Введение
В настоящее время биомасса все чаще используется в качестве альтернативы традиционным источникам энергии. Ключевым преимуществом является "CO2-нейтральность ". Древесина относится к наиболее важным видам возобновляемого сырья. Основными компонентами древесины являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин.
Таблица 1: Параметры измерения ТГА
Параметры
| Диапазон температур | RT до 500°C |
|---|---|
| Скорость нагрева | 10 К/мин |
| Атмосфера | Гелий |
| Скорость потока | 65 мл/мин |
| Держатель пробы | Держатель пробы для агрессивных газов |
| Крюсиль | Al2O3 (85 мкл) |
| Масса пробы | 6.9 мг |
Таблица 2: Параметры измерения ГХ-МС
| Параметры | Квазинепрерывный режим | Режим с контролем событий |
|---|---|---|
| Колонка | Agilent HP-5ms | Agilent HP-5ms |
| Длина колонки | 30 m | 30 m |
| Диаметр колонки | 0.25 мм | 0.25 мм |
| Температура печи | 150°C | от 100°C до 310°C (10 К/мин) |
| Газ | Гелий | Гелий |
| Поток газа (разделение) | 20 мл/мин (10:1) | 20 мл/мин (10:1) |
| Поток через колонку | 2 мл/мин | 2 мл/мин |
| Клапан | каждые 2 мин | 1 раз за событие |
Квазинепрерывный режим
Одновременное подключение ТГА к ГХ-МС позволяет легко соотнести количество выделяющихся веществ с температурой.
Пиролиз древесины сосны проходит в три этапа (рис. 2). На первом этапе происходит выделение содержащейся воды. Основное разложение древесины происходит при температуре около 300°C.
Сначала разлагаются компоненты целлюлозы, затем лигнина.
В соответствии с кривой ДТГ на хроматограмме суммарных ионов основное разложение можно наблюдать при 300°C.
largeМасштаб ТИЦ в этом диапазоне представлен на рисунке 3; вещества, обнаруженные в пиках, перечислены в таблице 3.
Таблица 3: Обнаруженные молекулы и их время удерживания
| Время/мин | Молекула | Молярная масса | Массовое число |
|---|---|---|---|
| 35.138 | Ацетон | 58 | 58 |
| 35.164 | 1,2,3-Тиадиазол | 86 | 58, 86 |
| 35.172 | 2-Метилфуран | 82 | 82, 81, 53 |
| 35.189 | 2-Метил-маннометилпиранозид | 178 | 60, 74 |
| 35.223 | 2-Бутенал, 2-Метил | 84 | 55, 84 |
| 35.240 | Тиофен | 84 | 84, 58, 45 |
| 35.265 | Фуран, 2,3-дигидро-5-метил | 84 | 84, 55, 69 |
| 35.290 | Фурфурал | 96 | 96, 95 |
| 35.299 | 1H-пиразол, 1,3-диметил | 96 | 96, 81, 68, 54 |
| 35.308 | 2,5-Диметилфуран | 96 | 96, 95, 81, 53 |
| 35.409 | 2(5H)-фуранон | 84 | 55, 84, 70 |
| 35.426 | 2H-пиран, 3,4-дигидро | 84 | 55, 84, 69 |
На рисунке 4 представлены индивидуальные массовые числа для сосновой древесины в зависимости от температуры.
Режим с контролем событий
Для более детальной оценки образующихся веществ измерения ТГА-ГХ-МС проводились в режиме управления событиями (рис. 5). Для этого записывались индивидуальные хроматограммы при определенных температурах.
На рисунке 6 представлена хроматограмма при 350 °C. Вещества, измеренные при соответствующих временах удерживания, представлены в таблице 4.
Таблица 4: Обнаруженные молекулы при 350°C и их время удерживания
Параметры
| Время удерживания/мин | Вещество |
|---|---|
| 1.047 | CO2 |
| 1.088 | 3(2H)-фуранон, дигидро-2-метил |
| 1.124 | 1-Пропанол |
| 1.197 | 1-гидрокси-2-пропанон |
| 1.305 | 2(5H)-фуранон |
| 1.330 | Уксусная кислота, метилэфир |
| 1.370 | Ацетон |
| 1.424 | 4H-1,2,4-тиазол, 4-амино |
| 1.528 | Фуфурал |
| 1.576 | 2-фуранметанол |
| 1.888 | 2(3H)-Фуранон, 5-Метил |
| 3.073 | Фенол, 2-метокси |
| 4.150 | Фенол, 2-метокси-4-метил |