Chemistry
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Trasformazione degli avanzi organici delle famiglie in un sostituto della torba
Chapters
Summary July 9th, 2019
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Viene presentato un protocollo per la carbonizzazione idrotermale dei rifiuti alimentari vegetali in un'autoclave, con conseguente trattamento termico secco a 275 gradi centigradi in un reattore a flusso continuo che desorghi sostanze organiche volatili. L'obiettivo è quello di produrre un materiale in carbonio adatto come prodotto di modifica del suolo o componente del substrato.
Transcript
Produciamo un sostituto della torba dai residui. Questa procedura ha un certo potenziale per l'organizzazione dei rifiuti organici. La composizione esatta non ha importanza e le variazioni stagionali sono tollerate.
Fornisce un'alternativa all'uso dell'idrochar come combustibile solido e con esso contribuisce a mitigare i cambiamenti climatici catturando e immagazzinando carbonio e risparmiando fertilizzanti fossili. È molto importante chiudere i morsetti esterni stretti o la composizione dei fili può cambiare durante il riscaldamento a causa della perdita d'acqua e la reazione deve essere ripetuta con una miscela fresca. Non preoccuparti troppo della pressione residua dopo la carbonizzazione idrotermale.
Lavorando con la biomassa, è imprevedibile. Osserviamo pressioni residue sia molto basse che molto elevate. Il pozzo per il trattamento termico deve essere sottile.
Se è troppo spesso, le vie preferenziali possono verificarsi con una buona causa e un trattamento eterogeneo e produrre materiali inadatti. Per iniziare, seleziona la biomassa dagli avanzi della cucina come bucce di frutta o parti vegetali non commestibili. Asciugare il campione della biomassa a 100-105 gradi celsius in forno per due ore o durante la notte.
Pesare il campione essiccato. Calcola le quantità adeguate di acqua e biomassa per la miscela di reazione. Avere il volume della miscela di reazione metà del volume dell'autoclave e il contenuto d'acqua durante la carbonizzazione idrotermale come 85 per cento di peso.
Si supponga che la densità della miscela sia di circa 1g/ml. Introdurre la biomassa e l'acqua nell'autoclave, che viene fornita con il disco di rottura e impostata a una pressione di scoppio di 50 bar. Chiudere l'autoclave e aprire la linea di azoto per pressurizzare fino a 20 bar.
Durante i successivi 30 minuti, controllare il manometro per confermare che non vi è alcuna perdita di pressione, indicando un recipiente correttamente chiuso senza perdite. Quindi, aprire la valvola di uscita per rilasciare la pressione e chiudere nuovamente il contenitore. Ora, accendi l'agitazione.
Riscaldare l'autoclave a 215 gradi celsius entro 30 minuti e mantenere la temperatura per almeno quattro ore o durante la notte per la reazione di carbonizzazione. Monitorare la pressione per le prime due ore, che aumenta fino a 21 bar, seguendo la curva di pressione del vapore per l'acqua. Quando l'autoclave si è raffreddata a temperatura ambiente mediante raffreddamento naturale, rilasciare con cura qualsiasi pressione residua e aprire l'autoclave.
Per recuperare l'idrochar, su un imbuto Buchner sottovuoto, versare la miscela per separare il solido e il liquido. Smaltire la fase liquida come rifiuti di laboratorio pericolosi. Asciugare il solido alla temperatura di 100-105 gradi celsius in forno per due ore o durante la notte.
Successivamente, pesare il campione essiccato. Calcolare il bilancio di massa della carbonizzazione idrotermale. Tenere conto del peso secco della biomassa e del peso secco del prodotto idrochar.
Su una fritta di vetro di un reattore a lotti tubolare di quarzo, pesare 2-3 g di idrochar secco e grezzo per un trattamento omogeneo. Per quantità maggiori, come 10-20g, utilizzare materiale pellettizzato con una dimensione delle particelle di 0,2-6 mm. In una cappa aspirante inserire un accoppiatore termico attraverso il pozzo termico nel reattore tubolare al quarzo con l'estremità che raggiunge il letto posto sulla fritta.
