Faix Yöntemi: Potansiyometrik Titrasyon tarafından Bio-yağlar Karbonil Fonksiyonel Grupların belirlenmesi
Summary
Here we present a potentiometric titration technique for accurately quantifying carbonyl compounds in pyrolysis bio-oils.
Abstract
biyo-yağ içinde mevcut karbonil bileşikleri depolama üzerine ve yükseltme sırasında biyo-yağ özelliği değişikliklerden sorumlu olduğu bilinmektedir. Spesifik olarak, karboniller biyo-yağ depolanması sırasında (genellikle "yaşlanma" olarak ifade edilecektir) bir viskozite artışa neden olmaktadır. Bu şekilde, karbonil içeriği daha önce viskozite ölçümleri daha az değişkenlik olan biyo-yağ yaşlanmaya ve yoğunlaşma reaksiyonlarını takip için bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, karboniller de biyo-yağ yükseltme süreçlerinde kok oluşumu sorumludur. biyo-yağlarda karbonillerin önemi göz önüne alındığında, onların ölçümü için doğru analitik yöntemler biyo-yağ toplum için çok önemlidir. karbonil A'dan dayalı Potansiyometrik titrasyon yöntemleri uzun piroliz biyo-yağlar karbonil içeriğinin belirlenmesi için kullanılmıştır. Burada, daha az reaksiyon süresi ile sonuçlanan geleneksel karbonil A'dan prosedürlerin modifikasyonu, küçük bir numune boyutu, daha yüksek hassasiyet ve daha acc mevcutürat karbonil tespitler. Geleneksel karbonil A'dan yöntemleri, oda sıcaklığında meydana gelir iken, burada sunulan Faix yöntemi 80 ° C'lik yüksek bir sıcaklıkta meydana gelir.
Introduction
Piroliz biyo-yağ bileşikleri ve kimyasal fonksiyonel gruplar büyük bir çeşitlilik oluşur birlikte, karbonil gruplarının belirlenmesi özellikle önemlidir. Karboniller her iki depolama 1 ve işleme 2 esnasında biyo-yağ istikrarsızlık sorumlu olduğu bilinmektedir. Burada sunulan titrasyon yöntemi güvenilir biyo-yağların toplam karbonil içeriğini ölçmek için basit bir tekniktir. Sadece aldehit ve keton fonksiyonel gruplar bu yöntem kullanılarak sayısal edilir; karboksilik asit ve lakton grupları miktarı değildir.
Biyo-yağ analizi için, titrasyon ile karbonil gruplarının miktar geleneksel Nikolaydes'in 3 yöntem kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem, genel olarak biyo-yağ literatürde 4, 5, 6, 7 kullanılmıştır. Bu birkarboniller karşılık gelen oksime dönüştürülür işlem basittir (bakınız Şekil 1). kurtarılmış HCI tamamlanması için denge zorlamak için piridin ile reaksiyona girer. piridin konjuge asit NaOH (baz titrant) bilinen bir miktarı ile titre edilir. kullanılan NaOH eşdeğer sayısı biyo-yağ içinde karbonil mevcut mol stoikiometrik eşdeğerdir.
Nikolaydes yöntem olup, bununla birlikte, bazı sınırlamalar vardır. Bu tamamlanma sağlamak için 48 saatten fazla reaksiyon süreleri gerektirir. Bu ciddi örnek hacmi sınırlar. Bu zehirli piridin kullanır. 1 ila 2 g örnek ağırlıkları gerekmektedir. kullanılan Numune ağırlığı hidroksilamin HCI miktarına ve numunenin karbonil içeriğine bağlıdır. kullanılan numune ağırlığının ilk tahminleri yanlışsa, titrasyon tekrarlanmalıdır.
Faix ve ark. 8 saat modifiye edilmiş bir yöntem geliştirdiere Nicolaides yönteminin sorunlarını çözmek için. Reaksiyon, böylece numune sayısını artırarak, 2 saat boyunca 80 ° C'de gerçekleştirilir. Piridin, daha az toksik kimyasal trietanolamin ile değiştirilmiştir. Örnek büyüklüğü, 100 ile 150 mg kadar azaltılabilir. trietanolamin tepkimeyi sona sürüş, serbest HCl tüketir ve tüketilmemiş trietanolamin doğrudan titre edilir. hidroksilamin ikinci bir titrasyon gereksizdir. Bu titrasyon yöntemleri karşılaştırılması Nikolaydes yöntemi önemli ölçüde biyo-yağ 9 karbonil içeriği hafife göstermiştir.
