Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

ويقدم بروتوكول لاستنفاد سلائف الانبعاثات من الكتلة الاحيائيه المنخفضة الجودة بواسطة الموجات الصغريه المنخفضة الحرارة التي تساعد في معالجه الكربون الحراري المائي. يتضمن هذا البروتوكول معلمات الميكروويف وتحليل المنتج الحيوي والمياه المعالجة.

Abstract

الكتلة الحيوية هي وقود مستدام ، حيث يتم أعاده دمج انبعاثات CO2 في نمو الكتلة الحيوية. ومع ذلك ، فان السلائف غير العضوية في الكتلة الحيوية تسبب تاثيرا سلبيا علي البيئة وتشكيل الخبث. المختارة قصيرة التناوب اجمه (SRC) خشب الصفصاف لديهfigure-abstract-267 محتوي الرماد عاليه (= 1.96 ٪) التالي ، ارتفاع محتوي الانبعاثات والسلائف الخبث. ولذلك ، يتم التحقيق في الحد من المعادن من الخشب الصفصاف SRC بدرجه حرارة منخفضه الميكروويف بمساعده الكربون الحرارية (MAHC) في 150 درجه مئوية ، 170 درجه مئوية ، و 185 درجه مئوية. ميزه من [مهك] علي مفاعلات تقليديه يتساوى درجه حرارة [كندوتنس] في الرد فعل وسيطه, بما ان أفران ميكروويف يخترقون الكاملة مفاعله حجم. وهذا يسمح بالتحكم في درجه الحرارة بشكل أفضل وسرعه التهدئة. ولذلك ، يمكن تحليل تعاقب التحلل ، والتحول وتفاعلات أعاده البلمره بشكل فعال. في هذه الدراسة ، وتحليل الخسارة الجماعية ، ومحتوي الرماد وتكوينها ، وقيم التدفئة والمولي O/C و H/C نسب المعالجة وغير المعالجة من خشب الصفصاف SCR وأظهرت ان المحتوي المعدني للفحم MAHC تم تخفيض وزيادة قيمه التدفئة. وأظهرت المياه عمليه انخفاض درجه الحموضة والواردة فورفورال و 5-ميثيلفورفورال. وأظهرت درجه حرارة العملية من 170 درجه مئوية أفضل مزيج من مدخلات الطاقة والحد من مكون الرماد. ويسمح البرنامج بفهم أفضل لعمليه الكربون الحراري المائي ، في حين ان التطبيق الصناعي الواسع النطاق غير محتمل بسبب ارتفاع تكاليف الاستثمار.

Introduction

استخدمت أجهزه الميكروويف للتفحيم الحراري المائي (mahc) للتحول الكيميائي الحراري للمركبات نموذج الكتلة الحيوية مثل الفركتوز ، الجلوكوز1،2 أو السليلوز3، ولركائز العضوية ، يفضل النفايات المواد4،5،6،7،8،9،10. استخدام أفران الميكروويف مفيد لأنه يسمح للتدفئة حتى من الكتلة الحيوية المعالجة2,10 أساسا من خلال الخسائر الحرارية من مذيب عازل11,12, علي الرغم من ان الأفران الميكروويف تفعل لا نقل ما يكفي من الطاقة لكسر مباشره السندات الكيميائية وحث ردود الفعل13. الميكروويف تخترق حجم التفاعل كله من سفينة المفاعل HTC ونقل الطاقة مباشره إلى المواد ، والتي ليس من الممكن مع مفاعل التقليدية التي تظهر معدل التسخين إبطا بسبب قدره التدفئة عاليه من الغلاف الصلب عينه نفسها14. الاثاره حتى من جزيئات الماء العينة بواسطة أفران الميكروويف يسمح بتحسين عمليه التحكم ، كما يتم توزيع درجه الحرارة في مفاعل الميكروويف بالتساوي11،14،15 و تباطؤ بعد رد الفعل هو أسرع بكثير. وعلاوة علي ذلك ، تسخين المفاعلات التقليدية إبطا بكثير والتفاعلات الكيميائية التي تحدث اثناء التسخين يمكن ان التحيز النتائج التي يتم تعيينها عاده إلى درجه الحرارة النهائية. التحكم المحسن في العملية في مفاعل MAHC يمكن من التفصيل الدقيق لدرجه الحرارة التبعية لتفاعلات HTC المختارة (علي سبيل المثال ، الجفاف أو دياربوككسيل). ميزه أخرى للتوزيع درجه الحرارة حتى في حجم المفاعل HTC هو التصاق اقل من الجزيئات المعباه والكربونية تماما علي جدار المفاعل الداخلي2. ومع ذلك ، المياه ليست سوي الميكروويف امتصاص المتوسط المذيبات التي تظهر حتى تناقص الامتصاص الميكروويف في درجات حرارة اعلي ، مما يحد من درجه الحرارة القصوى التي يمكن تحقيقها. يتم تعويض هذا التاثير السلبي عندما يتم إنتاج الأحماض اثناء عمليه HTC أو المحفزات (الأنواع الايونيه أو القطبية) تضاف قبل العلاج. ردود الفعل الناجمة عن الميكروويف تظهر اعلي غله المنتج في عام11,15 وعلي وجه التحديد من 5-هيدروكسيميثيلفورفورال (5-hmf) من الفركتوز بالمقارنة مع الرمال-سرير ردود الفعل المحفزة12. لديهم أيضا أفضل بكثير توازن الطاقة ثم أساليب التدفئة التقليدية15,16.