Posizionare il reattore nel mantello riscaldante e collegare al reattore un flusso di azoto di 20 ml al minuto. Posizionare una piccola bottiglia di vetro sotto l'uscita del reattore per raccogliere liquidi condensati. Riscaldare il reattore a 275 gradi celsius con una rampa di 10 gradi al minuto.
Mantenere questa temperatura per un'ora. Una volta raffreddato a temperatura ambiente, scollegare il flusso di gas. Scartare il liquido raccolto nel becher nei rifiuti organici non alogenati.
Girare il reattore per recuperare il materiale di carbonio in un crogiolo e pesarlo. Calcolare il bilancio di massa per il trattamento termico. Dalla massa ottenuta nel trattamento termico e dalla biomassa secca impiegata nella fase di carbonizzazione.
In primo luogo, schiacciare il prodotto in una malta e pesare 10 mg del campione in un crogiolo dell'apparato TG. Posizionare il crogiolo contenente il campione nell'autocampcampatore dell'apparecchio TG e regolare la temperatura massima a 600 gradi celsius. Utilizzare l'aria come gas sweep e una rampa di temperatura di 10 gradi al minuto.
Premere il pulsante del mouse per avviare l'analisi. Quantificare la perdita di massa a 275 gradi celsius nella curva TG calcolando la differenza tra il peso iniziale e il peso osservato a questa temperatura. Questo protocollo trasforma gli avanzi della cucina in hydrochar adatti per applicazioni agricole in due passaggi.
Carbonizzazione idrotermale seguita da un post-trattamento termico. Nella reazione di carbonizzazione, la biomassa lignocellulosica umida viene trasformata in un materiale carbonioso di colore marrone. Più scuro è il colore marrone, più avanzata è la reazione di carbonizzazione.
La pressione durante la reazione di carbonizzazione deve aumentare ad almeno 21 bar, che è la pressione autogena del vapore a 250 gradi celsius. Tuttavia, in generale, la pressione è in qualche modo imprevedibile. Dipende dal tipo di biomassa ed è stato di degrado.
La resa di massa della carbonizzazione comporta un'ampia gamma dal 30 al 90% di peso. La resa di massa è solitamente più elevata per il materiale più legnoso con un alto contenuto di lignina e inferiore per i polimeri dello zucchero puro come l'amido. L'analisi termogravimetrica dei campioni di idrochar mostra che la perdita di sostanze volatili tra i 200 e i 300 gradi celsius trattamento termico è inferiore alla perdita di idrochar grezzo.
A 275 gradi celsius, la perdita di massa è stata del 34,6% di peso per il campione di idrochar non trattato. Dopo il trattamento a 200 gradi celsius, è stata raggiunta una riduzione del contenuto volatile del 17,5%. Dopo trattamenti a 250, 275 e 300 gradi celsius, la corrispondente perdita di massa è stata rispettivamente di 6,01, 5,17 e 4,22 percentuali di peso della massa totale.
Inoltre, il contenuto iniziale di acqua non è cruciale per l'esito della reazione. Tenere conto del fatto che una soluzione più concentrata fornisce una maggiore resa di materiale solido organico. Partendo da scorte di alimentazione più omogenee presso i produttori di birra a penna o residui agroindustriali, è possibile produrre materiali di maggior valore.
L'applicazione di temperature più elevate durante il secondo trattamento aumenta il contenuto di carbonio. Hydrochar è stato proposto per diverse applicazioni. Ad esempio, come solvente, carboni attivati o elettrodi nelle batterie.
La preparazione di questo materiale avanzato comporta spesso una fase termica di finitura. La tecnologia di carbonizzazione idrotermale è già stata scalata su scala industriale. A queste dimensioni, la materia prima è molto eterogenea e variabile.
Qui, puoi vedere i residui di giardinaggio in lavorazione. Al momento, il prodotto commerciale sono pellet, lei ha detto, combustibile solido, con un secondo trattamento, viene prodotto un prodotto solido, aumentando il contributo dello stock alimentare alla mitigazione dei cambiamenti climatici.
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