Summary
Düşük sıcaklık mikrodalga destekli hidrotermal karbonizasyon tedavisi ile düşük kaliteli biyokütle emisyon öncüsü tükenmesi için bir protokol sunulmuştur. Bu protokol mikrodalga parametrelerini ve biocoal ürün ve proses suyunun analizini içerir.
Abstract
Biyokütle, CO2 emisyonları biyokütle büyümesini yeniden entegre olarak sürdürülebilir bir yakıttı. Ancak, biyokütle inorganik öncüleri olumsuz çevresel etki ve süruf oluşumu neden. Seçilen kısa rotasyon baltalık (src) söğüt odun yüksek kül içeriği vardır (
= 1,96%) ve bu nedenle, emisyon ve süruf öncülerinin yüksek bir içerik. Bu nedenle, 150 °C, 170 °C ve 185 °C ' de düşük sıcaklıkta mikrodalga destekli hidrotermal karbonizasyon (MAHC) ile SRC söğüt ağacından minerallerin azaltılması incelenmiştir. Mikrodalgalar tüm reaktör hacminin nüfuz gibi geleneksel reaktörler üzerinden MAHC bir avantajı, reaksiyon ortamında bile sıcaklık iletkenlik olduğunu. Bu, daha iyi bir sıcaklık kontrolü ve daha hızlı bir dolum süresi sağlar. Bu nedenle, bir arkaya depolymerization, dönüşüm ve repolymerization reaksiyonları etkili bir şekilde analiz edilebilir. Bu çalışmada, tedavi edilen ve tedavi edilmeyen SCR söğüt ağacından kütle kaybı, kül içeriği ve bileşimi, Isıtma değerleri ve molar O/C ve H/C oranlarının analizi, MAHC kömür mineral içeriğinin azalmasına ve Isıtma değerinin arttığını göstermiştir. Proses suyu azalma pH gösterdi ve furfural ve 5-metilfurfural içeriyordu. 170 °C ' lik Proses sıcaklığı, enerji giriş ve kül bileşeni azaltmanın en iyi kombinasyonunu göstermiştir. MAHC hidrotermal karbonizasyon sürecinin daha iyi anlaşılması, büyük ölçekli bir endüstriyel uygulama yüksek yatırım maliyetleri nedeniyle olası değildir sağlar.
Introduction
Hidrotermal karbonizasyon (mahc) için mikrodalgaların uygulanması, fruktoz, glikoz1,2 veya selüloz3gibi biyokütle modeli bileşiklerinin termokimyasal dönüşümü için ve organik substratlar için kullanılmıştır. tercihen atık malzeme4,5,6,7,8,9,10. Mikrodalgaların kullanımı, tedavi edilen biyokütle2,10 ağırlıklı olarak dielektrik solvent11,12, termal kayıplar ile bile ısıtma sağlar gibi avantajlı olduğunu mikrodalgalar yapmak rağmen doğrudan kimyasal bağlar kırmak ve tepkiler teşvik etmek için yeterli enerji transferi değil13. Mikrodalgalar HTC reaktör gemisi tüm reaksiyon hacmine nüfuz ve çelik manto yüksek ısıtma kapasitesi nedeniyle daha yavaş bir Isıtma hızı gösteren konvansiyonel bir reaktör ile mümkün değildir malzeme, doğrudan enerji transferi ve örnek kendisi14. Mikrodalgalar ile numunenin su moleküllerinin bile uyarılması, mikrodalga reaktöründeki sıcaklık eşit şekilde dağıtılmış11,14,15 ve sonra dolum süresi sayesinde geliştirilmiş bir proses kontrolüne olanak sağlar reaksiyon çok daha hızlıdır. Ayrıca, konvansiyonel reaktörler çok daha yavaş ısıtır ve Isıtma sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlar genellikle son sıcaklığa atanan sonuçlar önyargı olabilir. Bir MAHC reaktöründeki geliştirilmiş proses kontrolü, seçilen HTC reaksiyonları (örn. dehidrasyon veya dearboksilasyon) Sıcaklık bağımlılığı konusunda kesin bir ayrıntı sağlar. HTC-Reactor hacminde bile sıcaklık dağılımının bir diğer avantajı da iç reaktör duvarında2immobilize ve tamamen karbonize partiküllerin alt yapıştıdır. Ancak, su sadece bir ortalama mikrodalga bile elde edilebilir maksimum sıcaklık sınırlar yüksek sıcaklıklarda, azalma mikrodalga absorbans gösterir solvent emici. Bu olumsuz etki, HTC sürecinde asitler üretildiğinde veya tedavi öncesinde Katalizörler (İyonik veya polar türler) eklendiğinde telafi edilir. Mikrodalga indüklenen reaksiyonlar genel11,15 ve özellikle 5-hidrokmetilfurfural (5-HMF) fruktoz gelen kum yatağı katalizör reaksiyonları ile karşılaştırıldığında daha yüksek ürün verimleri göstermek12. Ayrıca daha iyi bir enerji dengesi daha sonra Konvansiyonel Isıtma yöntemleri var15,16.
Hidrotermal karbonizasyon temel kimyasal kavramı bozulma ve biyokütle ardışık polimerizasyon olduğunu. Bu karmaşık etkileşim reaksiyonları sırasında doku oksijen tükenmiş, hangi Isıtma değerini artırır. İlk başta, polimerler hemiselüloz ve selüloz şeker monomerler için hidrolize edilir17, düşük sıcaklıklar ağırlıklı hemiselüloz etkileyen rağmen18,19,20,21. HTC reaksiyonları bu erken aşamada, organik asitler şeker aldehitler ve hemicellulose deasetilasyon dönüşümü oluşur. Bu asitler Asetik olabilir, laktik, levulinik, akrilik veya formik asit20,21,22 ve reaktörde reaksiyon suyu pH azaltmak. Dissosyasyon nedeniyle, proses suyunda iyon ürününü artıran ücretsiz negatif iyonlar oluşturur. Artan iyon ürün biyokütle kül büyük bileşenleri olan cations, çözme sağlar. Bu mekanizma tarafından, doku emisyon öncüleri ve süruf bobinler (örneğin, potasyum, sodyum, kalsiyum, klor ve ağır metaller) tükendi23,24.
Oluşturulan organik asitler Furanlar için şeker monomerlerin dehidratasyonu destekleyebilir. Ortak bir şeker dehidrasyon ürün furfural ve 5-hydroxymethylfurfural, hangi kimyasal sanayi için uygulanabilir ürünler, onlar platform ürünleri olarak hizmet gibi (örneğin, biopolymers sentezi için). 5-metilfurfural selüloz25,26 veya 5-hydroxymethylfurfural27katalizör reaksiyonları ile oluşturulabilir. Biyopolimer sentezi kontrollü koşullarda yapay bir repolimerizasyon olmakla beraber, Furanlar MAHC reaktörünün kompleks kimyasal ortamında yüksek molekül ağırlığı aromatik yapıları da yoğunlaştırabilir, polimerize edebilir ve şekillendirebilir. Değiştirilmiş ahşap hücre matriks ile çözünen organik ve inorganik bileşiklerin etkileşimi reaksiyon sisteminin karmaşıklığı eklemek20. Furan polimerizasyon reaksiyon yolları, Aldol yoğuşması veya/ve moleküler dehidrasyon18,20 ve hidrofobik kabuk ve daha hidrofil çekirdeği28verim hidrochar parçacıkları istihdam. Henüz biyokütle parçacıkları tamamen deforme olup olmadığını ve daha sonra repolymerized ya da biyokütle parçacıkları karbonizasyon için bir şablon olarak hizmet ortaya değil. Ancak, bozulma ve repolimerizasyon reaksiyonları dehidrasyon ve dekarboksilasyon reaksiyonları oluşur, hem de29,30, hangi Van Krevelen diyagramında damla indükler O/c ve siyah karbon H/c oranlarına doğru.