والمفهوم الكيميائي الأساسي للكربوكربون الحرارية المائية هو تدهور الكتلة الاحيائيه والالبلمره المتعاقبة. في سياق هذه التفاعلات المتفاعلة المعقدة يتم استنزاف الانسجه من الأكسجين ، مما يزيد من قيمه التسخين. في البداية ، وتحلل البوليمرات هيميسيلولوز والسليلوز إلى مونومرات السكر17، علي الرغم من درجات الحرارة المنخفضة تؤثر أساسا علي هيميسيلولوز18،19،20،21. في هذه المرحلة المبكرة من ردود الفعل HTC ، تتشكل الأحماض العضوية من التحول من الديهيديس السكر و deاسيتيل من hemicellulose. هذه الأحماض يمكن ان تكون الخل ، اللبنيك ، ليفيوليتش ، الأكريليك أو حمض الفورميك20،21،22 وانها تقلل من درجه الحموضة من الماء رد فعل في المفاعل. بسبب التفكك ، فانها تشكل الأيونات السالبة الحرة التي تزيد من المنتجات الايونيه في المياه العملية. ويتيح المنتج الأيوني المتزايد حل التكتلات التي تشكل المكونات الرئيسية للرماد في الكتلة الحيوية. وبهذه اليه ، يستنفد النسيج من سلائف الانبعاثات والخبث (مثل البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والكلور والفلزات الثقيلة)23و24.

الأحماض العضوية المشكلة يمكن ان تدعم الجفاف من مونومرات السكر إلى الفوران. وهناك منتج الجفاف السكر المشترك هو فورفورال و 5-هيدروكسيميثيلفورفورال ، والتي هي منتجات مجديه للصناعة الكيميائية ، لأنها تعمل كمنتجات منصة (علي سبيل المثال ، لتوليف البوليمرات البيولوجية). 5-ميثيلفورفورال يمكن تشكيلها من قبل ردود الفعل المحفزة من السليلوز25،26 أو 5-هيدروكسي ميثيل فورفورال27. في حين ان التوليف بوليمر هو أعاده البلمره الاصطناعية تحت ظروف خاضعه للرقابة ، والفوران يمكن أيضا ان تتكثف ، تتبلمر وتشكل الهياكل العطرية عاليه الوزن الجزيئي في البيئة الكيميائية المعقدة للمفاعل MAHC. التفاعل من المركبات العضوية وغير العضوية solubilized مع مصفوفة خليه الخشب المعدلة أضافه إلى تعقيد نظام رد الفعل20. مسارات تفاعل البلمره الفوران توظف التكثيف ادورو أو/والجفاف بين الجزيئات18,20 والغلة الجسيمات هيدروشار مع قذيفة مسعور وأكثر الاساسيه هيدروفيلييك28. ولم يكشف بعد عما إذا كانت جزيئات الكتلة الحيوية متحللة تماما ثم ريبوليميريزيد أو إذا كانت جزيئات الكتلة الحيوية تشكل نموذجا للتفحيم. ومع ذلك ، فان ردود الفعل تدهور والتحلل تشمل الجفاف وردود الفعل نزع الكربوكسيل ، وكذلك29،30، والذي يدفع قطره في الرسم التخطيطي فان krevelen نحو النسب س/ج و ح/ج من الكربون الأسود.

