Use of the FTIR-ATR technique for testing heavy metal contaminated energy crops

Werle, S.; Ziółkowski, Ł.; Tomescu, C.; Rusu, V.; Milandru, A.; Pogrzeba, M.

doi:10.2429/proc.2017.11(2)046

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Use of the FTIR-ATR technique for testing heavy metal contaminated energy crops

Autorzy

Werle S. , Ziółkowski Ł. , Tomescu C. , Rusu V. , Milandru A. , Pogrzeba M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2017.11(2)046

Warianty tytułu

Wykorzystanie techniki FTIR-ATR do badania roślin energetycznych zanieczyszczonych metalami ciężkimi

Konferencja

ECOpole’17 Conference (4-7.10.2017 ; Polanica Zdrój, Poland)

Języki publikacji

Abstrakty

Spectroscopic methods are one of the most popular tools for identifying and analysing the organic compound structure. They are characterized by high speed of measurement and a small amount of material necessary for testing. Attenuated Total Reflectance (ATR) is a relatively new technique for infrared spectroscopy. In contrast to classical transmission measurement, the ATR technique is a reflexive method. Its advantage is the lack of sample preparation and the possibility of testing various materials containing organic carbon such as biomass. In the paper, the FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy) analyses of two energy crop feedstock were carried out: (1) grass Miscanthus x giganteus, MG - representative of the monocotyledonous plant, and (2) perennial plant Sida hermaphrodita, SH - representative of the diocotyledonous plant. Spectra were recorded using the Spectrum GX spectrometer with the ATR supplement from a Perkin Elmer company with the 32 scans and a 4 cm^–1 resolution. Analysis of the spectra of both biomass samples indicates the presence of the groups -OH (3415 cm^–1 for MG and 3412 cm^–1 for SH). In addition, C = O (1733 cm^–1 for MG and 1735 cm^–1 for SH) are also present in ketones and quinones, C-C-O, C-H from aromatic rings and CH₂ from saturated compounds. In addition, the spectra of both biomass samples were compared with library spectral masses of the coarse cardboard and cellulose with lignin. The similarity coefficient for MG is 87% for coarse cardboard and 85% for lignin and cellulose, and for SH - 86% for coarse cardboard and 81% for lignin and cellulose.

Metody spektroskopowe są jednym z najpopularniejszych narzędzi do identyfikacji oraz badania budowy związków organicznych. Cechują się dużą szybkością wykonania pomiaru oraz niewielką ilością materiału niezbędnego do badania. Stosunkowo nową techniką spektroskopii w podczerwieni jest spektroskopia osłabionego całkowitego odbicia (ang. Attenuated Total Reflectance - ATR). W przeciwieństwie do klasycznego pomiaru metodą transmisyjną technika ATR należy do metod refleksyjnych. Jej zaletą jest brak konieczności przygotowania próbki oraz możliwość badania różnych materiałów zawierających węgiel organiczny, jak np. biomasa. W pracy wykonano analizy FTIR dwóch gatunków roślin energetycznych: (1) trawy z gatunku Miskant olbrzymi (łac. Miscanthus x giganteus, MG), przedstawiciela klasy jednoliściennych, oraz (2) byliny z gatunku Ślazowiec pensylwański (łac. Sida hermaphrodita, SH), przedstawiciela klasy dwuliściennych. Widma zarejestrowane zostały za pomocą spektrometru Spectrum GX z dostawką ATR firmy Perkin Elmer. Widma były rejestrowane w 32 powtórzeniach z rozdzielczością 4 cm^–1. Analiza widm obu próbek biomasy wskazuje na obecność grup -OH (3415 cm^–1 dla MG oraz 3412 cm^–1 dla SH). Ponadto obecne są grupy C=O (1733 cm^–1 dla MG oraz 1735 cm^–1 dla SH), prawdopodobnie w ketonach i chinonach, C-C-O, C-H z pierścieni aromatycznych oraz CH₂ ze związków nasyconych. Dodatkowo widma obu próbek biomasy zestawiono z widmami mas biblioteki wzorców kartonu oraz celulozy z ligniną. Współczynnik podobieństwa w przypadku MG wynosi 87% dla kartonu i 85% dla ligniny i celulozy, a w przypadku SH - 86% dla kartonu i 81% dla ligniny i celulozy.

Słowa kluczowe

FTIR-ATR energy crops Miscanthus x giganteus Sida hermaphrodita

FTIR-ATR rośliny energetyczne Miscanthus x giganteus Sida hermaphrodita

Wydawca

Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Proceedings of ECOpole

Rocznik

2017

Tom

Vol. 11, No. 2

Strony

443--452

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Werle S.

Institute of Thermal Technology, Silesian University of Technology, ul. S. Konarskiego 22, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Ziółkowski Ł.

Institute of Thermal Technology, Silesian University of Technology, ul. S. Konarskiego 22, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Tomescu C.

Institutul de Studii si Proiectări Energetice, Lacul Tei 1-3, 020371 Bucharest, Romania

autor

Rusu V.

Institutul de Studii si Proiectări Energetice, Lacul Tei 1-3, 020371 Bucharest, Romania

autor

Milandru A.

Institutul de Studii si Proiectări Energetice, Lacul Tei 1-3, 020371 Bucharest, Romania

autor

Pogrzeba M.

