Wprowadzenie
Obecnie biomasa jest coraz częściej wykorzystywana jako alternatywa dla konwencjonalnych źródeł energii. Kluczową korzyścią jest "neutralnośćCO2 ". Drewno należy do najważniejszych surowców odnawialnych. Głównymi składnikami drewna są celuloza, hemiceluloza i lignina.
Tabela 1: Parametry pomiaru TGA
Parametry
| Zakres temperatur | RT do 500°C |
|---|---|
| Szybkość ogrzewania | 10 K/min |
| Atmosfera | Hel |
| Natężenie przepływu | 65 ml/min |
| Uchwyt próbki | Uchwyt na próbki gazów korozyjnych |
| Tygiel | Al2O3 (85 μl) |
| Masa próbki | 6.9 mg |
Tabela 2: Parametry pomiaru GC-MS
| Parametry | Tryb quasi-ciągły | Tryb sterowany zdarzeniami |
|---|---|---|
| Kolumna | Agilent HP-5ms | Agilent HP-5ms |
| Długość kolumny | 30 m | 30 m |
| Średnica kolumny | 0.25 mm | 0.25 mm |
| Temperatura pieca | 150°C | 100°C do 310°C (10 K/min) |
| Gaz | Hel | Hel |
| Przepływ gazu (podzielony) | 20 ml/min (10:1) | 20 ml/min (10:1) |
| Przepływ w kolumnie | 2 ml/min | 2 ml/min |
| Zawór | co 2 min | 1x na zdarzenie |
Tryb quasi-ciągły
Jednoczesne sprzężenie TGA z GC-MS pozwala na łatwą korelację odgazowywanych substancji z temperaturą.
PirolizaPiroliza to termiczny rozkład związków organicznych w atmosferze obojętnej.Piroliza drewna sosnowego przebiega w trzech etapach (rysunek 2). Pierwszym etapem jest wydzielanie się zawartej w nim wody. GłównyReakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład drewna zachodzi w temperaturze około 300°C.
Najpierw rozkładane są składniki celulozowe, a następnie składniki ligninowe.
Zgodnie z krzywą DTG, głównyReakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład można zaobserwować w temperaturze 300°C na chromatogramie jonów całkowitych.
largeSkalowanie TIC w tym zakresie przedstawiono na rysunku 3; substancje wykryte w pikach wymieniono w tabeli 3.
Tabela 3: Wykryte cząsteczki i ich czasy retencji
| Czas/min | Cząsteczka | Masa molowa | Liczba masowa |
|---|---|---|---|
| 35.138 | Aceton | 58 | 58 |
| 35.164 | 1,2,3-tiadiazol | 86 | 58, 86 |
| 35.172 | 2-Metylofuran | 82 | 82, 81, 53 |
| 35.189 | 2-metylo-mannometylopiranozyd | 178 | 60, 74 |
| 35.223 | 2-butenal, 2-metylo | 84 | 55, 84 |
| 35.240 | Tiofen | 84 | 84, 58, 45 |
| 35.265 | Furan, 2,3-dihydro-5-metylo | 84 | 84, 55, 69 |
| 35.290 | Furfural | 96 | 96, 95 |
| 35.299 | 1H-pirazol, 1,3-dimetylo | 96 | 96, 81, 68, 54 |
| 35.308 | 2,5-dimetylofuran | 96 | 96, 95, 81, 53 |
| 35.409 | 2(5H)-Furanon | 84 | 55, 84, 70 |
| 35.426 | 2H-piran, 3,4-dihydro | 84 | 55, 84, 69 |
Poszczególne liczby masowe dla drewna sosnowego przedstawiono na rysunku 4 w funkcji temperatury.
Tryb sterowany zdarzeniami
W celu bardziej szczegółowej oceny substancji tworzących, pomiar TGA-GC-MS przeprowadzono w trybie sterowanym zdarzeniami (rysunek 5). W tym celu zarejestrowano poszczególne chromatogramy w określonych temperaturach.
Rysunek 6 przedstawia chromatogram w temperaturze 350 °C. Substancje zmierzone w odpowiednich czasach retencji przedstawiono w tabeli 4.
Tabela 4: Wykryte cząsteczki w temperaturze 350°C i ich czasy retencji
Parametry
| Czas retencji/min | Substancja |
|---|---|
| 1.047 | CO2 |
| 1.088 | 3(2H)-Furanon, dihydro-2-metylo |
| 1.124 | 1-Propanol |
| 1.197 | 1-hydroksy-2-propanon |
| 1.305 | 2(5H)-Furanon |
| 1.330 | Kwas octowy, metyloester |
| 1.370 | Aceton |
| 1.424 | 4H-1,2,4-tiazol, 4-amino |
| 1.528 | Fufural |
| 1.576 | 2-Furanometanol |
| 1.888 | 2(3H)-Furanon, 5-metylo |
| 3.073 | 2-metoksyfenol |
| 4.150 | Fenol, 2-metoksy-4-metylo |