Utilizando el Modelo de Análisis de Procesos Condicionales para Caracterizar la Evolución de la Estructura del Carbono en el Biochar con Diferentes Temperaturas de Pirólisis y Tiempo de Sostenimiento
Autores: Zhang, Shuai; Jia, Xiangdong; Wang, Xia; Chen, Jianyu; Cheng, Can; Jia, Xichuan; Hu, Haibo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Utilizando el Modelo de Análisis de Procesos Condicionales para Caracterizar la Evolución de la Estructura del Carbono en el Biochar con Diferentes Temperaturas de Pirólisis y Tiempo de Sostenimiento
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Temperatura
Estructura del biochar
Tiempo de retención
Tipos de materia prima
Aromatización
Grupos funcionales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
La temperatura determina la estructura del biochar durante la pirólisis. Sin embargo, las diferencias en el tiempo de retención y los tipos de materia prima pueden afectar esta relación. El modelo de análisis de procesos condicionales se utilizó en este trabajo para investigar el potencial de afectar este mecanismo. Las partes de ramas y hojas se pirolizaron por separado a 350, 450, 650 y 750 grados C, y se mantuvieron durante 0.5, 1 y 2 horas a cada temperatura objetivo. Medimos el contenido de carbono fijo y cenizas, así como la composición elemental (C, H, O y N) de las materias primas y sus muestras de carbón. Después de trazar un diagrama de Van Krevelen (VK) para determinar la aromatización de los carbones, se analizaron los cambios en los grupos funcionales utilizando espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), Raman y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Los resultados revelaron que la pirólisis a temperaturas entre 450 y 750 grados C fue responsable de la aromatización del biochar, ya que la relación atómica H/C de los carbones a base de ramas (BC) disminuyó de 0.53-0.59 a 0.15-0.18, y la relación de los carbones a base de hojas (LC) disminuyó de 0.56-0.68 a 0.20-0.22; la relación atómica O/C de BC disminuyó de 0.22-0.27 a 0.08-0.11, mientras que la de LC disminuyó de 0.26-0.28 a 0.18-0.21. Además, los contenidos promedio de N (1.89%) y cenizas (13%) en LC fueron evidentemente mayores que en BC (N: 0.62%; Ceniza: 4%). Por lo tanto, BC fue superior a LC en términos de estabilidad del biochar. Además, el aumento de las relaciones I/I en BC y LC indicó una mayor cantidad de la estructura de carbono aromático amorfo con anillos de benceno fusionados de tamaño mediano (2~6 anillos). Según el análisis CPA, una extensión del tiempo de retención mejoró significativamente el aumento de las estructuras aromáticas de LC con la temperatura. Pero esta extensión redujo ligeramente el crecimiento en las estructuras aromáticas de BC. Todo indica que el tiempo de retención y los tipos de materia prima (materia prima de ramas o de hojas) podrían afectar significativamente la variación en la estructura aromática del biochar con respecto a la temperatura.
Descripción
La temperatura determina la estructura del biochar durante la pirólisis. Sin embargo, las diferencias en el tiempo de retención y los tipos de materia prima pueden afectar esta relación. El modelo de análisis de procesos condicionales se utilizó en este trabajo para investigar el potencial de afectar este mecanismo. Las partes de ramas y hojas se pirolizaron por separado a 350, 450, 650 y 750 grados C, y se mantuvieron durante 0.5, 1 y 2 horas a cada temperatura objetivo. Medimos el contenido de carbono fijo y cenizas, así como la composición elemental (C, H, O y N) de las materias primas y sus muestras de carbón. Después de trazar un diagrama de Van Krevelen (VK) para determinar la aromatización de los carbones, se analizaron los cambios en los grupos funcionales utilizando espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), Raman y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Los resultados revelaron que la pirólisis a temperaturas entre 450 y 750 grados C fue responsable de la aromatización del biochar, ya que la relación atómica H/C de los carbones a base de ramas (BC) disminuyó de 0.53-0.59 a 0.15-0.18, y la relación de los carbones a base de hojas (LC) disminuyó de 0.56-0.68 a 0.20-0.22; la relación atómica O/C de BC disminuyó de 0.22-0.27 a 0.08-0.11, mientras que la de LC disminuyó de 0.26-0.28 a 0.18-0.21. Además, los contenidos promedio de N (1.89%) y cenizas (13%) en LC fueron evidentemente mayores que en BC (N: 0.62%; Ceniza: 4%). Por lo tanto, BC fue superior a LC en términos de estabilidad del biochar. Además, el aumento de las relaciones I/I en BC y LC indicó una mayor cantidad de la estructura de carbono aromático amorfo con anillos de benceno fusionados de tamaño mediano (2~6 anillos). Según el análisis CPA, una extensión del tiempo de retención mejoró significativamente el aumento de las estructuras aromáticas de LC con la temperatura. Pero esta extensión redujo ligeramente el crecimiento en las estructuras aromáticas de BC. Todo indica que el tiempo de retención y los tipos de materia prima (materia prima de ramas o de hojas) podrían afectar significativamente la variación en la estructura aromática del biochar con respecto a la temperatura.