유기농 가정용 남은 것을 이탄 대체품으로 전환

본 프로토콜은 2단계로 농업 응용분야에 적합한하이드로차(그림 1): 수열 탄화, 이어서 열 사후 처리가 뒤따른다. 탄화 반응에서, 습식 리그노셀룰로오스 바이오매스는 탄산 물질로 변형된다. 반응의 성공은 간단한 육안 검사에 의해 결정 될 수있다 : 고체 샘플은 갈색으로 변하고, 갈색이 어두운, 더 진보 탄화 반응. 탄화 정도는 반응 시간에 의해 영향을 받을 수 있는 반응 중증도에 따라 달라집니다. 예를 들어 하룻밤 사이에 더 긴 반응 시간이 되면 최적의 반응 결과를 보장합니다. 탄화 정도가 높을수록 항상 낮은 질량 수율과 관련이 있습니다. 반응 시 압력은 215°C에서 의 자생증기 압력인 적어도 21 bar로 증가해야 한다. 그러나 일반적으로 압력은 표1에 나타낸 바와 같이 이 값을 초과하여 증가합니다. 반응 압력은 어떻게 든 예측할 수 없으며 바이오 매스의 종류와 분해 상태에 따라 다릅니다. 이산화탄소와 같은 영구 가스의 형성은 반응 중 압력 증가 및 압력 증가에 대한 책임이 있음(21 bar의 증기 압력에 대하여) 오토클레이브를 냉각한 후에도 남아 있는 것(표1) ; 낮은 온도로 조정하여 감소). 증가된 압력은 고체의 질량 수율에 악영향을 미칠 수 있지만(원료는 기체 이산화탄소로 변환됨), 이외에는 전체적인 목표에 해롭지 않습니다. 압력 증가의 명확한 한계는 반응 장치의 안전 한계, 예를 들어, 파열 디스크의 파열 압력이다. 작은 누출은 21 바 압력에 도달하지 않는 이유가 될 수 있습니다. 그러나 압력은 적어도 15 bar에 도달해야합니다. 탄화의 질량 수율은 30 내지 90 wt, 전형적으로 50 내지 65 wt%(표 1)로부터 넓은 범위를 포함한다. 질량 수율은 일반적으로 리그닌 함량이 높은 목재 재료의 경우 더 높고 전분과 같은 순수 당 합분자 (폴리 아세탈)의 경우 낮습니다. 예를 들어, 잎이나 퇴비화 봉투에 대해 낮은 수율이 관찰됩니다. 또한 반응 심각도는 질량 수율에 영향을 미칩니다. 이미 언급했듯이, 장기간 반응 시간은 짧은 반응에 의해 얻어진 수율에 비해 질량 수율을 감소시다. 원하는 경우, 원시 하이드로차르는 원소 분석26,27에의해 화학적으로 특징지어질 수 있다. 이에 따라, 탄소 함량은 탄화 정도를 나타낸다. 리그노셀룰로오스 바이오매스는 45w%의 탄소 함량(건조 및 무회 기준 [daf]])을 가지고 있습니다. 이 값은 HTC에 의해 60 또는 65 wt %로 증가 할 수 있습니다. 65 wt% 이상의 값은 HTC 측면에서 이미 진보 된 탄화를 나타냅니다. 예를 들어 데이터는 표2를 참조하십시오. 리그노셀룰로오스 바이오매스는 본 프로토콜에 기재된 바와 같이 탄화 수열화를 위한 “순수 샘플”로서 사용될 수 있다. 이것은 특정 유형의 바이오 매스의 행동에 대한 연구에 특별한 관심이있을 수 있습니다. 그러나 실제로는 바이오 매스 유형의 혼합물이 처리됩니다. 따라서, 본 프로토콜에서는 산업 파일럿 플랜트로부터의 하이드로차의 샘플이 사용되었다. 이 하이드로차의 특성은 표3에 요약되어 있습니다. 열 후처리, 이 프로토콜의 제2 단계는, 200~ 300°C, 275°C의 범위에서 필요하고 충분한 온도인25의범위에서 상이한 온도에서 수행되었다. 