Oznaczanie wilgoci w biomasie metodą miareczkowania kulometrycznego Karla Fischera

• Autorzy: Jędrychowska Sylwia , Kowalczyk Anna

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.05.07

Warianty tytułu

EN

Determination of moisture in biomass by coulometric Karl Fischer titration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono prace nad wykorzystaniem metody miareczkowania kulometrycznego Karla Fischera z odparowaniem do oznaczania zawartości wody w biomasie. Przeprowadzono badania sześciu rodzajów próbek biomasy roślinnej: zmielonej kawy otrzymanej jako odpad po zaparzeniu, słomy pszenicznej, siana, łupin orzecha włoskiego oraz zrębków drewna leszczynowego i świerkowego. Wykonano badania zawartości wody we wszystkich pozyskanych produktach i porównano wyniki z wynikami otrzymanymi dwiema innymi metodami stosowanymi standardowo do badania wilgoci w biomasie, tj. metodą wagosuszarkową i destylacyjną. Stwierdzono, że wszystkie metody wykazały dobrą zgodność w zakresie wyników uzyskanych dla przebadanych próbek. Najmniej przydatna okazała się metoda destylacyjna, której rezultaty najbardziej odbiegały względem pozostałych metod. Wykonanie analizy tą techniką wymaga długiego czasu, jest ona dość pracochłonna i niezautomatyzowana. Najszybszą techniką jest metoda wagosuszarkowa, ale cechuje ją mniejsza precyzja w stosunku do metody kulometrycznej. Wyniki otrzymane tą metodą mogą być zawyżone ze względu na to, że miarą zawartości wody w badanej próbce jest ubytek masy, który może być związany nie tylko z obecnością wody, ale także z innymi lotnymi substancjami uwalnianymi w trakcie badania. Metoda miareczkowania kulometrycznego Karla Fischera jest natomiast metodą selektywną i podczas analizy oznaczana jest tylko woda odparowywana z próbki, nawet gdyby z próbki uwalniały się jeszcze inne substancje lotne w warunkach badania. Metoda miareczkowania kulometrycznego Karla Fischera z odparowaniem próbki w piecyku wykazała się największą precyzją. Jest łatwa w wykonaniu i zautomatyzowana. Stwierdzono, że metoda ta może być z powodzeniem stosowana w badaniu biomasy. Zawartość wody we wszystkich pozyskanych próbkach biomasy wahała się w przedziale od 8% do 10,5% (m/m). W celu zbadania możliwości oznaczenia zawartości wody w szerszym zakresie pomiarowym próbki biomasy suszono w suszarce laboratoryjnej w ciągu 4 godzin w temperaturze 105°C oraz dodatkowo przygotowano próbki modelowe o różnej zawartości wody z wykorzystaniem zmielonej kawy jako matrycy. Na przygotowanych próbkach wykonano badania wilgoci metodą miareczkowania kulometrycznego Karla Fischera z odparowaniem. Przeprowadzone badania potwierdziły, że metoda ta świetnie nadaje się do badania próbek biomasy. Charakteryzuje się bardzo dobrą powtarzalnością w badanym zakresie od 0,7% do 75% (m/m).

EN

The article presents works on the use of coulometric Karl Fischer titration with evaporation for determining water content in biomass. Six types of plant biomass samples were tested: ground coffee obtained as brewed waste, wheat straw, hay, walnut shells and hazel and spruce wood chips. Tests of water content in all obtained products were carried out and their results were compared with two other methods used as standard for biomass moisture testing, i.e. by using a drying balance method and the distillation method. All the methods were found to be in good agreement with the results obtained for the samples tested. The distillation method turned out to be the least useful, as it gave results that differed most from the other methods. The analysis time using this technique is long, it is quite laborious to perform and is not automated. The fastest technique is the method utilizing a drying balance, but it is less precise than the coulometric method. The results obtained with this method may be overestimated as the measure of water content in the tested sample is the loss of mass, which may be related not only to the presence of water, but also to other volatile substances released during the test. On the other hand, the coulometric Karl Fischer titration method is selective and only the water evaporated from the sample is determined during the analysis, even if other volatile substances are released from the sample under the test conditions. The coulometric Karl Fischer titration method with sample evaporation in an oven showed the best precision. It is easy to make and automated. It was found that this method can be successfully used in biomass research. The water content in all obtained biomass samples ranged between 8 and 10.5% (m/m). In order to investigate the possibility of determining the water content in a wider measuring range, the biomass samples were dried in a laboratory dryer for 4 hours at 105°C, and additionally, model samples with different water content were prepared using ground coffee as a matrix. The prepared samples were tested with coulometric Karl Fischer titration with evaporation method. The conducted research confirmed that the method of coulometric Karl Fischer titration with evaporation is perfect for testing biomass samples. It is characterized by a very good repeatability in the tested range, from 0.7 to 75% (m/m).

Słowa kluczowe

PL

biomasa; woda; wilgoć; miareczkowanie kulometryczne; Karl Fischer; odparowanie

EN

biomass; water; moisture; coulometry; Karl Fischer; titration; evaporation

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 5
• Strony: 393--400
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Jędrychowska Sylwia

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kowalczyk Anna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Agger J.W., Nilsen P.J., Fijsink V.G.H., Horn S.J., 2014. On the Determination of Water Content in Biomass Processing. Bioenergy Research, 7(1): 442–449. DOI: 10.1007/s12155-013-9388-2.
• Carneiro J. da S., Nogueira R.M., Martins M.A., Valladão D.M. de S., Pires E.M., 2018. The Oven-Drying Method for Determination of Water Content in Brazil Nut. Bioscience Journal, 34(3): 595–602. DOI: 10.14393/BJ-v34n3a2018-37726.
• Gielen D., Saygin D., Wagner N., Budzianowski W., 2015. REmap 2030 Perspektywy rozwoju energii odnawialnej w Polsce. IRENA, Abu Dhabi. <https://www.irena.org/remap> (dostęp: październik 2021).
• Jęczmionek Ł., 2006. Biomasa jako surowiec do produkcji paliw węglowodorowych – Zgazowanie biomasy do syngazu i jego wykorzystanie. Nafta-Gaz, 62(2): 72–82.
• Lubowicz J., 2009. Węglowodory z odpadowych tworzyw sztucznych i biomasy. Nafta-Gaz, 65(9): 712–717.
• Opia A.C., Hamid M.K.B.A., Johnson C.A.N., 2020. Biomass as a potential source of sustainable fuel, chemical and tribological materials – Overview. Materials Today: Proceedings, 39(2): 922–928. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.045
• Piwowar A., Dzikuć M., 2016. Outline of the economic and technical problems associated with the co-combustion of biomass in Poland. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54(C): 415–420. DOI: 10.1016/j.rser.2015.10.044
• Rogowska D., 2021. Wytyczne do modelowania emisji GHG w cyklu życia komponentów paliw z pirolizy biomasy. Nafta-Gaz, 77(8): 561–567. DOI: 10.18668/NG.2021.08.07.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).