Struktura produktów pirolizy kwasów huminowych węgla brunatnego i katalityczne właściwości utlenionych karbonizatów

• Autorzy: Czechowski F. , Klimkiewicz R.

Warianty tytułu

EN

Structure of pyrolysis products from brown coal humic acids and catalytic properties of oxidized carbonizates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kwasy huminowe wydzielone z węgla brunatnego z kopalni Konin zostały scharakteryzowane w zakresie analizy technicznej i elementarnej oraz FTIR, 13C NMR jak też termograwimetrycznej i różnicowej analizy termicznej. Zostały one poddane procesowi konwencjonalnej pirolizy. Skład molekularny gazowych oraz lotnych ciekłych produktów pirolizy kwasów huminowych określono odpowiednio przy pomocy GC oraz GC-MS. Uwolnione składniki gazowe są reprezentowane przez ditlenek węgla, tlenek węgla, metan oraz wodór. Lotne produkty ciekłe stanowią mieszaninę struktur polialkilobenzenowych oraz pochodnych fenolu i metoksyfenoli, w tym głównie gwajakolu. Związki łańcuchowe są reprezentowane przez serię homologiczną kwasów tłuszczowych wykazujących dużą przewagę homologów parzystowęglowych w zakresie C22-C32 oraz serię homologiczną węglowodorów alifatycznych w postaci par n-alk-1-enów/n-alkanów w zakresie homologów C8-C36. Otrzymane wyniki wskazują na materię roślin naczyniowych wzbogaconych w biopolimer występujący w roślinnych kutykulach jako składnik przyczyniający się do budowy substancji humusowej kwasów huminowych. Ze wzrostem temperatury pirolizy następuje pogłębianie defunkcjonalizacji karbonizatu. Utlenione karbonizaty przez częściowe zgazowanie tlenem powietrza wykazują specyficzną aktywność w kierunku dehydratacji i dehydrogenacji w teście z udziałem alkoholu n-butylowego. Karbonizaty kwasów huminowych są obiecującym materiałem dla otrzymywania katalizatorów do niedestruktywnej transformacji oksygenatów.

EN

Humic acids extracted from Konin brown coal (Midland, Poland) were characterized by proximate and elemental analyses as well as FTIR, 13C NMR and thermogravimetric and differential thermal analyses. They were subjected to conventional pyrolysis. Molecular composition of gaseous and liquid pyrolysis products released during the process were determined by GC and GC-MS, respectively. Released gaseous products are composed of carbon dioxide, carbon monoxide, methane and hydrogen. The liquid volatile products constitute mixture of polyalkyl substituted benzene compounds as well as phenolic and methoxyphenolic mainly of guaiacol type derivatives. Chained compounds are represented by homological series of fatty acids with pronounced prevalence of even carbon numbered representatives in the C22-C32 range and aliphatic hydrocarbons represented by n-alk-1-enes/n-alkanes pairs in the range C8-C36. Obtained results indicate on vascular plant matter enriched in biopolymers encountered in plant cuticles as the constituent contributing to humic substance of humic acids. Pyrolysis leads to gradual defunctionalization of remaining solid carbonizates upon increasing heat treatment. Oxidized humic acids carbonizates with air oxygen revealed specific catalytic dehydration and dehydrogenation activity in n-butyl alcohol test. They are promising materials for obtaining catalysts for nondestructive transformations of oxygenates.

Słowa kluczowe

PL

węgiel brunatny; kwasy huminowe; piroliza; struktura; utlenione karbonizaty; aktywność katalityczna

EN

brown coal; humic acids; pyrolysis; structure; oxidized carbonizates; catalytic activity

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 59, nr 1
• Strony: 27--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz.

Twórcy

autor

Czechowski F.

• Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław

autor

Klimkiewicz R.

• Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN, Wrocław

Bibliografia

• [1] Maciejewska A., Kwiatkowska J., Properties of brown coal and its usability for improvement of soil structure. Humic Substances in Ecosystems 6 2005
• [2] Gode F., Pehlivan E., Adsorption of Cr(III) ions by Turkish brown coals. Fuel Processing Technology 86 2005
• [3] Amano H., Watanabe M., Onuma Y., Ueno T., Matsunaga T., Kuchma N.D., Speciation of Cs, Sr and transuranic elements in natural organic substances of surface soil layers. The role of humic substances in the ecosystems and in environmental protection, PTSH - Polish Society of Humic Substances, Wrocław 709-16, 1997
• [4] Lassen P., Carlsen L., Interactions between humic substances and polycyclic aromatic hydrocarbons. The role of humic substances in the ecosystems and in environmental protection, PTSH - Polish Society of Humic Substances, Wrocław 703-708 1997
• [5] Rzepa S., Możliwości wykorzystania węgla brunatnego poza energetyką. Górnictwo Odkrywkowe 45/6 2003
• [6] Bednarczyk J., Zgazowanie węgla brunatnego i wykorzystanie gazu do produkcji mocznika. Górnictwo Odkrywkowe 51/6 2010
• [7] Rzepa S., Marek A., Problemy usuwania zanieczyszczeń w technologii podziemnego zgazowania węgla brunatnego - badania, koncepcja rozwiązania. Górnictwo Odkrywkowe 51/6 2010
• [8] Stach, E., Mackowsky, M. T., Teichmüller, M., Taylor, G. H., Chandra, D., Teichmüller, R., 1982, Stach’s Textbook of Coal Petrology, Gebruder Borntraeger, Berlin 1982
• [9] Stevenson F.J., Humus chemistry. Genesis, composition, reactions. John Wiley & Sons, 1994
• [10] Lawson G.J., Steward D., Coal humic acids. In: Aiken, G.R., McKnight, D.R., Wershaw, R.L., MacCarthy, P.C. (Eds.), Humic Substances II. Wiley-Interscience, New York 641-686 1989
• [11] Saiz-Jimenez C., Applications of pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry to the study of humic substances: evidence of aliphatic biopolymers in sedimentary and terrestrial humic acids. Science of the Total Environment 117/118 1992
• [12] Repelewicz M., Choma J., Influence of chemical modification on porous structure and surface properties of activated carbons. Pol. J. Chem. 82 2008
• [13] Dziewiecki Z.; Jagiello M.; Makowski A., Investigation of polymer organic deposit formed on nickel phosphate in oxidative dehydrogenation of ethylbenzene. React. Funct. Polym. 33/2-3 1997
• [14] Qi W., Su D., Metal-Free Carbon Catalysts for Oxidative Dehydrogenation Reactions. ACS Catal. 4 2014
• [15] Zarubina V., Nederlof C., van der Linden B., F., Kapteijn F., Heeres H.J., Makkee M., Melián-Cabrera I., Making coke a more efficient catalyst in the oxidative dehydrogenation of ethylbenzene using wide-pore transitional aluminas. J. Mol. Catal. A: Chem. 381 2014
• [16] Alkhazov T.G., Lisovskii A.E., Ismailov Yu.A., Kozharov A.I., Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene on activated carbons. I. General characteristics of the process. Kinet. Katal. 19/3 1978
• [17] Fiedorow R., Przystajko W., Sopa M., Dalla Lana I.G., The nature and catalytic influence of coke formed on alumina: Oxidative dehydrogenation of ethylbenzene. J. Catal. 68 1981
• [18] Tagiyev D.B., Gasimov G.O., Rustamov M.I., Carbon deposits on the surface of CaO/SiO2 as active catalysts for the oxidative dehydrogenation of ethylbenzene. Catal. Today 102-103 2005
• [19] Lu X.Q., Hanna J.V., Johnson W.D., Source indicators of humic substances: an elemental composition, solid state 13C CP/MAS NMR and Py-GC/MS study. Applied Geochemistry 15 2000
• [20] Geyer W.; Hemidi F. A.-H.; Bruggemann L.; Hanschmann, G. Investigation of soil humic substances from different environments using TG–FTIR and multivariate data analysis. Thermochimica Acta 361 2000
• [21] Sheppard J.D., Forgeron D.W., Differential thermogravimetry of peat fractions. Fuel 66 1987
• [22] Dell’Abate M.T., Benedetti A., Trinchera A., Dazzi C., Humic substances along the profile of two Typic Haploxerert. Geoderma 107 2002
• [23] Fabiańska J.M., GC-MS investigation of distribution of fatty acids in selected Polish brown coals. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 72 2004
• [24] Gruzdev I.V., Kuzivanov I.M., Zenkevich I.G., Kondratenok. B.M., Gas-chromatographic identification of products formed in iodination of methyl phenols by retention indices. Russian Journal of Applied Chemistry 85/9 2012
• [25] Verheyen T.V., Johns R.B., Structural investigations of Australian coals. I. A characterization of Victorian brown coal lithotypes and their kerogen and humic acid fractions by IR spectroscopy, Geochimica et Cosmochimica Acta 45 1981
• [26] Francioso O., Sanchez-Cortes S., Tugnoli V., Ciavatta C., Sitti L., Gessa C., Infrared, Raman, and nuclear magnetic resonance (1H, 13C, and 31P) spectroscopy in the study of fractions of peat humic acids. Applied Spectroscopy 50 1996
• [27] Ibarra J.V., Munoz E., Moliner R., FTIR study of the evolution of coal structure during the coalification process. Organic Geochemistry 24 1996
• [28] Tengler S., Współczesne metody chemicznej przeróbki węgla. PWN, Warszawa 1981
• [29] Szymański G.S., Karpiński Z., Biniak S., Świa̧tkowski A., The effect of the gradual thermal decomposition of surface oxygen species on the chemical and catalytic properties of oxidized activated carbon. Carbon 40 2002
• [30] Klimkiewicz R., Katalityczne właściwości węgli aktywnych otrzymanych z węgla brunatnego. Górnictwo Odkrywkowe 51/1 2010
• [31] Szymański G.S., Rychlicki G., Importance of oxygen surface groups in catalytic dehydration and dehydrogenation of butan-2-ol promoted by carbon catalysts. Carbon 29 1991
• [32] Klimkiewicz R., Możliwości pozyskiwania organicznych związków tlenowych w wyniku zgazowania węgla. Górnictwo Odkrywkowe 55/1 2014
• [33] Michalski M., Ostrycharczyk M., Proces zgazowania - obecne i rozwijające się technologie stosowane na skalę przemysłową. Górnictwo Odkrywkowe 52/1-2 2011
• [34] Langley L.A., Fairbrother D.H., Effect of wet chemical treatments on the distribution of surface oxides on carbonaceous materials. Carbon 45 2007