في حين أثبتت دراسات أخرى المعدنية الحد من تاثير المفاعل التقليدية القائمة علي المعالجة الحرارية المائية31، من غسل المياه مع الجمع بين الرشح الميكانيكية32 أو المياه/خلات الأمونيوم/الهيدروكلوريك حمض الغسيل33، لدينا دراسات التحقيق في الرشح المعدنية خلال درجات الحرارة المنخفضة الكربون مع أفران الميكروويف للمرة الاولي. ونظرا لان هذه الدراسة تركز علي الرشح لانبعاثات السلائف لرفع مستوي الوقود ، فانها تحقق في مصير البوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والكالسيوم والكلور والكبريت والنيتروجين والمعادن الثقيلة. تشكل سلائف الغبار الدقيقة أملاحا متطايرة (مثل KCl أو K2SO4) عند درجات حرارة مرتفعه في المرحلة الغازية. وعندما تتراكم هذه الأملاح في غاز المداخن ، يمكن للمعادن الثقيلة مثل الزنك ان تقوم بكنسها كجزيئات نواه ، الأمر الذي يؤدي إلى تفاعل سلسله نمو الجسيمات. في درجات الحرارة المنخفضة لغاز المداخن ، يزيد تكاثف الملح من نمو الجسيمات وينتج عنه انبعاث غبار ناعم من المدخنة. وهذه الانبعاثات هي في الوقت الحاضر العامل الرئيسي الذي يقوض استدامه وقود الكتلة الاحيائيه. ويعتمد الإمداد بالطاقة المستدامة علي تخفيضها بواسطة المرشحات المكلفة أو تخفيضها في الوقود (علي سبيل المثال ، من قبل MAHC). وبما ان هذه الدراسة تتبع نهجا عمليا ، فقد اختيرت أخشاب الصفصاف بالتناوب القصير (SRC) كمواد وسيطه حيوية محتمله ذات معدلات نمو مرتفعه. ويمكن زراعتها من قبل المزارعين في حقولهم من أجل إمدادات الطاقة المستدامة ذاتيا عن طريق التحويل إلى غاز ، ولكن أيضا لتوليد الحرارة عن طريق الاحتراق المباشر. عيب الصفصاف SRC هو محتواه النباح عاليه بسبب انخفاض الجذعية: نسبه النباح في مرحله ناضجه. لحاء يحتوي علي الكثير من المعادن بالمقارنة مع الخشب34،35،36،37 وغله كميات اعلي من الغاز أو الجسيمات الانبعاثات38. انخفاض درجه الحرارة HTC يمكن تحسين خصائص الاحتراق من الخشب الصفصاف SRC ، التالي ، تسهم في الحرارة المستدامة وإمدادات الطاقة. معلمه أخرى هامه لل HTC بيوال التحقيق في هذه الدراسة هو كثافة الطاقة ، وارتفاع درجه حرارة الاحتراق الاولي وارتفاع درجه حرارة الاحتراق النهائي39.

Protocol

1. اعداد عينه من المواد

  1. حصاد الصفصاف خمس سنوات من العمر ، واستنساخ نوع "Tordes" ([Salix شويريني x s. viminalis] س s. vim.) ، مع ارتفاع 12 − 14 م وقطر الثدي من حوالي 15 سم.
  2. رقاقه الخشب وتجفيف رقائق في فرن مجفف لمده 24 ساعة في 105 درجه مئوية.
  3. قطع رقائق الخشب مع مطحنه القطع وطحن مع مطحنه الطرد المركزي إلى حجم الجسيمات من 0.12 مم.