Institute for Ecology of Industrial Areas, ul. L. Kossutha 6, 40-844 Katowice, Poland

Bibliografia

[1] Fonts I, Gea G, Azuara M, Ábrego J, Arauzo J. Renew Sustain Energy Rev. 2012;16:2781-2805. DOI: 10.1016/j.rser.2012.02.070.
[2] Fytili D, Zabaniotou A. Renew Sustain Energy Rev. 2008;12:116-140. DOI: 10.1016/j.rser.2006.05.014.
[3] Kosobucki P, Chmarzynski A, Buszewski B. Pol J Environ Stud. 2000;9:243-248. http://www.pjoes.com/pdf/9.4/243-248.pdf.
[4] Yang C, Wang J, Lei M, Xie G, Zeng G, Luo S. J Environ Sci. 2010:22;675-680. DOI: 10.1016/S1001-0742(09)60162.
[5] Bodzek M, Dudziak M. Desalination. 2006;198:24-32. DOI: 10.1016/j.desal.2006.09.005.
[6] Jelic A, Gros M, Ginebreda A, Cespedes-Sánchez R, Ventura F, Petrovic M, et al. Water Res. 2011;45:1165-1176. DOI: 10.1016/j.watres.2010.11.010.
[7] Seggiani M, Puccini M, Raggio G, Vitolo S. Waste Manage. 2012;32:1826-1834. DOI: 10.1016/j.wasman.2012.04.018.
[8] Wilk M, Magdziarz A, Kalemba I. Energy. 2015;87:259-269. DOI: 10.1016/j.energy.2015.04.073.
[9] Mininni G, Blanch A, Lucena F, Berselli S. Environ Sci Pollut Res. 2015;22:7361-7374. DOI: 10.1007/s11356-014-3132-0.
[10] Stolarski MJ, Krzyżaniak M, Śnieg M, Słomińska E, Piórkowski M, Filipkowski R. Int Agrophys. 2014;28:201-211. DOI: 10.2478/intag-2014-0009. Use of the FTIR-ATR technique for testing heavy metal contaminated energy crops 451
[11] Wilk M, Magdziarz A, Kalemba I, Gara P. Renew Energy. 2016;85:507-513. DOI: 10.1016/j.renene.2015.06.072.
[12] Chomiak J, Longwell JP, Sarofim AF. Prog Energ Combust. 1989;15:109-129. DOI: 10.1016/0360-1285(89)90012-9.
[13] Kalina J. Thermal Sci. 2012;16:827-848. DOI: 10.2298/TSCI120126124K.
[14] Skorek-Osikowska A, Bartela Ł, Kotowicz J, Sobolewski A, Iluk T, Remiorz L. Energy. 2014;67:328-340. DOI: 10.1016/j.energy.2014.01.015.
[15] Kalina J. App Therm Eng. 2011;31:2829-2840. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2011.05.008.
[16] Zhao P, Shen Y, Ge S, Yoshikawa K. Energy Convers Manage. 2014;78:815-821. DOI: 10.1016/j.enconman.2013.11.026.
[17] Nilsson S, Gómez-Barea A, Cano DF. Fuel. 2012;92:346-353. DOI: 10.1016/j.fuel.2011.07.031.
[18] Aznar M, San Anselmo M, Manyà JJ, Murillo MB. Energy Fuels. 2009;23:3236-45. DOI: 10.1021/ef801108s.
[19] Yang C, Wang J, Lei M, Xie G, Zeng G, Luo S. J Environ Sci. 2010:22;675-680. DOI: 10.1016/S1001- 0742(09)60162-5.
[20] Jiang J, Zhao Q, Zhang J, Zhang G, Lee DJ. Bioresour Technol. 2009;100:5808-5812. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.06.076.
[21] Cieślik BM, Namieśnik J, Konieczka P. J Cleaner Prod. 2015;90:1-15. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.11.031.
[22] Jayaraman K, Gökalp I. Energy Convers Manage. 2015;89:83-91. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.09.058.
[23] CIA World Factbook. Poland: Geography & Socio-Economic Status World Factbook: Country Profile 2016. http://bit.ly/2dqrLOF.
[24] Matsunaga K, Themelis NJ. Effects of affluence and population density on waste generation and disposal of municipal solid wastes. Earth Engineering Center Report. 2002:1-28. http://www.seas.columbia.edu/earth/waste-affluence-paper.pdf.
[25] Hoornweg D, Bhada-Tata P. What a waste: a global review of solid waste management. Urban Development Series Knowledge Papers, 2012. Washington DC: World Bank Group; 1-98. http://bit.ly/1mjzbQB.
[26] Nyakuma BB, Mazangi M, Tuan Abdullah TA, Johari A, Ahmad A, Oladokun O. Appl Mech Mater. 2014;699:534-539. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.699.534.
[27] EN ISO 18134-3:2015 Solid biofuels - Determination of moisture content - Drying method - Part 3: Moisture in general analysis sample. https://www.iso.org/standard/61637.html.
[28] PN-EN 15402:2011 Solid secondary fuels - Determination of volatile matter content. http://sklep.pkn.pl/pn-en-15402-2011e.html.
[29] PN-EN 15403:2011 Solid secondary fuels - Determination of ash content. http://sklep.pkn.pl/pn-en-15403-2011e.html.
[30] Werle S, Bisorca D, Katelbach-Woźniak A, Pogrzeba M, Krzyżak J, Ratman-Kłosińska I, et al. J Energy Inst. 2017;90:408-417. DOI: 10.1016/j.joei.2016.04.002.
[31] Cao Y, Pawłowski A. Renew Sustain Energy Rev. 2012;16:1657-1665. DOI: 10.1016/j.rser.2011.12.014.
[32] Magdziarz A, Werle S. Waste Manage. 2014;34:174-179. DOI: 10.1016/j.wasman.2013.10.033.
[33] Atienza-Martínez M, Fonts I, Ábrego J, Ceamanos J, Gea G. Chem Eng J. 2013;222:534-545. DOI: 10.1016/j.cej.2013.02.075.

Uwagi

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

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-d038ef0c-24ba-4b42-b644-d0fab1884b57