Diğer çalışmalar konvansiyonel reaktör bazlı hidrotermal tedavi31, bir su yıkama kombine mekanik liçi32 veya su/amonyum asetat/hidroklorik asit yıkama33ile soğutma etkisini azaltan mineral kanıtladı iken, bizim çalışmalar ilk kez mikrodalgalar ile düşük sıcaklıkta karbonizasyon sırasında mineral liçi araştırmak. Bu çalışmada yakıt yükseltmesi için emisyon öncüsü liçi üzerinde duruluyor gibi, potasyum, sodyum, magnezyum, kalsiyum, klor, kükürt, azot ve ağır metaller kaderini inceler. İnce toz öncüleri, gaz aşamasında yüksek sıcaklıklarda uçucu tuzları (örn. KCl veya K2so4) oluşturur. Bu tuzlar baca gazı birikdiğinde, çinko gibi ağır metaller çekirdekleme parçacıkları, bir parçacık büyüme zinciri reaksiyonu yol açar olarak onları yıkabilir. Düşük baca gazı sıcaklıklarında, tuz yoğuşması partikül büyümesini daha da tetikler ve bacadan gelen kancerojen ince toz emisyonuyla sonuçlanır. Bu emisyonları mevcut biyokütle yakıtların sürdürülebilirliği ödün ana faktördür. Sürdürülebilir bir enerji kaynağı, pahalı filtreler veya yakıtlarda azaltılması (örneğin, MAHC) ile azaltılmasına dayanır. Bu çalışmada pratik bir yaklaşım takip ederken, kısa rotasyon baltalık (src) söğüt ahşap yüksek büyüme oranları ile potansiyel bir Biyoenerji hammadde olarak seçildi. Bu gazlaştırma tarafından kendi kendine sürdürülebilir bir güç kaynağı için kendi alanlarında çiftçiler tarafından yetiştirilebilir, aynı zamanda doğrudan yanma ile ısı üretimi için. Söğüt SRC bir dezavantajı, düşük bir kök nedeniyle yüksek kabuğu içeriği: Olgun aşamada kabuk oranı. Bark ahşap34,35,36,37 karşılaştırıldığında mineraller bir sürü içerir ve gaz veya parçacık emisyonlarının daha yüksek miktarlarda verir38. Düşük sıcaklık HTC SRC söğüt ahşap yanma özelliklerini artırabilir ve böylece, sürdürülebilir bir ısı ve güç kaynağına katkıda bulunabilir. Bu çalışmada incelenmiştir HTC biocoal bir başka önemli parametre enerji yoğunluğu, daha yüksek ilk yanma sıcaklığı ve yüksek son yanma sıcaklığı39.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. örnek malzemenin hazırlanması
- Beş yaşındaki söğüt hasat, klon tipi "Tordes" ([Salix schwerinii x s. viminalis] x s. vim.), yüksekliği ile 12 − 14 m ve yaklaşık 15 cm Meme çapı.
- 105 °C ' de 24 saat boyunca odun çipi ve cips kurutun.
- Bir kesme fabrikası ile ahşap yongaları kesmek ve 0,12 mm partikül boyutuna bir santrifüj değirmen ile eziyet.
2. mikrodalga destekli hidrotermal karbonizasyon
- 850 W ve 2.455 MHz magnetron frekans ile bir mikrodalga fırın kullanın.
- Bir spatula ile bir 50 mL Politetrafloroetilen (PTFE) reaksiyon damarında 1,3 adımda ham madde 500 mg yer. 10 mL demineralize su ekleyin. Tepsideki basınç valfi, kap kapağı ile aynı seviyede olduğu için reaksiyon kabı kapağını vidalayın.
- Her tedavi sıcaklığı için, mikrodalga fırında hammadde ile oniki reaksiyon gemileri koymak ve fırın kapatın.
- Üç sıcaklık için mikrodalga ile üç ısı programları kurmak: 150 °C (Ramp + 12,5 °C dk-1, tutun 60 dk, pik güç% 50), 170 °c (ramp + 9,6 °c Min-1, tutun 60 min, pik güç% 80%), ve 185 °c (rampa + 5,3 °c Min-1 , 30 dakika tutun, ramp-1,1 °C dk-1 Ila 150 °c, en yüksek güç% 100). Her tek program için mikrodalga fırını başlatın.
- Program tamamlandıktan sonra, reaksiyon kapları çıkarın, onları serin ve yeniden etkinleştirmek için izin. Sonra da içinde basıncı bırakmadan sonra bir duman dolabı altında açın.
- Her reaksiyon gemisine iki kez distile su 35 mL ekleyin. Her gemi için bir Santrifüjü silindir ve santrifüjte çözüm dökün 1.714 x g 10 dakika.
- Proses suyu başka bir tüpün içine boşaltılır ve pH ve gaz kromatografi-kütle spektrometresi (GC-MS) analizi için-5 °C ' de donmuş olarak saklanır.
- Santrifüj silindiri-5 °C ' de kalan biocoal Pelet ile dondurabilirsiniz. Sonra biocoal Pelet çıkarın ve 24 saat için 105 °C ' de kurutun. biocoal Pelet tartın ve MAHC tedavisinin indüklenen kilo kaybını hesaplayın.
- Sonraki analiz için yeterli biocoal (yaklaşık 22 g) üretmek için (sıcaklık başına 48 reaksiyon kapları) sıcaklık başına 2.2 − 2.8 dört kez adımları yineleyin.
3. kül içeriği belirlenmesi
- Bireysel olarak 20 boş seramik yemek tartın. Her 1 g örnekteki (5 x 1 g hammadde ve her sıcaklık tedavisinden 5 x 1 g biocoal) ekleyin.
Not: yemekler etiketlenmediği için, fırınlardaki gemilerin düzenlenmesi için bir plan çizilmelidir. - Açık seramik yemekleri bir kalıp fırını içine yerleştirin ve fırını kapatın.
- Kalıp fırını için bir sıcaklık programı programı (+ 6 °c Min-1 dan 25 °c ila 250 °c, Hold 60 dk, + 10 °c Min-1 ila 550 °c, tutun 120 dk) ve programı başlatın.
- Program tamamlandıktan sonra, mantar fırını 105 °C ' ye kadar soğumasını bırakın. Sonra fırını açın ve seramik yemekleri dışarı çıkarın.