2. الميكروويف بمساعده الكربون الحرارية

  1. استخدام فرن الميكروويف مع 850 W وتردد المغنطرون 2,455 MHz.
  2. مكان 500 ملغ من المواد الخام من الخطوة 1.3 في 50 mL تترافلوروايثيلين (PTFE) سفينة رد فعل مع ملعقة. أضافه 10 مل من المياه المنزوعة الماء. برغي أسفل غطاء السفينة رد الفعل بحيث صمام الضغط في الغطاء علي نفس المستوي مثل حافه الغطاء.
  3. لكل درجه حرارة العلاج ، ووضع اثني عشر أوعيه التفاعل مع المواد الخام في فرن الميكروويف وإغلاق الفرن.
  4. اعداد ثلاثه برامج درجه الحرارة ، مع الميكروويف لدرجات الحرارة الثلاث: 150 درجه مئوية (منحدر + 12.5 درجه مئوية دقيقه-1، عقد 60 دقيقه ، ذروه السلطة 50 ٪) ، 170 درجه مئوية (المنحدر + 9.6 °c دقيقه-1، عقد 60 دقيقه ، ذروه السلطة 80 ٪) ، و 185 درجه مئوية (المنحدر + 5.3 درجه مئوية دقيقه ، عقد 30 دقيقه ، المنحدر-1.1 درجه مئوية دقيقه-1 إلى 150 درجه مئوية ، ذروه السلطة 100 ٪). بدء تشغيل فرن الميكروويف ، لكل برنامج واحد.
  5. بعد الانتهاء من البرنامج ، وأزاله الاوعيه رد فعل ، والسماح لهم لتهدئه وأعاده تنشيط. ثم فتح لهم تحت خزانه الدخان بعد الإفراج عن الضغط في الداخل.
  6. أضافه 35 مل من الماء المقطر مرتين لكل سفينة رد فعل. صب الحل في كل سفينة إلى اسطوانه الطرد المركزي وأجهزه الطرد المركزي في 1,714 x g لمده 10 دقيقه.
  7. يتم استنزاف المياه عمليه في أنبوب آخر وتخزينها المجمدة في-5 درجه مئوية لpH والغاز اللوني-تحليل الطيف الكتلي (GC-MS).
  8. تجميد اسطوانه الطرد المركزي مع بيليه الحيوية المتبقية في-5 درجه مئوية. ثم إخراج بيليه بيوال وتجفيفه في 105 درجه مئوية ل 24 ح. تزن بيليه بيوال وحساب فقدان الوزن الناجم عن العلاج MAHC.
  9. كرر الخطوات 2.2 − 2.8 أربع مرات في درجه الحرارة (48 أوعيه التفاعل لكل درجه حرارة) لإنتاج ما يكفي من بيوتال (حوالي 22 غرام) للتحليل اللاحق.

3. تحديد محتوي الرماد

  1. تزن 20 اطباق السيراميك الفارغة بشكل فردي. أضافه في كل 1 غرام من عينه (5 × 1 غرام من المواد الخام ، و 5 × 1 غرام من بيوموال من كل علاج درجه الحرارة).
    ملاحظه: لأنه لا يمكن وصف الاطباق ، يجب رسم خطه لترتيب السفن في الفرن.
  2. ضع الاطباق الخزفية المفتوحة في فرن واق واغلق الفرن.
  3. برنامج درجه الحرارة برنامج للفرن الفرن (+ 6 °C دقيقه-1 من 25 درجه مئوية إلى 250 درجه مئوية ، عقد 60 دقيقه ، + 10 درجه مئوية دقيقه-1 إلى 550 درجه مئوية ، عقد 120 دقيقه) وبدء البرنامج.
  4. بعد الانتهاء من البرنامج ، والسماح للفرن يربك يبرد إلى 105 درجه مئوية. ثم فتح الفرن وإخراج الاطباق الخزفية.
  5. وضع الاطباق الخزفية في مستخرج (جدول المواد) مليئه عامل التجفيف تتكون من هلام السيليكا. إغلاق المجفف وفراغ الجافة مع مساعده من مضخة فراغ.
  6. إخراج الاطباق الخزفية بعد 24 ساعة من التبريد. يزن الطبق الخزفي الذي يحتوي علي الرماد ويحسب وزن الرماد عن طريق طرح وزن طبق السيراميك الفارغ.
  7. تحديد محتوي الرماد في المئة عن طريق تقسيم وزن الرماد بالكتلة الجافة من المواد الخام أو بيوموال.