Burada tarif edilen yöntem, piroliz biyo-yağ analizi daha uygun olduğu orjinal yöntemde 8 modifiye edilmiştir. Bu yöntem, ham piroliz biyo-yağ analizi için geliştirilmiş, ancak başarılı bir şekilde su ile muameleden geçirilmiş biyolojik yağlar da dahil olmak üzere biyo-kütleden türetilen yağlar diğer türleri, uygulanmıştır. addinduğunda, bu yöntem hem yaşlanma ve yükseltme sırasında karbonil içeriği değişiklikleri izlemek için kullanılır olmuştur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Örnek titrasyon eğrileri Şekil 2'de gösterilmiştir. Boş bir titrasyon, hem de bir piroliz yağı numunesi için bir titrasyon gösterilmektedir. Ayrıca, titrasyon eğrisi (DPH / dV) birinci türevi titrasyon bitiş kolay tanınması için izin veren gösterilmiştir. Şekil 2 ek tablo ortalama değerleri ve standart sapmaları ile piroliz yağı ve boş titrasyon hem de üçlü verileri göstermektedir. (ML) gösterilen nokta değerleri piroliz yağı örnek (mmol / g), topla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı ile Sözleşme No. DE-AC36-08GO28308 altında ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenmiştir. Enerji Verimliliği ABD Enerji Bakanlığı Ofisi ve Yenilenebilir Enerji Biyoenerji Teknolojileri Dairesi tarafından sağlanan finansman. ABD Hükümeti korur ve yayıncı, yayın için yazı kabul ederek, ABD Hükümeti yayınlamak veya bu işin yayımlanmış form yeniden, ya da başkalarının bunu yapmak için izin vermek için bir münhasır olmayan, ödenmiş, geri alınamaz, dünya çapında lisans korur olduğunu kabul, ABD Hükümeti amaçlı.
Materials
| Analytical balance | accurate to 0.1 mg | ||
| dry block heater with magnetic stirrer, or hot water bath with magnetic stirrer | |||
| Automatic titrator | We used a Metrohm Titrando 809 automatic titrator, though other equivalent systems are acceptable | ||
| Deionized water | |||
| Ethanol (reagent grade) | CAS # 64-17-5 | ||
| Hydroxylamine hydrochloride | CAS # 5470-11-1 | ||
| Triethanolamine | CAS #102-71-6 | ||
| Hydrochloric acid (37%) | CAS # 7647-01-0 | ||
| Sodium Carbonate (primary standard) | SigmaAldrich | 223484 | |
| 4-(benzyloxy)benzaldehyde | CAS # 4397-53-9 | ||
| Dimethyl sulfoxide | CAS # 67-68-5 | ||
| 5 mL glass Reacti-vials with solid lid and teflon spinvane | Thermoscientific | TS-13223 | |
| 200 mL volumetric flask | |||
| Volumetric or mechanical pipettes |
References
- Oasmaa, A., Kuoppala, E., Solantausta, Y. Fast pyrolysis of forestry residue. 2. physicochemical composition of product liquid. Energy Fuels. 17 (2), 433-443 (2003).
- Olarte, M., et al. Stabilization of Softwood-Derived Pyrolysis Oils for Continuous Bio-oil Hydroprocessing. Top. Catal. 59 (1), 55-64 (2016).
- Nicolaides, G. . The chemical characterization of pyrolytic oils. , (1984).
- Oasmaa, A., Korhonen, J., Kuoppala, E. An approach for stability measurement of wood-based fast pyrolysis bio-oils. Energy Fuels. 25 (7), 3307-3313 (2011).
- Chen, C. L., Lin, S. Y., Dence, C. W. . Methods in Lignin Chemistry. , 446-457 (1992).
- Scholze, B., Hanser, C., Meier, D. Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin) Part II. GPC, carbonyl groups, and 13C-NMR. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 58-59, 387-400 (2001).
- Bayerbach, R., Meier, D. Characterization of the water-insoluble fraction from fast pyrolysis liquids (pyrolytic lignin). Part IV: Structure elucidation of oligomeric molecules. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 85 (1-2), 98-107 (2009).
- Faix, O., Andersons, B., Zakis, G. Determination of Carbonyl Groups of Six Round Robin Lignins. Holzforschung. 52, 268-272 (1998).
- Black, S., Ferrell, J. Determination of Carbonyl Groups in Pyrolysis Bio-oils Using Potentiometric Titration: Review and Comparison of Methods. Energy Fuels. 30 (2), 1071-1077 (2016).
- Ferrell, J., et al. Standardization of Chemical Analytical Techniques for Pyrolysis Bio-oil: History, Challenges, and Current Status of Methods. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 10, 496-507 (2016).