- Seramik yemeklere Silis jeli içeren bir kurutma maddesi ile dolu bir aspiratör (malzeme tablosu) yerleştirin. Bir vakum pompası yardımıyla kurutucu ve vakum kuru kapatın.
- 24 saat soğutma işleminden sonra seramik yemeklerden çıkarın. Kül içeren seramik çanak tartın ve boş seramik çanak ağırlığını çıkararak kül ağırlığı hesaplamak.
- Ham madde veya biocoal kuru kitle tarafından kül ağırlığı bölerek yüzde olarak kül içeriği belirleyin.
4. yüksek ve daha düşük Isıtma değerlerinin belirlenmesi
- Kalorimetre su pompasını etkinleştirin ve kalorimetreye% 99,5 oksijen sağlamak için oksijen valfi açın.
- 1 gr glikoz tartın ve 46.479 J/g tanımlı bir kalorifik değeri ile bir plastik örnek torba içine yerleştirin. bir kalorimetre bombası yanma pota içine örnek çanta koyun.
- Bomba alt iki kez deiyonize su 5 mL ekleyin ve bomba aşağı vida. Bombası Kalorimetre yerleştirin ve Kalorimetre kapatın.
- Örnek ağırlık girin ve örnek çanta yöntemi ayarlarını değiştirin. Kalorimetre başlayın.
- Ölçüm tamamlandıktan sonra, bombayı çıkarın, ters çevirin ve 1 dakika boyunca yavaşça sallayın.
- Bombası sökün, 5 mL iki kez demineralize su çıkarın ve sonraki İyon Kromatografi analizi için bir vida kap kabı içinde saklayın.
- Kalibrasyon standardını elde etmek için 4.2 − 4.6 adımlarını üç kez yineleyin.
- Her MAHC biocoal (150 °C, 170 °C, 185 °C) ve hammadde ile 4.2 − 4.6 beş kez yineleyin.
- Aşağıdaki denklem40kullanarak düşük Isıtma değerini hesaplayın:
Burada LHV düşük Isıtma değeri, HHV adım 4,4 Kalorimetre elde yüksek ısıtma değeri, ve ω hidrojen içeriği [
Elemental analiz elde.
Elemental analiz elde.5. klorun ölçülmesi için İyon Kromatografi
Not: analizden önce iyon kromatografinin kalibrasyonunu kontrol edin.
- Adım 4,8 ' dan 5 mL çözelti çıkarın ve bir 50 mL Volumetrik maskeye iki kez demineralize su 45 mL ekleyin.
- Örnek emme tüpünü örnek bir kabın içine takın ve ön sütuna bir şırınga ile yaklaşık 3 mL örnek çizin. Analiz çalışmasını başlatın.
- Üreticinin talimatlarına göre ölçümleri gerçekleştirin.
- Bölüm 4 ' te hazırlanan her örnek için 5,2 ve 5,3 arasındaki adımları yineleyin.
6. O/C ve H/C oranlarının belirlenmesi için Elemental analiz
- Ölçülecek numuneler için enstrüman kılavuzunda uygun bir yöntem seçin.
- Cihaz kalibre etmek için gerekli tüm 20 mg sülfonamid standartları ve boşluklar olun.
- Bir malzeme örneği hazırlamak için, mikro denge üzerinde kalay folyo örnek 20 mg koyun. Teneke folyo üzerinde örnek tartmak, numune çevresindeki folyo kapatın ve mümkün olduğunca az hava içeren pakete basın. Daha sonra her örnek için bu 5x tekrarlayın.
Not: Biochar örneklerini analiz edebilmek için, örnek miktarı olarak Tungsten trioksit aynı miktarda 1:1 bir oran eklenmesi gerekir. Bu Elemental Çözümleyicisi tam yanma sağlamak için Biochar eksik oksijen telafi etmek için gereklidir. - Hazırlanmış numuneleri Elemental Analizörün otomatik örneklemine takın.
- Elemental Analizörün yanma odası için oksijen ve Helyum valfi açın.
- Cihaz cihaz tarafından belirtilen sıcaklığa ulaştığında analizini başlatın. Bu durumda, sıcaklık 900 °C ' ye ulaşıncaya kadar bekleyin.
- Sulfonamid Standart ağırlığı (adım 6,2) ve ilgili eleman 1 Mol ağırlığı tarafından sülfonamid standardında her öğenin benler hesaplayın.
- Sulfonamid C, H, S ve N, Mol arasındaki ilişkiyi hesaplayın, adım 6,7 elde edilen, ve ilgili zirve alanları.
- Toplam Numune ağırlığının 3,7 adımda elde edilen örnek kül içeriğini çıkarın.
- Sülfonamid standardında ve örnekteki ilgili eleman tepe alanını karşılaştırın ve örnekteki öğenin köstebeği elde etmek için sülfonamid her öğenin köstebek tarafından çarpın.
- Periyodik tablodan öğenin ilgili molar kütlesi ile, adım 6,10 elde edilen öğenin köstebeği çarpılarak örnekteki C, H, S ve N ağırlığını hesaplayın.
- Adım 6,9 elde edilen kül ücretsiz örnek kitle kullanarak örnek oksijen ağırlığı hesaplamak ve C, H, N ve S ağırlığı çıkararak, adım 6,11 elde.
- Ham madde ve MAHC biocoal örneklerinde molar H/C ve O/C oranlarını hesaplayın.
7. indüklenen bağlantılı plazma optik emisyon spektroskopisi
- Tartmak 400 kuru hammadde veya MAHC biocoal mg ve bir spatula ile bir 50 mL PTFE reaksiyon gemisi içine koydu. Ekleyin 3 mL 69% nitrik asit ve 9 mL 35% hidroklorik asit.
- Tepsideki basınç valfi, kap kapağı ile aynı seviyede olduğu için reaksiyon kabı kapağını vidalayın.
- Mikrodalga fırınında analiz edilecek numunelerin reaksiyon damarlarını koyun ve fırını kapatın.
- Organik malzemenin tam bozulması için sıcaklık programı programı: rampa + 15,5 °C Min-1 Ila 200 °c, 30 dk tutun, serin aşağı 180 °c, tutun 5 dakika. mikrodalga fırını başlatın.
- Program tamamlandıktan sonra, reaksiyon kapları çıkarın, onları serin ve yeniden etkinleştirmek için izin. Sonra içinde basıncı bırakmadan sonra bir duman dolabı altında gemiler açın.
- Bir 50 mL ampul silindir içine örnekleri dökün. Sonra iki kez deiyonize su ile iyice reaksiyon gemisi durulayın ve ampul silindir aktarın. Tüm numunelerin bile seyreltme sağlamak için iki kez deiyonize su ile 50 mL işareti için silindir yukarı yukarı.
- 150 μm Mesh filtre kağıdı ile adım 7,6 örnek filtre. 50 mL konik Santrifüjlü tüplerde filtrat doldurun.
