Il legno di salice (SRC) a rotazione corta selezionata ha un elevato tenore di ceneri
(= 1,96%) e, pertanto, un elevato contenuto di precursori delle emissioni e delle scorie. Pertanto, la riduzione dei minerali dal legno di salice SRC mediante la carbonizzazione Idrotermica assistita a microonde a bassa temperatura (MAHC) a 150 ° c, 170 ° c e 185 ° c è studiata. Un vantaggio del MAHC rispetto ai reattori convenzionali è una conduttanza di temperatura uniforme nel mezzo di reazione, poiché le microonde penetrano nell'intero volume del reattore. Questo permette un migliore controllo della temperatura e un tempo di recupero più veloce. Pertanto, una successione di reazioni di depolimerizzazione, trasformazione e repolimerizzazione può essere analizzata efficacemente. In questo studio, l'analisi della perdita di massa, del contenuto di ceneri e della composizione, dei valori di riscaldamento e dei rapporti molari di O/C e H/C del legno di salice SCR trattato e non trattato ha mostrato che il contenuto minerale del carbone MAHC è stato ridotto e il valore di riscaldamento è aumentato. L'acqua di processo ha mostrato un pH decrescente e conteneva furfurale e 5-metilfurfural. Una temperatura di processo di 170 ° c ha mostrato la migliore combinazione di energia assorbita e riduzione dei componenti in cenere. Il MAHC permette una migliore comprensione del processo di carbonizzazione idrotermale, mentre un'applicazione industriale su larga scala è improbabile a causa degli elevati costi di investimento.
Introduzione
L'applicazione di forni a microonde per la carbonizzazione Idrotermica (mahc) è stata utilizzata per la trasformazione termochimica di composti del modello di biomassa come fruttosio, glucosio1,2 o cellulosa3, e per substrati organici, preferibilmente materiali di scarto4,5,6,7,8,9,10. L'utilizzo delle microonde è vantaggioso in quanto consente un riscaldam....
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Protocollo
1. preparazione del materiale del campione
- Raccogli il salice di cinque anni, tipo clone "Tordes" ([Salix schwerinii x s. viminalis] x s. vim.), con un'altezza di 12 − 14 m e un diametro del seno di circa 15 cm.
- Scheggia il legno e asciuga le patatine in un essiccatoio per 24 ore a 105 ° c.
- Tagliare i trucioli di legno con un mulino da taglio e macinare con un mulino centrifugo ad una granulometria di 0,12 mm.
2. carbonizzazione idrotermale assistita a microonde
- Utilizzare un forno a microonde con 850 W e una frequenza di magnetron di 2.455 MHz.
- Posizionare 500 mg di ....
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Risultati
I risultati dell'analisi elementare hanno rivelato differenze tra il rapporto O/C-H/C del legno di salice e i biocarboni MAHC (Figura 1). La materia prima mostra rapporti O/C-H/C più elevati e una maggiore variazione dei valori. Il trattamento MAHC ha ridotto la variazione di valore dovuta all'omogeneizzazione nel reattore a microonde. La precisione del reattore a microonde ha permesso la differenziazione di tre stadi di degradazione. Il rapporto H/C è stato .......
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Discussione
Il MAHC permette la differenziazione delle fasi della degradazione chimica applicando diverse intensità di trattamento termico. Pertanto, è possibile valutare le interazioni tra la perdita di massa, il rapporto O/C-H/C, il valore di riscaldamento, la riduzione dei componenti in cenere, l'aumento del pH dell'acqua di processo e l'accumulo di furani nell'acqua di processo. Il vantaggio del metodo MAHC rispetto al metodo convenzionale del reattore HTC si basa sulla conduzione termica tramite microonde che penetrano l'intero.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori amano ringraziare Christoph Warth, Michael Russ, Carola Lepski, Julian Tejada e il dottor Rainer Kirchhof per il loro supporto tecnico. Lo studio è stato finanziato dal BMBF (progetto BiCoLim-bio-combustibles limpios) con il numero di sovvenzione 01DN16036.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 5MS cloumn non polare | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | TraceGOLD SQC | GCMS |
| 9µ m colonna di particelle di polivinilalcol | Methrom AG, Filderstadt, Germania | Metrosep A Supp 4 -250/4.0 | Cromatografia ionica |
| argon | Westfalen AG, Mü nster, Germania | UN 1006 | ICP-OES |
| calorimetro | IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germania | C6000 | potere calorifico superiore e inferiore |
| Andreas Hettich GmbH & Co.KG, Germania | Rotofix 32 A | ||
| Retsch Technology GmbH, Haan, Germania | ZM 200 | ||
| piatti | in ceramicaCarl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | XX83.1 | per il contenuto di ceneri |
| Fritsch GmbH, Markt Einersheim, Germania | pulverisette 19 | ||
| D(+) Glucosio | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | X997.1 | potere calorifico superiore e inferiore |
| Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germania: | Analizzatore elementare cubo varioMACRO | ||
| DWK Life Sciences GmbH, Wertheim, Germania, DURAN | DN300 | Contenuto di ceneri | |
| Sistema GC-MS | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | Trace 1300 | GCMS |
| acido cloridrico | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | HN53.3 | ICP-OES |
| ICP OES | Spectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, Germania | Spectro Blue-EOP- TI | ICP-OES |
| Cromatografo ionico | Methrom GmbH& Co.KG, Filderstadt, Germania | 833 Basic IC plus | Essiccatoio per cromatografia ionica |
| Schellinger KG, Weingarten, Germania | |||
| Essiccatoio per forno | Schellinger KG, Weingarten, Germania | Contenuto di ceneri | |
| carta da filtro a rete | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | L874.1 | ICP-OES |
| forno a microonde | Anton Paar GmbH, Graz, Austria | Multiwave Go | |
| muffello furnance | Carbolite Gero GmbH & Co.KG, Neuhausen, Germania | AAF 1100 | Contenuto di ceneri |
| acido nitrico | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | 4989.1 | ICP-OES |
| ossigeno | Westfalen AG, Mü nster, Germania | UN 1072 | pHmetro ylem |
| Analitico | Germania Sales GmbH & Co. KG, Weilheim, Germania | di pH pH 3310 | |
| IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germania | C12a | Potere calorifico superiore e inferiore | |
| Recipienti e strumenti | |||
| Campioni standard | Bernd Kraft GmbH, Duisburg, Germania | ICP-OES | |
| sulfonamite | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germania | SLBS4782 | recipienti |
| reazione in teflon | Anton Paar, Austria | HVT50 | |
| recipienti per reazioni in teflon | Anton Paar, Austria | HVT50 | ICP-OES |
| foglio di stagno | elementare Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germania | S12.01-0032 | analisi elementare |
| tungstenoVIossido | elementare Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germania | 11.02-0024 | analisi elementare |
| acqua deionizzata due volte | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | ||
| acqua deionizzata due volte | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | potere calorifico superiore e inferiore | |
| acqua deionizzata due volte | Carl Roth GmbH& Co.KG, Karlsruhe, Germania | ICP-OES |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