4. تحديد قيم التسخين الأعلى والأدنى

  1. تنشيط مضخة المياه من المسعر وفتح صمام الأكسجين لتوريد 99.5 ٪ الأكسجين إلى المسعر.
  2. تزن 1 غرام من الجلوكوز ووضعه في كيس من البلاستيك عينه مع القيمة الحرارية المحددة من 46,479 J/g. وضع كيس عينه في بوتقة الاحتراق من قنبلة المسعر.
  3. أضافه 5 مل من الماء مرتين منزوع الأيونات في الجزء السفلي من القنبلة والمسمار أسفل القنبلة. ضع القنبلة في المسعر واغلق المسعر
  4. ادخل وزن العينة وتغيير الإعدادات لنموذج طريقه الحقيبة. بدء المسعر.
  5. بعد اكتمال القياس ، اخرج القنبلة ، اقلبها راسا علي عقب وهزها ببطء لمده دقيقه واحده.
  6. فك القنبلة ، وأزاله 5 مل من المياه المنزوعة الماء مرتين وتخزينها في حاويه غطاء المسمار لتحليل اللوني الأيوني اللاحقة.
  7. كرر الخطوات 4.2 − 4.6 ثلاث مرات للحصول علي معيار المعايرة.
  8. كرر الخطوات 4.2 − 4.6 خمس مرات مع كل المبيدات الحيوية MAHC (150 درجه مئوية ، 170 درجه مئوية ، 185 درجه مئوية) والمواد الخام.
  9. حساب قيمه التسخين اقل باستخدام المعادلة التالية40:
    figure-protocol-4293
    حيث LHV هو انخفاض قيمه التدفئة ، HHV هو اعلي قيمه التدفئة التي تم الحصول عليها من المسعر في الخطوة 4.4 ، وfigure-protocol-4468 ω هو محتوي الهيدروجين [تم الحصول عليها من تحليل عنصري.

5-الفصل اللوني الأيوني لتحديد كميه الكلور

ملاحظه: تحقق من معايره الكروماتوغرافي الأيوني قبل التحليل.

  1. إخراج 5 مل من الحل من الخطوة 4.8 وأضافه 45 مل من المياه المنزوعة الماء مرتين في قناع الحجمي 50 mL.
  2. ادخل عينه أنبوب الشفط في حاويه عينه ورسم ما يقرب من 3 مل من العينة مع حقنه في ما قبل العمود. بدء تشغيل التحليل.
  3. تنفيذ القياسات وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
  4. كرر الخطوات 5.2 و 5.3 لكل نموذج تم اعداده في القسم 4.

6-التحليل العنصري لتحديد نسب الدراسات المتعلقة بالإجراءات الخاصة/جيم وحاء/جيم

  1. حدد طريقه مناسبه من دليل الاداات ليتم قياس العينات.
  2. جعل كل 20 ملغ سلفواميد المعايير والفراغات المطلوبة لمعايره الجهاز.
  3. لاعداد عينه من المواد ، ووضع 20 ملغ من عينه في رقائق القصدير علي التوازن الجزئي. تزن العينة علي رقائق القصدير ، وإغلاق إحباط حول العينة واضغط علي حزمه لاحتواء الهواء قليلا قدر الإمكان. بعد ذلك كرر هذا 5x لكل عينه.
    ملاحظه: من أجل ان تكون قادره علي تحليل عينات فحم ، يجب أضافه نفس الكمية من أكسيد التنغستن ككميه من العينة في نسبه 1:1. وهذا مطلوب لتعويض الأكسجين المفقود في بيوشار لضمان الاحتراق الكامل في محلل عنصري.
  4. ادراج العينات التي تم اعدادها في السعه التلقائية لمحلل عنصري.
  5. فتح الأكسجين وصمام الهيليوم لغرفه الاحتراق من محلل عنصري.
  6. أبدا التحليل عندما وصل الجهاز إلى درجه الحرارة المحددة من قبل الجهاز. في هذه الحالة ، انتظر حتى تصل درجه الحرارة إلى 900 درجه مئوية.
  7. حساب الشامات من كل عنصر في معيار سلفوناميد من قبل الوزن القياسي سلفوناميد (الخطوة 6.2) ، ووزن 1 الخلد من العنصر المعني.
  8. احسب العلاقة بين الشامات من C ، H ، S ، و N في سلفوناميد ، التي تم الحصول عليها من الخطوة 6.7 ، ومناطق الذروة الخاصة بكل منها.
  9. اطرح محتوي عينه الرماد ، الذي تم الحصول عليه من الخطوة 3.7 ، من الوزن الإجمالي للعينه.
  10. قارن منطقه ذروه العنصر المعني في معيار سلفوناميد والعينة ، واضرب بواسطة شامة كل عنصر في سلفوناميد للحصول علي شامة العنصر في العينة.
  11. حساب وزن C ، H ، S ، و N في العينة عن طريق ضرب الخلد من العنصر ، التي تم الحصول عليها من الخطوة 6.10 ، مع الكتلة المولية المعنية للعنصر من الجدول الدوري.
  12. حساب وزن الأكسجين في العينة باستخدام كتله عينه خاليه من الرماد ، التي تم الحصول عليها من الخطوة 6.9 ، وطرح وزن C ، H ، N ، و S ، التي تم الحصول عليها من الخطوة 6.11.
  13. حساب نسب H/C و O/C المولي في المواد الخام وعينات المبيدات الحيوية MAHC.