- Standart numuneleri ICP-OES ' ı k i Otoenjektör 'a koyun. Standart örnekler bilinen konsantrasyonlardan (0,0001 ppm, 0,001 ppm, 0,1 ppm, 1 ppm 10 ppm, 20 ppm, 50 ppm) unsurların nicelik olarak (CA, as, B, be, Fe, se, Zn, AG, al, ba, bi, CD, Co, CR, cu, GA, K, li , Mg, MN, Mo, na, ni, PB, RB, SR, te, TL, V).
- Örnekleri ICP-OES Otoenjektör koyun ve aynı parametrelerle ICP-OES Analizi çalıştırın.
- ICP-OES analizinden sonra, 7,8 adımda standart örneklerden elde edilen kalibrasyon eğrilerine göre, otomatik olarak mg/kg cinsinden hesaplanan yazılımdan Elemental konsantrasyonu elde edilir.
- Üretilen biocoal içindeki Elemental konsantrasyon azaltma hesaplayın:
Burada CONC. biyokütle biyokütle ve CONC Elemental konsantrasyon. Kömür içinde biocoal Elemental konsantrasyon.
8. HTC proses suyunun pH değerini ölçme
- Her bir sıvı kesir hammaddenin MAHC tedavi (adım 2,7) ve dört ilgili Beakers üç biocoals doldurun.
- PH sondasını standart çözümlerle kalibre edin.
- Hammadde ve üç MAHC biocoals sıvı fraksiyonu pH ölçmek.
9. gaz kromatografi-kütle spektrometresi
- MAHC tedavisinden (adım 2,7) sıvı fraksiyonları 150 μm Mesh filtre kağıdıyla filtreleyin. Süzülmüş sıvı fraksiyonları 1 mL metanol 20 mL ekleyin.
- Transfer 200 μL bir GC-MS Otomatik Örnekleyici şişe ve GC-MS Otomatik Örnekleyici içinde şişe koymak.
- Methanol ile 10-2, 10-3, 10-4ve 10-5 , furfural ve 5-metilfurfural (analitik Grade) aşağı saf standartları seyreltilen.
- GC-MS Otomatik Örnekleyici standartlarına koyun ve parametreler ile analiz: 230 °c enjektör sıcaklığı ve 1:40 bölünmüş 1 μL enjeksiyon hacmi; 15 m uzunluğunda ve 0,25 mm film kalınlığına sahip 5MS Polar olmayan kolon (malzeme tablosu); sıcaklık programı 30 °C, 2 dakika tutun, rampa + 40 °C/min ila 250 °C, 2 dak tutun; 70 mV ve MS dedektörü ile iyonizasyon 35 − 400 m/z aralığı ile tarama modunda, her 0,3 s tarama.
- Toplam iyon sayımı (TIC) tepe alanı ve bileşik konsantrasyon ile kalibrasyon eğrileri oluşturun.
- Hazırlanan HTC biocoal sıvı faz örneklerini aynı analitik parametrelerle çalıştırın ve standardın saklama süresi ve spektrumlu kütüphanedeki spektrum eşleşerek furfural ve 5 metilfurfural belirleyin.
- Hesaplanan kalibrasyon eğrisini kullanarak furfural ve 5-metilfurfural konsantrasyonlarını belirleyin (adım 9,6) ve furfural ve 5-methylfurfural örnek tepe alanları ekleme.
10. istatistik
- Normal dağılım için Shapiro Wilks testiyle verileri analiz edin.
- Normal olarak dağıtılmış veri kümeleri ve veri kümeleri arasında önemli farklar bulmak için normal olarak dağıtılmış veri kümeleri için t-testi için Mann-Whitney U-test kullanın.
Not: bir veri kümesi normal olarak dağıtılır ve diğeri değilse, Mann-Whitney U testini kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Elemental analizlerin sonuçları söğüt ağacından O/C-H/C oranı ile MAHC biyozarları arasındaki farklılıkları ortaya koymuştur (Şekil 1). Hammadde daha yüksek O/C-H/C oranları ve değerlerin daha yüksek bir varyasyonu gösterir. MAHC tedavisi, mikrodalga reaktöründeki homojenizasyon nedeniyle değer değişimini azalttı. Mikrodalga reaktörü hassasiyetinde bozulma üç aşamaları farklılaşma izin verdi. H/C oranı 150 °C ' de düşürüldü ve H/C ve O/C oranındaki varyasyonlar da azaltıldı. 170 °C ' de O/C oranı azaldı ve 185 °C ' de O/C oranı daha da azaldı.
Sıcaklık artan kahverengi renkten kaynaklanan, süreç suyu gölgenin daha parlak olmasına rağmen aynı eğilimi gösterdi (Şekil 2). Her iki biocoal ve proses suyunda Furanlar ve poli-Benzenes gibi aromatik Yüzüklerin artması, tek bağlar ve optik olarak aktif çift bağlar içeren, bu renk değişikliği (Şekil 2). Şeker monomerlerinden yan reaksiyon asit oluşumu çözünür asitler bir oluşumu indüklenen ve, sonuç olarak, proses suyu bir pH düşüş28 (Tablo 1). 150 °C ' de kütle kaybı ölçülmüştür, ancak hammadde ile karşılaştırıldığında hiçbir renk değişimi görülebilir (Şekil 2 ve Tablo 1). 170 °C ' nin Isıtma değerinin yüksek bir artış yüksek kilo kaybı eşlik etti. Bu kilo kaybı Furanlar (Tablo 1) vermiştir ekzotermik dönüşüm reaksiyonları neden oldu. 170 °C ve 185 °C biocoal arasındaki Isıtma değerinin artması, daha düşük olsa da, 150 °C ile 170 °C arasındaki kilo kaybına kıyasla daha düşük bir kilo kaybı eşlik etmiştir. PH 4,25 dan 150 °C ' den 3,6 ' e 170 °C ' ye düştü ve 170 °c ' den 185 °C ' ye kadar sabit kaldı. Sonuç olarak yükselen iyon ürünü nedeniyle ek asit, inorganik ve böylece işlem suyunda kül bileşenleri23çözülebilir.
Tablo 2 seçilen emisyon öncülerinin kaderini gösterir. Tablo 2' de, kükürt, potasyum, kalsiyum, klor ve magnezyum gibi önemli ölçüde azaltılmış unsurlar vardır ve azot ve sodyum gibi önemli ölçüde azaltılmış unsurlar vardır. Gümüş ve lityum dışında biyokütle ağır metaller, Tablo 3' te görüldüğü gibi önemli ölçüde azaltıldı, ancak gümüş ve lityum sadece anlamlı olarak azalır.