표 4로부터 온도가 200 내지 250°C, 275°C 및 300°C에서 상승할 때 질량 수율이 연속적으로 감소하는 것을 볼 수 있으며, 거의 90wt%에서 73wt%, 74wt% 및 60wt%로 각각 감소하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 바이오매스의 이질성 및 부엌 남은 혼합물로부터의 다른 가능한 기여로 인해, 이 값은 완전히 재현할 수 없으며 275°C에서의 치료에 대해 70 wt%에서 80 wt%의 범위에서 다를 수 있다. 반응기 출구 아래에 배치 된 비커에서 갈색 액체가 수집되어 서있는 즉시 노란색 하부 수성 상과 상부 다크 브라운 유기 상으로 분리됩니다. 액체에 대한 수율은 200 내지 300°C의 온도 범위에 대해 8 wt%내지 30wt%까지 다양하며, 275°C에서의 처리를 위한 평균 20wt%이다(표 4). 열 처리의 질량 균형이 100 wt %에 도달하지 않지만 90 ~ 95 wt %까지 합산된다는 것을 볼 수 있습니다. 아마도 탈카르복실화에 의해 생성 되는 이산화탄소의 5 ~ 10 wt %의 형성이 갭의 원인일 것입니다. 또한, 물과 같은 휘발성 화합물은 반응 설정으로 완전히 응축되지 않는다. 최종 생성물은 주코니의 발아 시험28에의해 그것의 식물 독성을 위해 분석될 수 있다. 간단히 말해서, 씨앗은 수성 추출물에 노출되고 뿌리 성장에 미치는 영향은 정량화됩니다 (며칠 또는 몇 주 후). 본 명세서에서, 간단하고 표준적인 분석은 반응 결과, 즉 열중력측정법(TG)에 의한 분석의 신속한 평가를 위해 사용된다. 이로써, 작은 샘플은 증가온도(예를 들어, 최대 600°C)에서 기류에 노출되고 중량 감소가 모니터링된다. 다른 하이드로차 샘플에 대한 일반적인 TG 그래프는 그림2에 표시됩니다. 원시 하이드로차의 질량 손실은 약 200 °C에서 시작하여 300 °C에서 거의 50 %에 도달합니다. 2단계 동안 200°C에서 처리된 시료의 경우, 질량 손실은 200°C에서 다시 시작되지만, 300°C에서는 70%가 남아 있다. 2단계 동안 더 높은 온도에서 처리된 시료는 TG 분석 중에 더 높은 온도에서 질량을 잃기 시작하고 약 90%는 300°C에 남아 있습니다. 따라서, 처리된 시료에 대해 원시 하이드로차와 비교할 때 200 및 300°C 사이의 휘발성 물질의 손실이 감소된다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 휘발성 물질의 제거는 열 처리의 목적이었고 분석 방법은 명백하게28성공을확인하였다. 정량화를 위해, 275°C에서의 질량 손실은 TG 그래프를 사용하여 결정될 수 있다(도 2). 도3에서, 전체 바는 처리되지 않은 하이드로차 샘플(34.6 wt%)에 대한 질량 손실을 나타낸다. 200°C에서 처리한 후, 질량 손실은 지정된 분석 조건 하에서 총 질량의 17.1 wt%였다. 이는 원시 하이드로차에 대하여 17.5%포인트의 휘발성 함량의 감소에 해당한다. 250, 275 및 300°C에서 처리한 후, 상응하는 질량 손실은 각각 총 질량의 6.01, 5.17 및 4.22 wt%였다. 200°C에서의 처리가 이들 휘발성물질중 50wt%를 제거하고, 250°C에서의 처리가 80 wt%이상 제거되었다는 결론을 내릴 수 있다. 추가 온도 증가는 단지 작은 변화를 유도했다. 그림 1: 프로토콜에 대한 개략적 설명.가정에서 생산되는 리그노셀룰로오스 바이오매스 잔류물은 수열 탄화(HTC)에 의해 생 하이드로차로 변환되며, 이는 물이 없는 상태에서 275°C에서 열 후처리로 이루어진 마무리 공정에 제출됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 2: 하이드로차르 시료의 열중량 측정 분석.