7. المستحثة البلازما البصرية الانبعاثات الطيفي

  1. تزن 400 ملغ من المواد الخام المجففة أو المبيدات الحيوية MAHC ووضعها في وعاء رد فعل PTFE 50 mL مع ملعقة. أضافه 3 مل من حمض النيتريك 69 ٪ و 9 مل من حمض الهيدروكلوريك 35 ٪.
  2. برغي أسفل غطاء السفينة رد الفعل بحيث صمام الضغط في الغطاء علي نفس المستوي مثل حافه الغطاء.
  3. وضع أوعيه التفاعل من العينات ليتم تحليلها في فرن الميكروويف وإغلاق الفرن.
  4. برنامج برنامج درجه الحرارة للتدهور الكامل للمواد العضوية: المنحدر + 15.5 درجه مئوية دقيقه-1 إلى 200 درجه مئوية ، عقد 30 دقيقه ، تهدئه إلى 180 درجه مئوية ، وعقد لمده 5 دقائق. بدء تشغيل فرن الميكروويف.
  5. بعد الانتهاء من البرنامج ، وأزاله الاوعيه رد فعل ، والسماح لهم لتهدئه وأعاده تنشيط. ثم فتح الاوعيه تحت خزانه الدخان بعد الإفراج عن الضغط في الداخل.
  6. صب العينات في اسطوانه لمبة 50 mL. ثم شطف السفينة رد فعل جيدا مع الماء مرتين منزوع الأيونات ونقله إلى اسطوانه لمبة. اعلي الاسطوانه إلى علامة 50 mL مع الماء مرتين منزوع الأيونات لضمان التخفيف حتى من جميع العينات.
  7. تصفيه العينة من الخطوة 7.6 مع ورقه فلتر شبكه 150 μm. ملء الترشيح في 50 mL أنابيب الطرد المركزي المخروطية.
  8. وضع العينات القياسية في الحاقن التلقائي لبرنامج المقارنات العامة. العينات القياسية هي من التركيزات المعروفة (0.0001 جزء في المليون ، 0.001 جزء في المليون ، 0.1 جزء في المليون ، 1 جزء في المليون 10 جزء في المليون ، 20 جزء في المليون ، 50 جزء في المليون) من العناصر التي يمكن قياسها كميا (كاليفورنيا ، As ، B ، Be ، الحديد ، مغ ، Mn ، مو ، نا ، ني ، Pb ، Rb ، Sr ، Te ، Tl ، V).
  9. وضع العينات في الحاقن الألى لبرنامج المقارنات الكترونيه وتشغيل تحليل البرنامج بنفس البارامترات.
  10. بعد تحليل برنامج المقارنات البينية ، الحصول علي تركيز عنصري من البرمجيات ، محسوبة تلقائيا في مغ/كغ ، استنادا إلى منحنيات المعايرة التي تم الحصول عليها من العينات القياسية في الخطوة 7.8.
  11. حساب الحد من تركيز عنصري في المبيدات الحيوية المنتجة:
    figure-protocol-8917
    حيث Conc. في الكتلة الحيوية هو تركيز عنصري في الكتلة الحيوية و Conc. في الفحم هو تركيز عنصري في بيوموال.

8. قياس درجه الحموضة من المياه عمليه HTC

  1. أملا كل جزء سائل من معالجه MAHC (الخطوة 2.7) من المادة الخام والمواد البيولوجية الثلاثة في أربعه أكواب ذات الصلة.
  2. معايره مسبار الأس الهيدروجيني مع الحلول القياسية.
  3. قياس درجه الحموضة من الجزء السائل من المواد الخام والمبيدات الحيوية MAHC الثلاثة.