Kütle kaybı düzeltilmiş eleman azaltma sonuçları Şekil 3' te gösterilir. Kitle kaybı burada kabul edilmemiş olduğu için, yoğun bir yüksek sıcaklık HTC tedavisi durumunda ham biyokütle ile karşılaştırıldığında daha yüksek eleman konsantrasyonlarına yol açabilir, tüm hesaplanan kayıplar Tablo 2 ve Tablo 3 ' ten daha yüksektir ve artan iyon ürün tarafından indüklenen mutlak eleman kayıpları görüntüler. Farklı unsurlar, proses suyuna farklı bir sıcaklığa bağlı liçi gösterir. Klor ve potasyum, 150 °C ' de proses suyuna yoğun olarak aktarılırken, kükürt, magnezyum, sodyum, kalsiyum, çinko, Baryum, manganez ve Stronsiyum 170 °C ' de en yüksek tükenme hızını gösterdi. Sadece biocoal içinde gümüş ve lityum konsantrasyonu sıcaklık bağımsız olan daha da azalma oranı gösterdi, azot MAHC tedavisi hiç etkilenmez iken. 150 °C, 170 °C ve 185 °C ' de bulunan ince toz formerleri klor, potasyum, magnezyum, sodyum ve kalsiyum kayıplarının toplamı sırasıyla 5.782 mg/kg, 8.529 mg/kg ve 8.833 mg/kg idi, ancak nicelik ağır metallerin kayıplarının toplamı 87 mg/kg 'dır. 170, sırasıyla 150 °C, 170 °C ve 185 °C için mg/kg ve 182 mg/kg ve kükürt içeriğine sırasıyla 548 °c, 2.089 °C ve 2.431 °c için 150, 170 ve 185 mg/kg kayıpları gösterdi.
Şekil 1: Van Krevelen diyagramında biyokütle, Peat, Lignit, kömür ve antrasit Için tipik değer aralıkları 18 , 20 tane , 30 ' dan fazla , 41. ıNSET, mahc kömür örneklerinin atomik O/c ve H/c oranını gösterir. (A) ağırlıklı olarak dehidrasyon. (B) dehidrasyon ve dearboksilasyon. (C) ağırlıklı olarak dehidrasyon. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 2: ilgili sıcaklık işlemden sonra hammadde ve MAHC biocoal ve proses suyu görüntüleri. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 3: ham biyokütle ağırlığına göre yüzde olarak src söğüt biyokütle emisyon öncülerinin leaching. Kilo kaybı yüzdesi tedavi edilmemiş biyokütle ağırlığı temelinde hesaplanır. Düşük grafik, 150 − 170 °c arasında yüksek liçi hızı olan elemanları gösterir ve üst grafik farklı liçi davranışına sahip elemanları gösterir. Bu rakam Knappe ve al.42güncellenmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
| Parametre | Söğüt ağacı | 150 °C derece | 170 °C derece | 185 °C derece |
| Kömür | ||||
| Kütle kaybıkömür (%) | - | 7,60 ± 2,93 | 25,54 ± 2,87 | 28,89 ± 1,96 |
| Yüksek ısıtma değerikömür (J g-1): | 18.843 ± 96 | 18.551 ± 143 | 19.358 ± 314 | 20.029 ± 88 |
| Düşük Isıtma değerikömür (J g-1) | 17.430 ± 130 | 17.220 ± 180 | 18.130 ± 310 | 18.730 ± 120 |
| Proses suyu | ||||
| Ph | 4,25 | 3,6 | 3,6 | |
| Furfural (mg kg-1) | 0 | 0,1 ± 0,005 | 1,565 ± 0,031 | |
| 5-metilfurfural (mg kg-1) | 0 | 0,009 ± 0,0001 | 0,012 ± 010002 |
Tablo 1: enerji içeriği ve proses su özellikleri. Bu kütle kaybı ve hammadde ve biocoal yüksek ve daha düşük Isıtma değerleri yanı sıra pH ve proses suyu 5-methylfurfural furfural ve konsantrasyonları gösterir.
| Tedavi | Kül içeriği (%) | N | S | Cl | Kahraman | Mg | Na | Ca |
| (% DM) | (% DM) | (% DM) | (mg/kg) | (mg/kg) | (mg/kg) | (mg/kg) | ||
| Ham | 1,96 ± 0,08 | 0,47 ± 0,01 | 0,48 ± 0,19 | 0,24 ± 0,01 | 3.113 ± 26 | 710 ± 11 | 348 ± 50 | 11.768 ± 240 |
| 150 °C derece | 1,15 ± 0,03 | 0,41 ± 0,04 | 0,41 ± 0,17 | 0,06 ± 0,02 | 616 ± 14 | 625 ± 23 | 311 ± 45 | 9.501 ± 189 |
| * | - | - | * | ** | * | - | ** | |
| 170 °C derece | 0,90 ± 0,06 | 0,40 ± 0,03 | 0,24 ± 0,04 | 0,07 ± 0,01 | 534 ± 31 | 383 ± 36 | 303 ± 66 | 8.917 ± 141 |
| * | * | ** | * | ** | * | - | ** | |
| 185 °C derece | 1,04 ± 0,04 | 0,43 ± 0,05 | 0,14 ± 0,01 | 0,05 ± 0,03 | 525 ± 21 | 371 ± 44 | 301 ± 32 | 8.880 ± 191 |
| * | - | ** | * | ** | * | - | ** | |
| DM: Kuru kütle. | ||||||||
Tablo 2: seçilen emisyon öncüleri ve genel kül içeriği. Yıldızlar önem düzeyini gösterir (*, p < 0,05; * *, p < 0,01; * * *, p < 0,001).
| Tedavi | Olarak | Cd | Pb | Hg | Ni | Zn | Ba | Ag | Mn | Sr | Li |
| mg/kg | |||||||||||
| Ham | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | 106 ± 3 | 14 ± 1 | 37 ± 4 | 75 ± 1 | 30 ± 1 | 27 ± 3 |
| 150 °C derece | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | 77 ± 2 | 13 ± 1 | 35 ± 4 | 51 ± 1 | 19 ± 1 | 24 ± 2 |
| * | * | - | ** | ** | - | ||||||
| 170 °C derece | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | 57 ± 3 | 8 ± 1 | 34 ± 3 | 26 ± 1 | 10 ± 1 | 20 ± 1 |
| * | ** | - | ** | ** | ** | ||||||
| 185 °C derece | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | Nd. | 55 ± 2 | 7 ± 1 | 27 ± 2 | 29 ± 1 | 9 ± 1 | 17 ± 2 |
| * | ** | ** | ** | ** | ** | ||||||
| ND: algılanmadı (aşağıda eleman belirli eşik). | |||||||||||
Tablo 3: hammadde ve MAHC örneklerinde ağır metal içeriği. Yıldızlar önem düzeyini gösterir (*, p < 0,05; * *, p < 0,01; * * *, p < 0,001).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
MAHC, farklı ısıl işlem yoğunlukları uygulayarak kimyasal bozulmanın adımlarının farklılaşmasını sağlar. Bu nedenle, kütle kaybı, O/C-H/C oranı, Isıtma değeri, kül bileşeni azaltma, proses suyunun pH artışı ve proses suyunda Furanlar birikimi arasındaki etkileşimleri değerlendirmek mümkündür. Geleneksel HTC reaktör yöntemi üzerinden MAHC yönteminin avantajı, tüm reaktör hacmine nüfuz eden mikrodalgalarla termal iletimde dayanır ve reaktör hacmini Isıtma yerine microlevel üzerindeki ısı, makroskopik katmanlarla farklı sıcaklıklar10. Bu, özellikle ilgili monomerlerin dehidrasyon ve dearboksilasyonu ile tetiklenen üç farklı bozulma aşamasını tanımlamasına izin verdi. Hemiselüloz hidroliz ve deacetylation biraz biyokütle H/C oranını artırmak ve bu deney, örneğin, 150 °c ' de bu reaksiyonları izole etmek mümkün değildi. İkinci sıcaklık adım (150 − 170 °C) dearboksilasyon nedeniyle O/C oranı bir damla indüklenen. H/C oranındaki azalma paralel bir dehidrasyon önerdi. 170 ila 185 °C arasında, O/C oranındaki önemsiz bir değişiklik ancak H/C oranındaki bağıl düşüş, demethanasyon ile açıklanabilen bir değer vardı. Ancak, bu deneylerde gaz oluşumu izlenmedi, mikrodalga reaktör reaksiyon sırasında gaz aşamasına hiçbir erişim izin olarak. Aynı zamanda daha istikrarlı üçüncül OH grupların dehidrasyon, Furanlar için şekerler dehidrasyon sırasında oluşan ara mümkündür (Tablo 1), bu H/C vardiya neden oldu. Üçüncül OH grupları daha yüksek bir aktivasyon enerjisi gerektirir ve yüksek sıcaklıklarda bozulur. Ürün biyokütle O/C ve H/C oranı Homojenleştirme Van Krevelen diyagramında görülebilir (Şekil 1), yanı sıra, Isıtma değerleri aynı eğilim göstermiyor olsa (Tablo 1).
