Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2022
Идентификатор DOI: 10.15372/SJFS20220405
Ключевые слова: bark, larch, pine, thermal analisis, analytical pyrolysis, кора, лиственница, сосна, термический анализ, аналитический пиролиз
Аннотация: Исследование посвящено термическому анализу и флэш-пиролизу коры лиственницы сибирской ( <i>Larix sibirica </i>Ledeb.) и сосны обыкновенной ( <i>Pinus sylvestris</i> L.) как многотоннажного отхода переработки древесины этих пород. С помощью методов термогравиметрии (ТГ/ДТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) выявлен ряд закономерностей термического разложения коры. По четвертым производным контура ДТГ установлены различия «фракционности» потери массы при нагреве коры в условиях термогравиметрического теста. На основе данных ТГ/ДТГ проведен анализ кинетики термодеструкции с использованием изоконверсионного метода Озавы - Флинна - Уолла (ОФУ). Полученные зависимости энергии активации ( Е а) термического разложения коры от степени конверсии использованы для расчета термодинамических параметров Δ H , Δ G и Δ S этого процесса, используемых при проектировании и масштабировании технологий термической обработки и пиролиза коры для производства технических продуктов с повышенной добавленной стоимостью. Средние значения <i>Е</i>а, Δ <i>H</i> , Δ <i>G</i> и Δ <i>S</i> составляют 206.7, 201.1, 248.7 кДж/моль и -78.0 Дж/(моль ∙ К) для коры лиственницы (КЛ) и 235.3, 229.7, 310.6 кДж/моль и -129.4 Дж/(моль ∙ К) для коры сосны (КС). С помощью метода хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС) по технологии парофазного пробоотбора установлен состав летучих соединений коры, которые представлены моно-, сескви-, дитерпенами и кислородсодержащими углеводородами. Идентифицировано 37 соединений КЛ и 41 соединение КС. По результатам ТГ и ДСК охарактеризована термическая устойчивость КЛ и КС относительно графита; рассчитаны парциальные теплоты окислительной термодеструкции для стадий термического разложения, свидетельствующие о различии термических параметров коры. Экзотермические эффекты термоокислительной деструкции равны 15.1 и 15.9 кДж/г для КЛ и КС соответственно. В результате аналитического флэш- пиролиза идентифицировано 55 продуктов пиролиза КЛ и КС с суммарной площадью идентифицированных пиков 77.6 и 89.7 % соответственно. Предложены варианты использования результатов исследования. The study focuses on the thermal analysis and flash pyrolysis of bark of Siberian larch ( <i>Larix sibirica</i> Ledeb.) and Scots pine ( <i>Pinus sylvestris</i> L.). Using thermogravimetry (TG/DTG) and differential scanning calorimetry (DSC), a number of patterns of thermal decomposition of bark were established. The fourth derivatives of the DTG contours revealed differences in the “fractionality” of mass loss during heating of the bark samples. The thermal decomposition kinetics of bark was investigated using the Ozawa - Flynn - Wall isoconversion method. The obtained dependence of the activation energy ( E a) on the conversion degree was used to calculate the thermodynamic parameters (Δ<i> H</i> , Δ <i>G</i> and Δ <i>S</i> ) of thermal decomposition. The mean values of E a, Δ <i>H</i> , Δ <i>G</i> and Δ <i>S</i> were 206.7, 201.1, 248.7 kJ/mol and -78.0 J/(mol×K) for larch bark (LB) and 235.3, 229.7, 310.6 kJ/mol and -129.4 J/(mol×K) for pine bark (PB). The composition of mono-, sesqui-, diterpenes and oxygen-containing hydrocarbons of bark was determined by headspace GC/MS analysis. 37 and 41 volatile organic compounds were identified for LB and PB, respectively. The thermal stability of LB and PB was characterized using recalcitrant indices calculated from TG and DSC data. Integral values of exothermic effects of thermo-oxidative degradation were 15.1 kJ/g for LB and 15.9 kJ/g for PB. 55 flash pyrolysis products were identified, which accounted for 77.6 % of the total peak area for LB and 89.7 % for PB.
Журнал: Сибирский лесной журнал
Выпуск журнала: № 4
Номера страниц: 35-49
ISSN журнала: 23111410
Место издания: Красноярск
Издатель: Красноярский научный центр СО РАН