곡선은 생 하이드로차와 다른 온도에서 처리된 샘플이 증가하는 온도에서 공기에 노출되었을 때 체중 감소를 보여줍니다. 도 3에서 275°C에서 관찰된 값은 치료의 효율을 비교하기 위해 사용되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 3: 열혈측정에 의한 하이드로차 분석 시 최대 275°C의 체중 감소.상이한 온도에서 처리된 생 하이드로차및 시료를 열중력측정(TG)에 의해 분석하였다. 전체 막대는 TG에 의한 분석 동안 최대 275°C까지 처리되지 않은 하이드로차에서 제거된 양에 해당한다(도 2참조). 이 양은 하이드로 차르 샘플의 열 처리에 의해 감소 될 수있다 : 약 50 wt, 즉 17.5 % 포인트, 200 °C (청색)에서 처리에 의해; 250°C(적색)에서 처리에 의한 또 다른 11.1 퍼센트 포인트; 처리 온도의 추가 온도 상승은 각각 275°C(회색) 및 300°C(주황색)에서 처리에 대한 최소 효과, 즉 0.84 및 0.95 퍼센트 포인트를 보여준다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 샘플 습기 추가된 물 총 물 압력(고온/냉기) 항복 고체(건조) 항복 고체(건조) 원료 【 g 】 [wt%] 【 g 】 [wt%] [바] 【 g 】 [wt%] 과일 남은 음식 피스타치오 껍질 5.00 8.0 10.1 69.5 22/0 2.28 49세 올리브 스톤 5.10 9.0 10.1 69.5 31/9 2.55 55세 살구 커널 8.74 11.5 3.33 35.9 26/13 2.56 33세 매화돌 4.95 33.6 10.2 78.3 28/9 2.11 64세 체리 스톤 7.61 45.8 4.03 64.6 30/10 2.62 64세 니스페로 스톤 10.7 53.0 2.41 61.6 40/14 2.57 51세 넥타린 스톤 9.65 48.6 5.44 67.1 27/10 3.30 67세 바나나 피부 15.2 89.0 2.27 90.4 25/9 0.93 56세 멜론 피부 16.1 87.4 2.32 89.0 24/8 0.64 32세 파인애플 코어 15.5 86.1 2.15 87.8 26/9 1.30 60 야채 남은 음식, 식물 및 초본 재료 야자수 잎 12.6 55.1 2.17 61.7 42/17 4.95 87세 야자수 15.0 78.5 2.11 81.2 23/4 1.47 45세 파인애플 잎 15.4 78.4 1.74 80.6 21/8 1.00 30개 커피 찌꺼기 10.8 60.9 5.08 73.4 20/9 2.73 65세 아티쇼케 잎 15.1 80.2 2.18 82.7 31/9 1.53 51세 양상추 잎 15.3 91.3 1.77 92.2 20/5 0.39 29세 칼소트 잎 15.0 72.7 2.80 77.0 29/11 1.54 38세 콩 포드 15.1 82.6 2.30 84.9 31/4 1.43 55세 퇴비 봉투 일상생활을 위한 퇴비봉투 5.01 0 10.0 66.7 20/4 2.08 42세 퇴비화용 가방 2.50 0 5.00 66.7 16/3 0.92 37세 퇴비화 가능한 커피 캡슐 (커피 찌꺼기) 5.56 31.4 8.05 72.0 26/7 1.19 31세 표 1: 탄화 수력 열에 대한 실험 데이터.수력 화의 반응 및 수율에 사용되는 고체 물질 및 물의 양. 