Suya batırılmış biyokütle numunesi ısıtmak, bu çalışmada kullanılan kurulum ile 185 ° c maksimum sıcaklığa sınırlıdır. Bu su (kayıp tanδ 0,123)11orta mikrodalga emici özellikleri kaynaklanır. Bu emme özelliği, yüksek sıcaklıklarda bile azalır, uygulanan mikrodalga gücüne bağlı bir sıcaklık maksimum yol, bu çalışma durumunda 185 °C ile 850 W. Bu maksimum sıcaklıkta sıcaklık sabit bir seviyede tutulamaz, ancak Dallinger ve al.11 tarafından sunulan sonuçlar ile karşılaştırılabilir dalgalanıyor belirtilen çalışmanın yazarları bir sabit ulaşmak Için 0,03 M sodyum klorür ilavesi teklif Sıcaklık. Bu tür bir tedbir, emisyon ilgili unsurların bir ek olarak MAHC biyokütle yakıtlar üzerinde yararlı etkisini azaltacaktır bizim çalışma kavramını tehlikeye atacak.
Beklendiği gibi, O/C-H/C oranı azalma pH ile biocoal düştü. Bunun arkasındaki sebep, asit oluşumu indüklenen ve oksijen biocoal tüketir biocoal bir dehidrasyon olduğunu, hangi sırayla biocoal Isıtma değerini artırır, de. 170 °C ' nin proses suyunda aynı pH ve 185 °C ' lik tedavi, ilk O/C-H/C oranı düşüşü, dehidrasyon ve dearboksilasyon ile indüklenen, 170 °C ile 185 °C arasında O/C-H/C oran düşüşü ise dehidrasyon konusunda hakim oldu. Biocoal dekarboksilasyon asitler ancak Furanlar vermezse ve bu nedenle, pH etkilemez ama daha yüksek furan konsantrasyonları verir (Şekil 1, Şekil 2, ve Tablo 1). Bu çalışmada, 5-metilfurfural önemli miktarlarda (Tablo 1) verildi, ancak çeşitli çalışmalar 5-metilfurfural oluşumu 5-HMF ile ikincil bir reaksiyon olduğunu göstermiştir bir eğitim25,26,27 . Biz 5-HMF karşılaştırılabilir düşük buhar basıncı ve kısıtlı GC sıcaklık programı nedeniyle tespit etmedi, biz bu ifadeleri onaylamak mümkün değildir. Gelecekteki çalışmalar, proses suyunun organik analizini literatürde yayınlanan reaksiyon adımlarına bağlamak için 5-HMF de dahil olmak üzere geniş bir yelpazede organik analitler belirlemeye çalışmalıdır.
Hammadde yüksek O/C-H/C ilişkisi dalgalanması vardır. Bunun arkasındaki nedeni, elementsel analizinden önce ince frezeleme olmasına rağmen kabuk parçacıklarının nispeten yüksek miktarı küçük numune boyutunda eşit olarak dağıtılmadı. Bu etki, Liu ve al. onların HTC çalışma43tarafından öne ve onlar uygulanan hidrotermal karbonizasyon nedeniyle O/c-H/c ilişkisi bir homojenizasyon Bu çalışmada görülebilir HTC tedavisinin aynı etkiyi bulundu. Bu homojenizasyon zaten nispeten düşük sıcaklıklarda elde edilebilir (Şekil 1).
150 °C ' de MAHC tedavisi Isıtma değerini azalttı. HTC tedavisi genellikle Isıtma değerini artırır gibi bu, ilginç. Bu atipik davranışların nedeni hidroliz. Bu asetal hidroliz ile ahşap dokuda karbonhidratlar bozar, ancak bu yarık makromoleküller içine oksijen entegrasyonu kullanır, hangi hidroliz ürünün düşük Isıtma değerine neden olur. Enerjik bir bakış açısından, MAHC veya HTC tedavisi sadece hidrolize izin veren sıcaklıklarda verimsizdir, ağırlık ve Isıtma değeri her ikisi de azalır. Enerji tasarruflu, 170 °C ila 185 °C (Tablo 1) arasında Isıtma değeri artışı, çünkü burada enerji girişi ve Isıtma değeri artışıyla en iyi ilişki bulunmaktadır. Ham maddenin Isıtma değerini artırmak için hedef durumunda yüksek sıcaklıkların etkili olduğu sonucuna varılabilir. Ancak, diğer çalışmalar, HTC karbonizasyon daha yüksek sıcaklıklarda HTC sıvılaştırılması için bir vardiya biocoal verimi azaltır kanıtladı 9 ve diğer birçok faktör (örn., malzeme türü24 ve parçacık boyutu9) etkiler biocoal verim de.
Ham maddenin emisyon öncüsü tükenmesi bakış açısından optimum sıcaklık 170 °C ' dir, çünkü daha fazla sıcaklık artışı daha yüksek tükenme hızları vermediğinden (Şekil 3). Özellikle ince toz öncüsü klor, potasyum, magnezyum, sodyum ve kalsiyum, 170 °C ' den (Tablo 2 ve Şekil 3) sıcaklık yükselmesine yanıt vermez. Rheza ve al., 200 °C ' den 260 °C ' ye kadar Proses sıcaklığının artması, benzer kül tükenmesi23' e yol açan literatürden bir örnek verilir. Bu durum, tedavinin amacı kül azaltılması durumunda işlem sıcaklığının optimum olduğunu ve ne aşması veya bu optimum daha düşük olması gerektiği sonucuna yol açar. Ağır metallerin liçi davranışı aynı eğilimi gösterir (Tablo 2, Tablo 3, ve Şekil 3). Bu nedenle, ağır metal zengin filtre kül kül damping orta ve büyük ölçekli Isıtma tesislerinde azaltılabilir ve böylece, maliyetleri uyarlanmış bir HTC tedavisi nedeniyle kaydedilebilir. 150 °C ' de çinko azaltılması, DIN EN ISO 17225-2 uyarınca 100 mg/kg sınırının altındaki bu elemanın konsantrasyonunu azaltır. Sadece hammadde ve MAHC biocoal sülfür ve klor içeriği ne hammadde ne de biocoal peletizasyon izin vermez (sınırları 0,05 mg/kg ve 0,03 mg/kg, sırasıyla). Bu nedenle, biocoal veya hammadde SOx azaltma önlemleri ve sülfürik ve klor asitine karşı asit direnci ile orta veya büyük ölçekli Isıtma tesislerinde kullanılabilir. Elemental liçi pozitif bir yönü% 83 tarafından potasyum ve magnezyum azaltılması olduğunu. Her iki öğe de kül erime sıcaklık düşürücü ve onların eliminasyon süruf oluşumu ile taşıma sistemlerinin tıkanması riskini azaltır (Şekil 3).
