The influence of the protective pyrolysis atmosphere of vegetable waste on biocarbon construction

• Autorzy: Molenda J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ atmosfery ochronnej procesu pirolizy odpadów roślinnych na budowę otrzymywanych biowęgli

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to investigate the influence of the type of the protective gas used during the pyrolysis of selected plant waste on the chemical structure and microstructure of produced biocarbons. The following types of vegetable waste were selected for tests: wheat straw, maize waste, flax straw, and cherries stones. Carbon dioxide or nitrogen was used as a protective gas during the pyrolysis. The pyrolysis was carried out of cascade conditions to increase of the temperature to a maximum of 500°C. The produced biocarbons were analysed by Raman spectroscopy, FTIR spectrophotometry, and the SEM/EDS technique. It was found that protective gas has a clear influence on the microstructure and chemical structure of the pyrolysis product only in the case of biocarbons obtained from maize waste. It was confirmed that the biocarbon obtained in an atmosphere of carbon dioxide is characterized by a higher proportion of oxygen compared to the product produced in a nitrogen atmosphere. This is due to the presence of oxygen-organic functional groups. In addition, it has been spectrally demonstrated that the biocarbon produced from maize waste in a nitrogen atmosphere is characterized by a high microstructural ordering. However, in the biocarbon obtained in the atmosphere of carbon dioxide are also amorphous areas.

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu rodzaju gazu ochronnego stosowanego podczas pirolizy wybranych odpadów roślinnych na budowę chemiczną i mikrostrukturalną wytwarzanych biowęgli. Do testów wybrano następujące rodzaje odpadów roślinnych: słoma pszeniczna, odpady kukurydziane, paździerze lniane oraz pestki wiśni. Podczas pirolizy prowadzonej w warunkach kaskadowego wzrostu temperatury do maksymalnej wartości 500°C stosowano ditlenek węgla lub azot jako gaz ochronny. Wytworzone biowęgle zbadano następnie za pomocą spektroskopii Ramana, spektrofotometrii FTIR oraz techniką SEM/EDS. Stwierdzono, że jedynie w przypadku biowęgli otrzymywanych z odpadów kukurydzianych zauważa się wyraźny wpływ gazu ochronnego na mikrostrukturę i budowę chemiczną produktu pirolizy. Potwierdzono, że biowęgiel otrzymany w atmosferze ditlenku węgla w porównaniu z produktem wytwarzanym w atmosferze azotu charakteryzuje się większym udziałem tlenu, co wynika z obecności tlenoorganicznych grup funkcyjnych. Poza tym wykazano spektralnie, iż biowęgiel wytwarzany z odpadów kukurydzianych w atmosferze azotu charakteryzuje się wysokim uporządkowaniem mikrostrukturalnym. Natomiast w biowęglu otrzymanym w atmosferze ditlenku węgla występują również obszary amorficzne.

Słowa kluczowe

EN

biocarbon; vegetable waste; biomass; pyrolysis; waste pyrolysis; biocarbon structure

PL

biowęgiel; odpady roślinne; biomasa; piroliza; piroliza odpadów; struktura biowęgla

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 4
• Strony: 97--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Molenda J.

• Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute, Radom, Poland

Bibliografia

• 1. Jeguirim M., Limbusy L.: Biomass chars: elaboration, characterization and applications. Energies, 2017, 10, pp. 2040-2046.
• 2. Azargohar R., Nanda S., Kozinski J., Dalai A., Sutarto R.: Effects of temperature on the physicochemical characteristics of fast pyrolysis bio-chars derived from Canadian waste biomass. Fuel, 2014, 125, pp. 90-100.
• 3. Qing M., Su S., Gao J., Sun Z., Xu K., Xu J., Hu S., Wang Y., Xiang J.: Effects of CO2 /H2 O on the characteristics of chars prepared in CO2 /H2 O/N2 atmospheres. Fuel Processing Technology, 2018, 173, pp. 262-269.
• 4. Senneca O., Cerciello F., Cortese L., Heuer S., Schiemann M., Scherer V.: Effects of CO2 enriched atmosphere on chars from walnut shells pyrolysis in a drop tube reactor. Fuel, 2018, 229, pp. 235-240.
• 5. Senneca O., Cerciello F., Heuer S., Ammendola P.: Slow pyrolysis of walnut shell in nitrogen and carbon dioxide. Fuel, 2018, 225, pp. 419-425.
• 6. Kan T., Strezov V., Evans T.J.: Lignocellulosic biomass pyrolysis: A review of product properties and effects of pyrolysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 57, pp. 1126-1140.
• 7. Putun E., Ates F., Putun A.E.: Catalytic pyrolysis of biomass in inert and steam atmospheres. Fuel, 2008, 87, pp. 815-824.
• 8. Zhang H.Y., Xiao R., Wang D.H., He G.Y., Shao S.S., Zhang J.B., Zhong Z.: Biomass fast pyrolysis in a fluidized bed reactor under N2 , CO2 , CO, CH4 and H2 atmospheres. Bioresource Technology, 2011, 102(5), pp. 4258-4264.
• 9. Fan B., Jia L., Li B., Yao Y., Huo R., Zhao R., Qiao X., Jin Y.: Study on the effect of the pyrolysis atmosphere on the elemental mercury adsorption characteristics and mechanism of biomass char. Energy Fuels, 2018, 32(6), pp. 6869-6878.
• 10. Molenda J., Swat M., Wolszczak M.: Budowa chemiczna i mikrostrukturalna biowęgli otrzymanych pirolitycznie z odpadów roślinnych. Przemysł Chemiczny, 2018, 97(8), pp. 1380-1386 (in Polish).
• 11. Ferrari A.C., Robertson J.: Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphus carbon. Physical Review B, 2000, 61(20), pp. 14096-14107.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).