9-الفصل اللوني للغاز-قياس الطيف الكتلي

  1. تصفيه الكسور السائلة من العلاج MAHC (الخطوة 2.7) مع ورقه فلتر شبكه 150 μm. أضف 20 مل من الميثانول إلى 1 مل من الكسور السائلة المصفاة.
  2. نقل 200 μL إلى قارورة التلقائي GC-MS ووضع القارورة في العرض التلقائي GC-MS.
  3. تمييع معايير نقيه من فورفورال و 5-ميثيلفورفورال (الصف التحليلية) وصولا إلى 10-2، 10-3، 10-4، و 10-5 مع الميثانول.
  4. وضع المعايير في العرض التلقائي GC-MS وتحليلها مع المعلمات: 1 μL حجم الحقن في 230 درجه حرارة حاقن درجه مئوية و 1:40 الانقسام; 5MS غير القطبية العمود (جدول المواد) مع طول 15 م و 0.25 مم سمك الفيلم ؛ برنامج درجه الحرارة 30 درجه مئوية ، عقد 2 دقيقه ، المنحدر من + 40 درجه مئوية/دقيقه إلى 250 درجه مئوية ، عقد 2 دقيقه ؛ التاين مع 70 mV وكاشف MS في وضع المسح الضوئي مع مجموعه م/ز من 35 − 400 ، كل مسح في 0.3 s.
  5. إنشاء منحنيات المعايرة من قبل مجموع الأيونات العد (TIC) منطقه الذروة والتركيز المركب.
  6. تشغيل عينات المرحلة السائلة البيولوجية HTC المعدة مع نفس المعلمات التحليلية وتحديد فورفورال و 5-ميثيلفورفورال عن طريق الاحتفاظ بالوقت من المعيار وتطابق الطيف في مكتبه الأطياف.
  7. تحديد تركيزات فورفورال و 5-ميثيلفورفورال باستخدام منحني المعايرة المحسوبة (الخطوة 9.6) وادراج المناطق الذروة عينه من فورفورال و 5-ميثيلفورفورال.

10-الإحصاءات

  1. تحليل البيانات مع اختبار شابيرو Wilks للتوزيع العادي.
  2. استخدم اختبار مان-ويتني U-لمجموعات البيانات غير الموزعة بشكل طبيعي واختبار t لمجموعات البيانات الموزعة عاده للعثور علي اختلافات كبيره بين مجموعات البيانات.
    ملاحظه: إذا تم توزيع مجموعه بيانات واحده عاده والاخر لا ، استخدم اختبار مان ويتني يو.

النتائج

وكشفت نتائج التحليل العنصري عن وجود اختلافات بين نسبه O/C-H/C لخشب الصفصاف والمبيدات الحيوية MAHC (الشكل 1). وتظهر المواد الخام نسبا اعلي من المستويات العليا والمتوسطة والتباين الأعلى للقيم. وقد قلل العلاج من القيمة المضافة بسبب التجانس في مفاعل الميكروويف. وق...

Discussion

وتسمح هذه المادة بالتفريق بين خطوات التحلل الكيميائي من خلال تطبيق كثافات مختلفه من المعالجة الحرارية. ولذلك ، فمن الممكن لتقييم التفاعلات بين الخسارة الجماعية ، O/C-H/C نسبه ، وقيمه التدفئة ، والحد من مكون الرماد ، وزيادة درجه الحموضة في المياه عمليه وتراكم الفوران في عمليه المياه. ويستند ا...