Bu çalışmada kömürdeki Elemental konsantrasyon analiz edildi, ancak uygulanan yöntemler ile proses suyunda tuz oluşumu süreçleri analiz edilemedi. Muhtemelen sıvı faz, sıvı faz ve katı fazda tuzların yağış alkali tuz oluşumu için katı fazdan mineraller çözeltisi bir etkileşimi vardır. Gelecekteki çalışmalarda bu süreçler içine bir iç kazanmak için çöktürülmüş tuzları için proses suyu santrifüjleme Pelet analiz etmek ilginç olacaktır.
MAHC düşük sıcaklıklarda bile biyokütle termal tedavi sırasında kimyasal reaksiyon başarımları çalışma sağlar, hangi proses adımları hidroliz Sıcaklık bağımlılığı görülebilir, su kaybı ve decarboxylation. Bu çalışmanın çerçevesinde 170 °c, göreceli olarak düşük enerji girişinde maksimum emisyon habercisi azalması ile bağıl maksimum enerji yoğunlaştırılmasına ulaşmak için ideal sıcaklık olarak tespit edildi. Bu, MAHC uygulaması ve aynı zamanda emisyon öncüleri azaltarak düşük kalitede yüksek emisyon biyoyakıt yükseltmek için HTC yöntemi sağlar. Bu tür biyokütle yaprakları, kabuk veya saman şeklinde şehirlerde ve kırsal alanlarda bol miktarda. Bu tür biyokütle sürdürülebilir bir enerji üretim senaryosunda hammadde temini için gerekli olacaktır. Büyük bir dezavantajı önerilen teknoloji torrefaction daha pahalı olduğunu ve bir biyogaz tesisi ya da bir atıksu arıtma tesisi tarafından tedavi edilmesi gereken bir mineral ve organik bileşik zengin atık olan proses suyu, bertaraf gerektirir44 . Bu nedenle, son uygulamalar laboratuvar çalışmaları11,13sınırlıdır. Mahc sürecini çok düşük sıcaklıklarda çalıştırmak, biyokütle dönüşümüne ait ekzotermik aşamasının tüm biyocuklar için ulaşılamayabilir olarak enerji kendini sürdürülebilirliğini tehlikeye atabilir. Böyle bir durumda yöntemin uygulanması termal enerji fazlalığının bulunduğu yerlere bağlı olacaktır (örn. mobilite veya odun gazı ve fosil yakıtlı jeneratör için yanma motorları).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar, Christoph Warth, Michael Russ, Carola Lepski, Julian Tejada ve Dr. Rainer Kirchhof 'a teknik destek için teşekkür etmek ister. Çalışma, 01DN16036 hibe numarası altında BMBF (proje BiCoLim-Bio-yanıcı limpios) tarafından finanse edilmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 5MS non-polar cloumn | Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA | TraceGOLD SQC | GCMS |
| 9µm polyvinylalcohol particle column | Methrom AG, Filderstadt, Germany | Metrosep A Supp 4 -250/4.0 | Ion chromatography |
| argon | Westfalen AG, Münster, Germany | UN 1006 | ICP-OES |
| calorimeter | IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany | C6000 | higher and lower heating value |
| centrifuge | Andreas Hettich GmbH & Co.KG, Germany | Rotofix 32 A | |
| centrifuge mill | Retsch Technology GmbH, Haan, Germany |
ZM 200 | |
| ceramic dishes | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | XX83.1 | Ash content |
| cutting mill | Fritsch GmbH, Markt Einersheim, Germany | pulverisette 19 | |
| D(+) Glucose | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | X997.1 | higher and lower heating value |
| elemental analyzer | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | varioMACRO cube | elemental analysis |
| exicator | DWK Life Sciences GmbH, Wertheim, Germany | DURAN DN300 | Ash content |
| GC-MS system | Thermo Fisher Scientific,Waltham, USA | Trace 1300 | GCMS |
| hydrochloric acid | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | HN53.3 | ICP-OES |
| ICP OES | Spectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, Germany | Spectro Blue-EOP- TI | ICP-OES |
| Ion chromatograph | Methrom GmbH&Co.KG, Filderstadt, Germany | 833 Basic IC plus | Ion chromatography |
| kiln dryer | Schellinger KG, Weingarten, Germany | ||
| kiln dryer | Schellinger KG, Weingarten, Germany | Ash content | |
| mesh filter paper | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | L874.1 | ICP-OES |
| microwave oven | Anton Paar GmbH, Graz, Austria | Multiwave Go | |
| muffel furnance | Carbolite Gero GmbH &Co.KG, Neuhausen, Germany | AAF 1100 | Ash content |
| nitric acid | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | 4989.1 | ICP-OES |
| oxygen | Westfalen AG, Münster, Germany | UN 1072 | higher and lower heating value |
| pH-meter | ylem Analytics Germany Sales GmbH & Co. KG, Weilheim,Germany | pH 3310 | pH |
| sample bag | IKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, Germany | C12a | higher and lower heating value |
| Standard Laboratory Vessels and Instruments | |||
| standard samples | Bernd Kraft GmbH, Duisburg, Germany | ICP-OES | |
| sulfonamite | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | SLBS4782 | elemental analysis |
| teflon reaction vessels | Anton Paar, Austria | HVT50 | |
| teflon reaction vessels | Anton Paar, Austria | HVT50 | ICP-OES |
| tin foil | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | S12.01-0032 | elemental analysis |
| tungstenVIoxide | elementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany | 11.02-0024 | elemental analysis |
| twice deionized water | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | ||
| twice deionized water | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | higher and lower heating value | |
| twice deionized water | Carl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany | ICP-OES |
References
- 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. Microwave-assisted hydrothermal degradation of fructose and glucose in subcritical water. Biomass and Bioenergy. 39, 389-398 (2012).
- Guiotoku, M., Rambo, C. R., Hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. 63 (30), 2707-2709 (2009).
- Guiotoku, M., Rambo, C. R., hansel, F. A., Magalhães, W. L. E., Hotza, D. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of lignocellulosic materials. Materials Letters. (63), 2707-2709 (2009).
