СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОРЫ ЛИСТВЕННИЦЫ И СОСНЫ: ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПИРОЛИЗ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследование посвящено термическому анализу и флэш-пиролизу коры лиственницы сибирской ( Larix sibirica Ledeb.) и сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L.) как многотоннажного отхода переработки древесины этих пород. С помощью методов термогравиметрии (ТГ/ДТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) выявлен ряд закономерностей термического разложения коры. По четвертым производным контура ДТГ установлены различия «фракционности» потери массы при нагреве коры в условиях термогравиметрического теста. На основе данных ТГ/ДТГ проведен анализ кинетики термодеструкции с использованием изоконверсионного метода Озавы - Флинна - Уолла (ОФУ). Полученные зависимости энергии активации ( Е а) термического разложения коры от степени конверсии использованы для расчета термодинамических параметров Δ H , Δ G и Δ S этого процесса, используемых при проектировании и масштабировании технологий термической обработки и пиролиза коры для производства технических продуктов с повышенной добавленной стоимостью. Средние значения Еа, Δ H , Δ G и Δ S составляют 206.7, 201.1, 248.7 кДж/моль и -78.0 Дж/(моль ∙ К) для коры лиственницы (КЛ) и 235.3, 229.7, 310.6 кДж/моль и -129.4 Дж/(моль ∙ К) для коры сосны (КС). С помощью метода хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС) по технологии парофазного пробоотбора установлен состав летучих соединений коры, которые представлены моно-, сескви-, дитерпенами и кислородсодержащими углеводородами. Идентифицировано 37 соединений КЛ и 41 соединение КС. По результатам ТГ и ДСК охарактеризована термическая устойчивость КЛ и КС относительно графита; рассчитаны парциальные теплоты окислительной термодеструкции для стадий термического разложения, свидетельствующие о различии термических параметров коры. Экзотермические эффекты термоокислительной деструкции равны 15.1 и 15.9 кДж/г для КЛ и КС соответственно. В результате аналитического флэш- пиролиза идентифицировано 55 продуктов пиролиза КЛ и КС с суммарной площадью идентифицированных пиков 77.6 и 89.7 % соответственно. Предложены варианты использования результатов исследования.

Об авторах

Елена Александровна Петрунина

Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: petrunina@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

Сергей Реджинальдович Лоскутов

Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: lsr@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

Татьяна Васильевна Рязанова

Сибирский государственный университет науки и технологий им. М. Ф. Решетнева

Email: tatyana-htd09@mail.ru
Красноярск, Россия

Антонина Александровна Анискина

Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: aniskina_a@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

Галина Васильевна Пермякова

Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: petrunina@ksc.krasn.ru
Красноярск, Россия

Виктория Викторовна Стасова

Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: vistasova@mail.ru
Красноярск, Россия

