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방법 논문

저온 마이크로파 보조 열 량 화에의 한 버드 나무 연료 방출 감소

7.9K 조회수

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DOI:

10.3791/58970

⸱

2019년 5월 19일

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

저온 마이크로파 보조 열가 탄 화 처리에 의해 저급 바이오 매스 로부터 고갈 된 방출 전 구체를 위한 프로토콜이 제시 된다. 이 프로토콜은 마이크로파 매개 변수와 바이오 석탄 제품 및 공정 수의 분석을 포함 한다.

초록

바이오 매스는 CO2 배출량이 바이오 매스 성장 에 다시 통합 되기 때문에 지속 가능한 연료입니다. 그러나, 바이오 매스 내의 무기 전 구체는 부정적인 환경적 영향과 슬 래그 형성을 야기 한다. 선택 된 짧은 회전 코피스 (SRC) 버드 나무는 높은 회분 함량 (figure-abstract-1 = 1.96%) 그리고, 따라서, 방출 및 슬 래그 전 구체의 함량이 높다. 따라서, 150 ° c, 170 ° c, 및 185 ° c에서 저온 마이크로파 보조 열 수가 (MAHC)에 의해 SRC 버드 나무에서 미네랄의 감소가 조사 된다. 기존 반응 기에 걸친 MAHC의 이점은 반응 매체에서 균일 한 온도 전도도 이며, 마이크로파가 전체 원자로 체적을 관통 합니다. 이것은 더 나은 온도 제어 및 빠른 재사용 대기 시간을 허용 합니다. 따라서, 중 합, 형질 전환 및 중 합 반응의 연속은 효과적으로 분석 될 수 있다. 본 연구에서, 처리 된 SCR 버드 나무의 질량 손실, 회분 함량 및 조성 물,가 열 값 및 몰 O/c 및 H/C 비율의 분석 결과는 MAHC 석탄의 광물 함량이 감소 하 고가 열 값이 증가 하는 것으로 나타났다. 공정 수는 pH를 감소 하 고 퍼 푸 랄과 5-메 틸 푸 르를 함유 하였다. 170 ° c의 공정 온도는 에너지 입력과 회분 성분 감소의 최상의 조합을 보였다. MAHC는 수 열 탄소 화 공정의 더 나은 이해를 가능 하 게 하며 대규모 산업 응용은 높은 투자 비용으로 인해 거의 불가능 합니다.

서론

열가 탄 화를 위한 마이크로파의 적용 (mahc)은과 당, 포도 당1,2 또는 셀 룰로 오 스와 같은 바이오매스 모델 화합물의 열 화학적 형질 전환 및 유기 기질을 위해 사용 되었다 바람직하게는 폐기물4,5,6,8,10. 마이크로파의 활용은 주로 유전 용 매 (11)의 열 손실을 통해 처리 된 바이오 매스2,10 의 균일 한가 열을 가능 하 게 하기 때문에, 마이크로파는 비록 직접 화학 결합을 중단 하 고 반응을 유도 하기 위해....

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프로토콜

1. 샘플 재료의 제조

  1. 수확 5 년 된 버드 나무, 클론 형 「 Tordes (살 릭 스schwerinii x s. viminalis) 」의 높이가 12 − 14 m, 유 방 지름 약 15cm.
  2. 목재를 칩 하 고 105 ° c에서 24 시간 동안가 마 건조 기에 칩을 건조 한다.
  3. 절단 분쇄기로 목재 칩을 절단 하 고 원심 분쇄기로 분쇄 하 여 0.12 mm의 입자 크기를 냅니다.

2. 마이크로파 보조 열로 탄 화

  1. 850 W의 전자 렌지와 2455 MHz의 마 그 네트 론 주파수를 사용 하십시오.
  2. 1.3 단계에서 원료 500 mg을 주걱으로 50 mL 에틸렌 (PTFE) 반응 용기에 넣습니다. 탈 염 수 10ml를 첨가 합니다. 캡의 압력 밸브가 캡 테두리와 동일한 수준에 있도록 반응 용기 캡을 조이십시오.
  3. 각 처리 온도에 대해, 전자 렌지에 원료를 12 개의 반응 용기에 넣고 오븐을 닫습니다.
  4. 3 온도 프로그램을 설정 합니다: 150 ° c (램프 + 12.5 ° c 분-1을 유지 60 분, 피크 전력 50%), 170 ° c (램프 + 9.6 ° c 분) ....

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결과

원소 분석의 결과는 버드 나무와 MAHC 바이오 석탄의 O/C-H/C 비율의 차이를 밝혀 주었다 (그림 1). 원료는 더 높은 O/C-H/C 비율과 값의 높은 편차를 보여줍니다. MAHC 처리는 마이크로파 반응 기에서 균질 화에의 한 값 변동을 감소 시켰습니다. 마이크로파 반응 기의 정밀도는 3 단계의 분해의 분화를 허용 하였다. H/C 비율이 150 ° c에서 감소 하였으며, H/c 및 O/C 비율의 편차도 감소 시켰다. 170 ° c에서의 O/C 비율은 감소 하였으며, 185 ° c에서의 O/C 비율이 더 감소 하였다.

온도가 증가 하는 갈색을 유도 하는 반면, 공정 수는 그늘을 밝게 하는 것과 같은 경향을 보였다 (도 2). 바이오 석탄과 공정 물 모두.......

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토론

MAHC는 열 처리의 상이한 강도를 적용 하 여 화학적 분해 단계의 분화를 허용 한다. 따라서, 공정 수 중의 질량 손실, O/C-H/C 비율,가 열 값, 회분 성분 환 원, 공정 수의 pH 증가 및 퓨 란의 축적 간의 상호작용을 평가할 수 있다. 종래의 HTC 반응 기에 걸친 MAHC 방법의 이점은 전체 반응 기 부피를 관통 하는 마이크로파를 통한 열전도를 기반으로 하 고 거시적 층에 의해 반응 기 부피를가 열 하는 것이 아니라 마이크로 레벨에서 열을 수행 하는 것 이다. 다른 온도10. 이는 각각의 단량체의 탈수 및 탈 탄산에 의해 주로 촉발 되는 세 가지 상이한 분해 단계의 동정을 허용 하였다. 헤 미 셀 루 손실의 가수분해 및 deacetylation은 바이오 매스의 H/C 비율을 약간 증가 시킬 것이 고, 예를 들어, 150 ° c에서 이러한 반응 들을 분리 하는 것은 불가능 하였다. 제 2 온도 단계 (150− 170°c)는 탈 탄산에의 한 O/C 비로 강하를 유도 하였다. .......

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공개 사항

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

저자는 크리스토프 Warth, 마이클 러 스, Carola 렙 스키, 줄리안 테 하다 및 박사 Rainer 키 르 호프의 기술 지원을 부탁 드립니다. 이 연구는 보조금 번호 01DN16036에서 BMBF (프로젝트 BiCoLim-가연성 Limpios)에 의해 자금을 지원 하였다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
5MS 무극성 cloumnThermo Fisher Scientific, Waltham, USATraceGOLD SQCGCMS
9µ m 폴리비닐알코올 입자 란Methrom AG, Filderstadt, 독일Metrosep A Supp 4 -250/4.0이온 크로마토그래
아르곤Westfalen AG, Mü nster, GermanyUN 1006ICP-OES
열량계IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, GermanyC6000높고 낮은 발열량
원심분리기Andreas Hettich GmbH & Co.KG, GermanyRotofix 32 A
원심분리기Retsch Technology GmbH, Haan,
Germany
ZM 200
ceramic dish칼 로스 GmbH& Co.KG, 칼스루에, 독일XX83.1회분
함량 절단 공장Fritsch GmbH, Markt Einersheim, 독일pulverisette 19
D(+) 포도칼 로스 GmbH& Co.KG, Karlsruhe, GermanyX997.1고음값 및 저발열
량 원소 분석기원소 분석기 Analysesysteme GmbH, Langenselbold, GermanyvarioMACRO 큐브원소 분석
exicatorDWK Life Sciences GmbH, Wertheim, GermanyDURAN DN300Ash content
GC-MS systemThermo Fisher Scientific, Waltham, USATrace 1300GCMS
염산Carl Roth GmbH& Co.KG, 카를스루에, 독일HN53.3ICP-OES
ICP OESSpectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, GermanySpectro Blue-EOP- TIICP-OES
이온 크로마토그래프Methrom GmbH& Co.KG, Filderstadt, Germany833 Basic IC plus이온 크로마토그래
가마 건조기Schellinger KG, Weingarten, 독일
가마 건조기Schellinger KG, Weingarten, Germany회분
함량 메쉬 여과지Carl Roth GmbH& Co.KG, 카를스루에, 독일L874.1ICP-OES
전자 레인지Anton Paar GmbH, Graz, AustriaMultiwave Go
머플 가구Carbolite Gero GmbH & Co.KG, Neuhausen, 독일AAF 1100회분
함량 질산Carl Roth GmbH& Co.KG, 칼스루에, 독일4989.1ICP-OES
산소Westfalen AG, Mü nster, 독일UN 1072높고 낮은 발열량
pH 미터ylem Analytics 독일 Sales GmbH & Co. KG, Weilheim, 독일pH 3310pH
샘플 백IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, GermanyC12a더 높고 낮은 발열량
표준 실험실 용기 및 기기
표준샘플Bernd Kraft GmbH, 뒤스부르크, 독일ICP-OES
설폰아미드원소 Analysesysteme GmbH, 랑겐셀볼드, 독일SLBS4782원소 분석
테프론 반응 용기Anton Paar, 오스트리아HVT50
테플론 반응 용기Anton Paar, 오스트리아HVT50ICP-OES
주석 호일원소 Analysesysteme GmbH, Langenselbold, 독일S12.01-0032원소 분석
텅스텐VIoxide원소 Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany11.02-0024원소 분석
2회 탈이온수Carl Roth GmbH& Co.KG, 칼스루에, 독일
두 번 탈이온수Carl Roth GmbH& Co.KG, 칼스루에, 독일높고 더 낮은 발열량
두 번 탈 이온수칼 로스 GmbH& Co.KG, 카를스루에, 독일ICP-OES
피 당 피

참고문헌

  1. 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).
  2. Möller, M., Harnisch, F., Schröder, U.

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