- Kannan, S., Gariepy, Y., Raghavan, G. S. V. Optimization and characterization of hydrochar produced from microwave hydrothermal cabonization of fish waste. Waste Management. , 159-168 (2017).
- Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted and conventional hydrothermal carbonization of lignocellulosic waste material: Comparison of the chemical and structural properties of the hydrochars. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 118, 1-8 (2016).
- Elaigwu, S. E., Greenway, G. M. Microwave-assisted hydrothermal carbonization of rapeseed husk: A strategy for improving its solid fuel properties. Fuel Processing Technology. 149, 305-312 (2016).
- Chen, W. -H., Ye, S. -C., Sheen, H. -K. Hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse via wet torrefaction in association with microwave heating. Bioresource technology. 118, 195-203 (2012).
- Nizamuddin, S., et al. Upgradation of chemical, fuel, thermal, and structural properties of rice husk through microwave-assisted hydrothermal carbonization. Environmental science and pollution research international. 25 (18), 17529-17539 (2018).
- Nizamuddin, S., et al. An overview of microwave hydrothermal carbonization and microwave pyrolysis of biomass. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 17 (4), 813-837 (2018).
- Dallinger, D., Kappe, C. O. Microwave-assisted synthesis in water as solvent. Chemical reviews. 107 (6), 2563-2591 (2007).
- Qi, X., Watanabe, M., Aida, T. M., Smith, J. R. L. Catalytic dehydration of fructose into 5-hydroxymethylfurfural by ion-exchange resin in mixed-aqueous system by microwave heating. Green Chemistry. 10 (7), 799 (2008).
- Nüchter, M., Ondruschka, B., Bonrath, W., Gum, A. Microwave assisted synthesis - a critical technology overview. Green Chem. 6 (3), 128-141 (2004).
- Schanche, J. -S. Microwave synthesis solutions from personal chemistry. Molecular Diversity. 7 (2-4), 291-298 (2003).
- Kappe, C. O. Controlled microwave heating in modern organic synthesis. Angewandte Chemie (International ed. in English). 43 (46), 6250-6284 (2004).
- Gronnow, M. J., White, R. J., Clark, J. H., Macquarrie, D. J. Energy Efficiency in Chemical Reactions: A Comparative Study of Different Reaction Techniques. Organic Process Research & Development. 9 (4), 516-518 (2005).
- Kruse, A., Dahmen, N. Hydrothermal biomass conversion: Quo vadis? The Journal of Supercritical Fluids. 134, 114-123 (2018).
- Reza, M. T., et al. Hydrothermal Carbonization of Biomass for Energy and Crop Production. Applied Bioenergy. 1 (1), (2014).
- Libra, J. A., et al. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis. Biofuels. 2 (1), 71-106 (2011).
- Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Hoekman, S. K., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization of loblolly pine: reaction chemistry and water balance. Biomass Conversion and Biorefinery. 4 (4), 311-321 (2014).
- Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 4 (2), 160-177 (2010).
- Kruse, A., Funke, A., Titirici, M. -M. Hydrothermal conversion of biomass to fuels and energetic materials. Current opinion in chemical biology. 17 (3), 515-521 (2013).
- Reza, M. T., Lynam, J. G., Uddin, M. H., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization: Fate of inorganics. Biomass and Bioenergy. 49, 86-94 (2013).
- Zhang, D., et al. Comparison study on fuel properties of hydrochars produced from corn stalk and corn stalk digestate. Energy. 165, 527-536 (2018).
- Huang, Y. -B., Yang, Z., Dai, J. -J., Guo, Q. -X., Fu, Y. Production of high quality fuels from lignocellulose-derived chemicals: a convenient C-C bond formation of furfural, 5-methylfurfural and aromatic aldehyde. RSC Advances. 2 (30), 11211 (2012).
- Van de Vyver, S., Geboers, J., Jacobs, P. A., Sels, B. F. Recent Advances in the Catalytic Conversion of Cellulose. ChemCatChem. 3 (1), 82-94 (2011).
- Delidovich, I., Leonhard, K., Palkovits, R. Cellulose and hemicellulose valorisation: an integrated challenge of catalysis and reaction engineering. Energy & Environmental Science. 7 (9), 2803 (2014).
- Sevilla, M., Fuertes, A. B. The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose. Carbon. 47 (9), 2281-2289 (2009).
- Yao, Z., Ma, X. Characteristics of co-hydrothermal carbonization on polyvinyl chloride wastes with bamboo. Bioresource technology. 247, 302-309 (2018).
- Funke, A., Ziegler, F. Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. (4), 160-177 (2010).
- Liu, Z., Balasubramanian, R. Upgrading of waste biomass by hydrothermal carbonization (HTC) and low temperature pyrolysis (LTP): A comparative evaluation. Applied Energy. 114, 857-864 (2014).
- Khalsa, J., Döhling, F., Berger, F. Foliage and Grass as Fuel Pellets-Small Scale Combustion of Washed and Mechanically Leached Biomass. Energies. 9 (5), 361 (2016).
- Saddawi, A., Jones, J. M., Williams, A., Le Coeur, C. Commodity Fuels from Biomass through Pretreatment and Torrefaction: Effects of Mineral Content on Torrefied Fuel Characteristics and Quality. Energy & Fuels. 26 (11), 6466-6474 (2012).
- Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. , Springer Vieweg. (2016).
- Fengel, D., Wegener, G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. , Walter de Gruyter. Berlin. (1989).
- Obernberger, I., Thek, G. Physical characterisation and chemical composition of densified biomass fuels with regard to their combustion behaviour. Biomass and Bioenergy. 27 (6), 653-669 (2004).
- Kenney, W. A., Sennerby-Forsse, L., Layton, P. A review of biomass quality research relevant to the use of poplar and willow for energy conversion. Biomass. 21 (3), 163-188 (1990).
- Tharakan, P. J., Volk, T. A., Abrahamson, L. P., White, E. H. Energy feedstock characteristics of willow and hybrid poplar clones at harvest age. Biomass and Bioenergy. 25 (6), 571-580 (2003).
- Liu, Z., Quek, A., Balasubramanian, R. Preparation and characterization of fuel pellets from woody biomass, agro-residues and their corresponding hydrochars. Applied Energy. , 1315-1322 (2014).
- Technischen Komitee ISO/TC 238. "Solid biofuels" und Technisches Komitee CEN/TC 335 "Biogene Festbrennstoffe" Solid biofuels - Determination of calorific value (ISO 18125:2017); German version EN ISO 18125:2017. , Beuth. Berlin. (2017).
- Kambo, H. S., Dutta, A. A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physico-chemical properties and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 45, 359-378 (2015).
- Knappe, V., et al. Low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) reduces combustion emission precursors in short rotation coppice willow wood. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 134, 162-166 (2018).
- Liu, Z., Quek, A., Kent Hoekman, S., Balasubramanian, R. Production of solid biochar fuel from waste biomass by hydrothermal carbonization. Fuel. 103, 943-949 (2013).
- Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Zielinska, B., Felix, L. Hydrothermal carbonization (HTC) of selected woody and herbaceous biomass feedstocks. Biomass Conversion and Biorefinery. 3 (2), 113-126 (2013).