Список литературы

  1. Анучин Н. П. Лесная таксация. 6-е изд. М.: ВНИИЛМ, 2004. 552 с.
  2. Валеева А. Р. Валиуллина А. И., Бикбулатова Г. М., Башкиров В. Н. Уменьшение массовой доли свободного формальдегида в фенолоформальдегидных смолах с замещением фенола жидкими продуктами пиролиза древесины // Деревообр. пром-сть. 2021. № 3. С. 94-102.
  3. Валеева А. Р. Применение жидких продуктов быстрого пиролиза древесных отходов в качестве компонента фенолоформальдегидных смол: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.21.03. Казань: КНИТУ, 2022. 16 с.
  4. Валиуллина А. И., Грачев А. Н., Валеева А. Р., Бикбулатова Г. М., Забелкин С. А., Башкиров В. Н. Использование биополиолов, полученных из жидких продуктов пиролиза березовых опилок, в качестве возобновляемого компонента в производстве жестких пенополиуретанов // Все материалы. Энциклопед. справочник. 2021. № 10. С. 41-48.
  5. Гайле А. А., Сомов В. Е., Варшавский О. М. Ароматические углеводороды: выделение, применение, рынок: cправочник. СПб.: Химиздат, 2000. 544 с.
  6. Лоскутов С. Р., Петрунина Е. А., Шапченкова О. А., Пляшечник М. А., Стасова В. В. Физико-химические показатели коры лиственницы сибирской: натуральной, химически модифицированной и после адсорбции катионов тяжелых металлов // Лесн. вестн. 2020. Т. 24. № 2. С. 98-110.
  7. Лотова Л. И. Анатомия коры хвойных. М.: Наука, 1987. 152 с.
  8. Оболенская А. В., Ельницкая З. П., Леонович А. А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: учеб. пособие для вузов. М.: Экология, 1991. 320 с.
  9. Рязанова Т. В., Репях С. М. Химия и технология коры. Красноярск: КГТА, 1996. 302 с.
  10. Семенович А. В., Лоскутов С. Р. Адсорбция катионных красителей модифицированной корой хвойных древесных пород // Хим. раст. сырья. 2004. № 3. С. 121-125.
  11. Baroni É. G., Tannous K., Rueda-Ordόñez Y. J., Tinoco K. The applicability of isoconversional models in estimating the kinetic parameters of biomass pyrolysis //j. Therm. Anal. Calorim. 2016. V. 123. N. 2. P. 909-917.
  12. Carrasco E., Smith K. J., Meloni G. Synchrotron photoionization study of Furan and 2-Methylfuran reactions with Methylidyne radical (CH) at 298 K //j. Phys. Chem. A. 2018. V. 122. N. 1. P. 280-291.
  13. Chen H., Yue X., Yang J., Lv C., Dong S., Luo X., Sun Z., Zhang Y., Li B., Zhang F., Gu H., Yang Y., Zhang Q., Ge S., Bi H., Zheng D., Zhao Y., Li C., Peng W. Pyrolysis molecule of Torreya grandis bark for potential biomedicine // Saudi J. Biol. Sci. 2019. V. 26. Iss. 4. P. 808-815.
  14. Dave A., Gupta G. K., Mondal M. K. Study on thermal degradation characteristics, kinetics, thermodynamic, and reaction mechanism analysis of Arachis hypogaea shell pyrolysis for its bioenergy potential // Biomass Convers. Biorefin. 2021. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01749-7 (Publ. online: 14 July 2021).
  15. Dibdiakova J., Wang L., Li H. Characterization of ashes from Pinus Sylvestris forest biomass // The 7th Int. Conf. Appl. Energy - ICAE2015 Energy Proc. 2015. V. 75. P. 186-191.
  16. Dulman V., Odochian L., Dumitras M., Cucu-Man S. A study by non-isothermal thermal methods of spruce wood bark materialss after their application for dye removal //j. Serb. Chem. Soc. 2005. V. 70. N. 11. P. 1325-1333.
  17. Harvey O. R., Kuo L.-J., Zimmerman A. R., Louchouarn P., Amonette J. E., Herbert B. E. An index-based approach to assessing recalcitrance and soil carbon sequestration potential of engineered black carbons (biochars) // Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46. N. 3. P. 1415-1421.
  18. Jadhav D. K., Khandelwal K. R., Ketkar A. R., Pisal S. S. Formulation and evaluation of mucoadhesive tablets containing eugenol for the treatment of periodontal diseases // Drug Develop. Industr. Pharm. 2004. V. 30. N. 2. P. 195-203.
  19. Mamleev V., Bourbigot S., Le Bras M., Lefebvre J. Three model-free methods for calculation of activation energy in TG //j. Therm. Anal. Calorim. 2004. V. 78. P. 1009-1027.
  20. Ozawa T. A new method of analyzing thermogravimetric data // Chem. Soc. Jap. 1965. V. 38. N. 11. P. 1881-1886.
  21. Pásztory Z., Mohácsine I. R., Gorbacheva G., Börcsök Z. The utilization of tree dark // BioRes. 2016. V. 11. N. 3. P. 7859-7888.
  22. Petrunina E. A., Shapchenkova O. A., Loskutov S. R. Physico-chemical parameters of Siberian larch (Larix sibirica L.) bark extracted with water-amino-alcoholic extractants // Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya (Chem. Plant Raw Mat.). 2021. N. 2. P. 103-107.
  23. Santín C., Doerr S. H., Merino A., Bucheli T. D., Bryant R., Ascough P., Gao X., Masiello C. A. Carbon sequestration potential and physicochemical properties differ between wildfire charcoals and slow-pyrolysis biochars // Sci. Rep. 2017. V. 7. Article number: 11233.
  24. Shangguan W., Chen Z., Zhao J, Song X. Thermogravimetric analysis of cork and cork components from Quercus variabilis // Wood Sci. Technol. 2018. V. 52. P. 181-192.
  25. Shao Q., Wang C., Liu H., Wang Y., Guo J. Reaction mechanism and evolved gases of larch bark pyrolysis by TG-FTIR analysis // Wood Sci. Technol. 2019. V. 53. Iss. 5. P. 101-118.
  26. Yue X., Li X., Chen X., Ashraf M. A., Liu Z., Bi H., Zheng D., Zhao Y., Peng W. Molecules and functions of Cornus officinalis bark volatiles // Emir. J. Food Agr. 2018. V. 30. Iss. 10. P. 828-838.

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».