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgements

ويود المؤلفون ان يشكروا كريستوف وارث ، ومايكل روس ، وكارولا ليبسكي ، وجوليان تيخادا ، والدكتور راينر كيرشوف علي دعمهم الفني. تم تمويل الدراسة من قبل BMBF (مشروع BiCoLim-بيو-للاحتراق Limpios) تحت المنحة رقم 01DN16036.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
5MS non-polar cloumnThermo Fisher Scientific,Waltham, USATraceGOLD SQCGCMS
9µm polyvinylalcohol particle columnMethrom AG, Filderstadt, GermanyMetrosep A Supp 4 -250/4.0Ion chromatography
argonWestfalen AG, Münster, GermanyUN 1006ICP-OES
calorimeterIKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, GermanyC6000higher and lower heating value
centrifugeAndreas Hettich GmbH & Co.KG, GermanyRotofix 32 A
centrifuge millRetsch Technology GmbH, Haan,
Germany		ZM 200
ceramic dishesCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, GermanyXX83.1Ash content
cutting millFritsch GmbH, Markt Einersheim, Germanypulverisette 19
D(+) GlucoseCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, GermanyX997.1higher and lower heating value
elemental analyzerelementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, GermanyvarioMACRO cubeelemental analysis
exicatorDWK Life Sciences GmbH, Wertheim, GermanyDURAN DN300Ash content
GC-MS systemThermo Fisher Scientific,Waltham, USATrace 1300GCMS
hydrochloric acidCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, GermanyHN53.3ICP-OES
ICP OESSpectro Analytical Instruments GmbH, Kleve, GermanySpectro Blue-EOP- TIICP-OES
Ion chromatographMethrom GmbH&Co.KG, Filderstadt, Germany833 Basic IC plusIon chromatography
kiln dryerSchellinger KG, Weingarten, Germany
kiln dryerSchellinger KG, Weingarten, GermanyAsh content
mesh filter paperCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, GermanyL874.1ICP-OES
microwave ovenAnton Paar GmbH, Graz, AustriaMultiwave Go
muffel furnanceCarbolite Gero GmbH &Co.KG, Neuhausen, GermanyAAF 1100Ash content
nitric acidCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany4989.1ICP-OES
oxygenWestfalen AG, Münster, GermanyUN 1072higher and lower heating value
pH-meterylem Analytics Germany Sales GmbH & Co. KG, Weilheim,GermanypH 3310pH
sample bagIKA-Werke GmbH & Co.KG, Stauffen, GermanyC12ahigher and lower heating value
Standard Laboratory Vessels and Instruments
standard samplesBernd Kraft GmbH, Duisburg, GermanyICP-OES
sulfonamiteelementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, GermanySLBS4782elemental analysis
teflon reaction vesselsAnton Paar, AustriaHVT50
teflon reaction vesselsAnton Paar, AustriaHVT50ICP-OES
tin foilelementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, GermanyS12.01-0032elemental analysis
tungstenVIoxideelementar Analysesysteme GmbH, Langenselbold, Germany11.02-0024elemental analysis
twice deionized waterCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germany
twice deionized waterCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, Germanyhigher and lower heating value
twice deionized waterCarl Roth GmbH&Co.KG, Karlsruhe, GermanyICP-OES

References

  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. Microwave-assisted hydrothermal degradation of fructose and glucose in subcritical water. Biomass and Bioenergy. 39, 389-398 (2012).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Dallinger, D., Kappe, C. O. Microwave-assisted synthesis in water as solvent. Chemical reviews. 107 (6), 2563-2591 (2007).
  12. 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).
  13. Nüchter, M., Ondruschka, B., Bonrath, W., Gum, A. Microwave assisted synthesis - a critical technology overview. Green Chem. 6 (3), 128-141 (2004).
  14. Schanche, J. -. S. Microwave synthesis solutions from personal chemistry. Molecular Diversity. 7 (2-4), 291-298 (2003).
  15. Kappe, C. O. Controlled microwave heating in modern organic synthesis. Angewandte Chemie (International ed. in English). 43 (46), 6250-6284 (2004).
  16. 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).
  17. Kruse, A., Dahmen, N. Hydrothermal biomass conversion: Quo vadis?. The Journal of Supercritical Fluids. 134, 114-123 (2018).
  18. Reza, M. T., et al. Hydrothermal Carbonization of Biomass for Energy and Crop Production. Applied Bioenergy. 1 (1), (2014).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Reza, M. T., Lynam, J. G., Uddin, M. H., Coronella, C. J. Hydrothermal carbonization: Fate of inorganics. Biomass and Bioenergy. 49, 86-94 (2013).
  24. Zhang, D., et al. Comparison study on fuel properties of hydrochars produced from corn stalk and corn stalk digestate. Energy. 165, 527-536 (2018).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Sevilla, M., Fuertes, A. B. The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose. Carbon. 47 (9), 2281-2289 (2009).
  29. Yao, Z., Ma, X. Characteristics of co-hydrothermal carbonization on polyvinyl chloride wastes with bamboo. Bioresource technology. 247, 302-309 (2018).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. . Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. , (2016).
  35. Fengel, D., Wegener, G. . Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. , (1989).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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. , (2017).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

147 htc htc

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved