Термохимическое ожижение соломы пшеницы в среде суб- и сверхкритического тетралина

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Целью работы являлось изучение термохимических превращений биомассы соломы пшеницы в среде суб- и сверхкритического тетралина. Эксперимент выполнен в реакторе периодического действия при температурах 285, 330, 380, 420 и 460 °С, продолжительность обработки – 10 мин. Установлено, что процесс ожижения соломы в субкритическом тетралине характеризуется сравнительно высокой эффективностью. При 420 °С степень конверсии биомассы составила 98,2% а.с.м. Максимальный выход жидких продуктов ожижения (81,6% а.с.м.) получен при 380 °С. Жидкие продукты фракционировали последовательной экстракцией гексаном, водой и этанолом. По данным ГХ-МС гексанрастворимые продукты ожижения представлены смесью низкомолекулярных продуктов деструкции компонентов соломы и продуктов превращения тетралина. В составе продуктов деструкции компонентов соломы идентифицированы метиловые эфиры жирных кислот, ароматические соединения, алканы и в минорных количествах спирты и кетоны. С повышением температуры обработки содержание сложных эфиров снижается с увеличением доли ароматических соединений до 50% отн. В составе гексанрастворимых продуктов ожижения, полученных при 460 °С, сложные эфиры и фенольные соединения отсутствуют. В условиях процесса происходит дегидрирование, алкилирование и изомеризация тетралина с образованием нафталина, 1,4-дигидронафталина и алкилпроизводных тетралина, нафталина и индана. На основании результатов сравнительного анализа ИК-спектров соломы и твердых продуктов ожижения сделано предположение о том, что при температурах процесса до 330 °С в биомассе соломы интенсивно протекают процессы фрагментации полисахаридов, а при более высоких температурах – лигнина. В результате в ИК-спектре твердого продукта, полученного при 380 °С, присутствуют слабо выраженные полосы поглощения алкилароматических структурных фрагментов, а на ИК-спектрах твердого продукта, полученного при 420 °С, – только полосы поглощения минеральных компонентов золы соломы и адсорбированной воды.

Об авторах

С. Н. Евстафьев

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: esn@istu.edu

Е. С. Фомина

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: lenafomina1982@yandex.ru

Н. П. Тигунцева

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: tignadezhda@yandex.ru

Список литературы

  1. Kajimoto O. Solvation in supercritical fluids: its effects on energy transfer and chemical reactions // Chemical Reviews. 1999. Vol. 99, no. 2. P. 355– 390. https://doi.org/10.1021/cr970031l.
  2. Sun Y., Cheng J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review // Bioresource Technology. 2002. Vol. 83, no. 1. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/s0960-8524(01)00212-7.
  3. Евстафьев С. Н., Чечикова Е. В. Превращения полисахаридов соломы пшеницы в динамических условиях процесса субкритического автогидролиза // Химия растительного сырья. 2015. N. 1. С. 41–49. https://doi.org/10.14258/jcp rm.201501426.
  4. Perkins G., Batalha N., Kumar A., Bhaskar T., Konarova M. Recent advances in liquefaction technologies for production of liquid hydrocarbon fuels from biomass and carbonaceous wastes // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 115. P. 109400. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109400.
  5. de Caprariis B., De Filippis P., Petrullo A., Scarsella M. Hydrothermal liquefaction of biomass: influence of temperature and biomass composition on the bio-oil production // Fuel. 2017. Vol. 208. P. 618–625. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.07.054.
  6. Hewetson B. B., Zhang X., Mosier N. S. Enhanced acid-catalyzed biomass conversion to hydroxymethylfurfural following cellulose solvent-and organic solvent-based lignocellulosic fractionation pretreatment // Energy & Fuels. 2016. Vol. 30. P. 9975– 9977. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b01910.
  7. Ma P., Gao Y., Zhai H. Fractionated wheat straw lignin and its application as antioxidant // BioResources. 2013. Vol. 8, no. 4. P. 5581–5595. https://doi.org/10.15376/biores.8.4.5581-5595.
  8. Chesi C., de Castro I. B. D., Clough M. T., Ferrini P., Rinaldi R. The influence of hemicellulose sugars on product distribution of early-stage conversion of lignin oligomers catalysed by Raney nickel // ChemCatChem. 2016. Vol. 8, no. 12. P. 2079–2088. https://doi.org/10.1002/cctc.201600235.
  9. Schutyser W., Van den Bosch S., Renders T., De Boe T., Koelewijn S.-F., Dewaele A., et al. Influence of bio-based solvents on the catalytic reductive fractionation of birch wood // Green Chemistry. 2015. Vol. 17, no. 11. P. 5035–5045. https://doi.org/ 10.1039/c5gc01442e.
  10. Galkin M. V., Smit A. T., Subbotina E., Artemenkon K. A., Bergquist J., Huijgen W. J. J., et al. Hydrogen-free catalytic fractionation of woody biomass // ChemSusChem. 2016. Vol. 9, no. 23. P. 3280–3287. https://doi.org/10.1002/cssc.201600648.
  11. Parsell T., Yohe S., Degenstein J., Jarrell T., Klein I., Gencer E., et al. A synergistic biorefinery based on catalytic conversion of lignin prior to cellulose starting from lignocellulosic biomass // Green Chemistry. 2015. Vol. 17, no. 3. P. 1492–1499. https://doi.org/10.1039/C4GC01911C.
  12. Sannigrahi P., Ragauskas A. J. Characterization of fermentation residues from the production of bio-ethanol from lignocellulosic feedstocks // Journal of Biobased Materials and Bioenergy. 2011. Vol. 5, no. 4. P. 514–519. https://doi.org/10.11 66/jbmb.2011.1170.
  13. Kleinert M., Barth T. Towards a lignocellulosic biorefinery: direct one–step conversion of lignin to hydrogen–enriched bio–fuel // Energy & Fuels. 2008. Vol. 22, no. 2. P. 1371–1379. https://doi. org/10.1021/ef700631w.
  14. Wang Y., Wang H., Lin H., Zheng Y., Zhao J., Pelletier A., et al. Effects of solvents and catalysts in liquefaction of pinewood sawdust for the production of bio-oils // Biomass and Bioenergy. 2013. Vol. 59. P. 158– 167. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.10.022.
  15. Sangon S., Ratanavaraha S., Ngamprasertsith S., Prasassarakich P. Coal liquefaction using supercritical toluene–tetralin mixture in a semicontinuous reactor // Fuel Processing Technology. 2006. Vol. 87, no. 3. P. 201–207. https://doi. org/10.1016/J.FUPROC.2005.07.007.
  16. Koriakin A., Nguyen H. V., Kim D.-W., Lee C.-H. Thermochemical decomposition of microcrystalline cellulose using sub- and supercritical tetralin and decalin with Fe3O4 // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2015. Vol. 54, no. 18. P. 5184–5194. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b00763.
  17. Kundu R., Ramsurn H. Kinetic study of noncatalytic dissolution of cellulose biochar in hydrogen donor solvent // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2020. Vol. 8, no. 31. P. 11606–11617. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c02907.
  18. Koriakin A., Moon S., Kim D.-W., Lee C.-H. Liquefaction of oil palm empty fruit bunch using suband supercritical tetralin, n-dodecane, and their mixture // Fuel. 2017. Vol. 208. P. 184–192. https://doi. org/10.1016/j.fuel.2017.07.010.
  19. Kim D.-W., Lee C.-H. Efficient conversion of extra-heavy oil into distillates using tetralin/activated carbon in a continuous reactor at elevated temperatures // Journal of Analytical and Applied Pyrolisys. 2019. Vol. 140. P. 245–254. https://doi.org/10.1016/ J.JAAP.2019.04.001.
  20. Фомина Е. С., Евстафьев С. Н. Сравнительный анализ состава низкомолекулярных продуктов сверхкритической экстракции соломы пшеницы этанолом и диметилкарбонатом // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 2. С. 9–18. https://doi.org/10.21 285/2227-2925-2018-8-2-9-18.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».