소개
오늘날 바이오매스는 기존 에너지원의 대안으로 점점 더 자주 사용되고 있습니다. 주요 이점은 "CO2 중립성"입니다. 목재는 가장 중요한 재생 가능한 원료에 속합니다. 목재의 주성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌입니다.

표 1: TGA 측정 파라미터
파라미터
| 온도 범위 | RT ~ 500°C |
|---|---|
| 가열 속도 | 10 K/min |
| 분위기 | 헬륨 |
| 유량 | 65 ml/min |
| 시료 홀더 | 부식성 가스용 시료 홀더 |
| Crucible | Al2O3 (85 μl) |
| 시료 질량 | 6.9 mg |
표 2: GC-MS 측정 파라미터
| 매개변수 | 준연속 모드 | 이벤트 제어 모드 |
|---|---|---|
| 열 | Agilent HP-5ms | Agilent HP-5ms |
| 컬럼 길이 | 30 m | 30 m |
| 컬럼 직경 | 0.25 mm | 0.25 mm |
| 용광로 온도 | 150°C | 100°C ~ 310°C(10K/min) |
| 가스 | 헬륨 | 헬륨 |
| 가스 흐름(분할) | 20 ml/min(10:1) | 20 ml/min(10:1) |
| 컬럼 흐름 | 2 ml/min | 2 ml/min |
| 밸브 | 2분마다 | 이벤트당 1회 |
준연속 모드
TGA와 GC-MS를 동시에 연결하면 가스 배출 물질과 온도의 상관 관계를 쉽게 파악할 수 있습니다.
소나무의 열분해는 세 단계로 진행됩니다(그림 2). 첫 번째 단계는 포함된 수분의 진화입니다. 목재의 주요 분해는 약 300°C에서 일어납니다.
먼저 셀룰로오스 성분이 분해된 다음 리그닌 성분이 분해됩니다.
DTG 곡선에 해당하는 총 이온 크로마토그램에서 300°C에서 주요 분해를 볼 수 있습니다.


이 범위에서 TIC의 확대된 스케일링은 그림 3에 표시되어 있으며, 피크에서 검출된 물질은 표 3에 나열되어 있습니다.
표 3: 검출된 분자와 그 체류 시간
| 시간/분 | 분자 | 몰 질량 | 질량 수 |
|---|---|---|---|
| 35.138 | 아세톤 | 58 | 58 |
| 35.164 | 1,2,3-티아디아졸 | 86 | 58, 86 |
| 35.172 | 2-메틸푸란 | 82 | 82, 81, 53 |
| 35.189 | 2-메틸-만노메틸피라노시드 | 178 | 60, 74 |
| 35.223 | 2-부텐알, 2-메틸 | 84 | 55, 84 |
| 35.240 | 티오펜 | 84 | 84, 58, 45 |
| 35.265 | 푸란, 2,3-디하이드로-5-메틸 | 84 | 84, 55, 69 |
| 35.290 | Furfural | 96 | 96, 95 |
| 35.299 | 1H-피라졸, 1,3-디메틸 | 96 | 96, 81, 68, 54 |
| 35.308 | 2,5-디메틸푸란 | 96 | 96, 95, 81, 53 |
| 35.409 | 2(5H)-푸라논 | 84 | 55, 84, 70 |
| 35.426 | 2H-피란, 3,4-디하이드로 | 84 | 55, 84, 69 |

소나무의 개별 질량 수치는 그림 4에 온도에 따른 함수로 표시되어 있습니다.
이벤트 제어 모드
성형 물질에 대한 보다 자세한 평가를 위해 이벤트 제어 모드에서 TGA-GC-MS 측정을 수행했습니다(그림 5). 이를 위해 특정 온도에서 개별 크로마토그램을 기록했습니다.


그림 6은 350°C에서의 크로마토그램을 보여줍니다. 해당 체류 시간에서 측정된 물질은 표 4에 나와 있습니다.
표 4: 350°C에서 검출된 분자와 그 체류 시간
파라미터
| 유지 시간/분 | 물질 |
|---|---|
| 1.047 | CO2 |
| 1.088 | 3(2H)-푸라논, 디하이드로-2-메틸 |
| 1.124 | 1-프로판올 |
| 1.197 | 1-하이드록시-2-프로파논 |
| 1.305 | 2(5H)-푸라논 |
| 1.330 | 아세트산, 메틸레스테르 |
| 1.370 | 아세톤 |
| 1.424 | 4H-1,2,4-티아졸, 4-아미노 |
| 1.528 | 푸푸랄 |
| 1.576 | 2-푸란메탄올 |
| 1.888 | 2(3H)-푸라논, 5-메틸 |
| 3.073 | 페놀, 2-메톡시 |
| 4.150 | 페놀, 2-메톡시-4-메틸 |