압력 값은 215°C(핫)로 가열하고 오토클레이브를 실온(cold)으로 냉각한 후 관찰되는 최대 압력을 나타냅니다. C (daf) H (daf) N (daf) S (daf) 원료 [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] 과일 남은 음식 피스타치오 껍질 68.0 4.66 0.34 0.00 올리브 스톤 70.0 5.97 0.81 0.00 살구 커널 68.6 6.16 2.21 0.00 매화돌 69.8 6.44 1.48 0.01 체리 스톤 67.4 5.52 1.13 0.00 니스페로 스톤 67.1 5.47 1.90 0.03 넥타린 스톤 68.8 5.39 0.88 0.04 바나나 피부 71.7 6.41 2.91 0.06 멜론 피부 69.1 6.24 2.56 0.08 파인애플 코어 68.3 5.33 1.54 0.02 야채 남은 음식, 식물 및 초본 재료 야자수 잎 63.7 6.47 2.65 0.20 야자수 63.2 6.09 2.02 0.03 파인애플 잎 60.0 6.52 2.24 0.11 커피 찌꺼기 66.8 6.63 3.54 0.17 아티쇼케 잎 63.2 5.77 3.28 0.13 양상추 잎 57.8 6.09 3.48 0.18 칼소트 잎 63.9 5.82 3.79 0.55 콩 포드 68.0 6.17 4.18 0.14 퇴비 봉투 일상생활을 위한 퇴비봉투 56.8 5.15 0.09 0 퇴비화용 가방 61.1 5.38 0.09 0 퇴비화 가능한 커피 캡슐 (커피 찌꺼기) 60.5 5.57 2.56 0 표 2: 하이드로차르 샘플의 원소 분석. 속성 단위 값 회분 함량 (건조 기준, 815 °C) [wt%] 12.9 휘발성 물질 (건조 기준; 900 °C) [wt%] 66.4 고정 탄소 (건조 기준) [wt%] 20.8 C (daf) [wt%] 66.1 H (daf) [wt%] 7.4 N (daf) [wt%] 3.0 S (daf) [wt%] 0.2 표 3: 열처리에 사용되는 하이드로차시 샘플의 근접분석 및 원소 분석(28). 항복 항복 초기 질량(하이드로차) 온도 최종 질량 (하이드로차) 질량 액체 Af 의 질량 균형 수율 고체 수율 액체 Af 의 항목 【 g 】 [°C] 【 g 】 【 g 】 【 g 】 【 g 】 [%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] 1개 15.3 275 11.0 3.14 0.125 3.02 92.2 71.7 20.5 0.82 19.7 2개 20.5 275 15.6 3.82 0.74 3.05 94.4 75.8 18.6 3.61 14.9 3개 30.7 275 22.5 6.79 1.01 5.78 95.6 73.5 22.1 3.29 18.8 4개 15.7 200개 13.7 1.27 0.26 1.01 95.8 87.7 8.10 1.66 6.44 5개 15.3 250개 11.2 3.27 0.25 3.02 94.5 73.2 21.3 1.63 19.7 6개 15.0 300개 9.07 4.46 0.593 3.87 90.1 60.4 29.7 3.95 25.8 7a 15.3 275 11.8 1.79 1.02 0.77 88.9 77.2 11.7 6.68 5.05 OFMSW 대신 정원 가지 치기에서 생산 된 하이드로 차로 수행됩니다. 표 4: 열 처리의 실험 데이터.반응 후 고체와 액체가 회복됩니다. 액체는 수성(AF) 및 유기 분획(OF)으로 서서 분리된다. 누락된 양은 영구 가스 형성(예: 이산화탄소 및 물과 같은 휘발성 물질의 불완전한 응축)에 기인합니다.