Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Biomassza anyagok vizsgálata termoanalitikai módszerekkel Készítette: Patus Eszter Nagykanizsa, Batthyány Lajos Gimnázium
Témavezető: Sebestyén Zoltán 2010. júl. 2.
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Mit is vizsgáltunk?
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
•Biomassza: A Földön lévő összes élő tömeg megújuló energiaforrás •Vizsgálati szempont: energetikai hasznosítás
Előkezelés: aprítás (fizikai) késes malom
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Minták
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Búzaszalma minta: Lágy szárú
Fűzfa minta: Fás szárú
Fő alkotók (hemicellulóz, cellulóz, lignin) vizsgálata Szerkezet jellemzése Bomlástermékek mennyiségi és minőségi elemzése Hasonlóságok és különbségek értelmezése Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Műszeres analitikai módszerek
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
TG-Termogravimetria
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
• Az idő és a hőmérséklet függvényében méri az anyagok tömegének változását. • Lassú pirolízist idéz elő.
• A mintánk bomlása során végbemenő tömegcsökkenést jellemezte.
Mérési adatok: Búzaszalma és fűzfa: kb. 2,7mg 0°C-ról 900°C-ra (10°C/min) Ar atmoszféra (140ml/min)
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Pyr-GC/MS
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Pirolízis GC: Többkomponensű gáz elválasztására.
•
Pirolizátor, mint injektor
•
Mozgófázis = inert vivőgáz, állófázis = kapilláris
•
Adott komponensekre jellemző a retenciós idő.
•
A molekulák a nagyságuk alapján elválnak a kapillárisban.
Mérési adatok: Mintatömeg: kb. 0,7mg He vivőgáz Pirolízis: 600 °C, 20s Oszlop: HP-5MS
MS: •Univerzális detektor •Azonosítás m/z arány révén •Egységei: - ionforrás - analizátor - detektor
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Adatok kiértékelése
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
TG-DTG görbék
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Búzaszalma -dm/dt (%/s)
Fűzfa
m (%)
-dm/dt (%/s)
m (%)
80 0.125
80
70
TG
60
0.100
50 0.075
0.025
10
0.000 100
200
300
400
DTG
0 600
500
60
0.100
50
30 20
70
0.075
40
0.050
0.125
40 30
0.050
20
0.025
10
0.000 100
200
homerseklet (°C)
300
400
500
0 600
homerseklet (°C)
m (%)
cellulóz
-dm/dt dm/dt (%/s)
80 0.125
70 60
0.100
50
hemicellulóz
0.075
40 30
0.050
20
lignin
0.025
10 0
0.000 100
200
300
400
500
homerseklet (°C)
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
600
100
200
300
400
homerseklet (°C)
500
600
Kromatogramok I.
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Búzaszalma HO-CH2-CHO
Intenzitas
OH
3000000
CH3COOH
2600000
O
OH-CH2-CH2-CHO
2200000
O
1800000 1400000 1000000 600000 200000
Fűzfa
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Idő (perc)
Intenzitás 3000000 2600000 2200000 1800000 1400000 1000000
600000 200000
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Idő (perc)
Kromatogramok II.
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
Búzaszalma
OH
Intenzitás
CH
1800000
H3C O
O CH3
O CH3
OH
H3CO
O CH3
CH2
OH
CH
H2C O O OH HO OH
O CH3
CH3
OH
CH
CH2
1600000 1200000
H3CO
OH
2000000
1400000
OH
O CH3
1000000 800000
CH CH3
600000 400000 200000
Fűzfa
12
14
16
18
20
22
24
26
12
14
16
18
20
22
24
26
Idő (perc)
Intenzitás 2000000 1800000 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Idő (perc)
Cellulóz termikus degradációja
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
CH2 OH
HO O
HO
R
O CH2 OH
O
HO
O O
HO
HO CH2 OH
OH
R' O
O
H O HO O R
HO CH2 OH
C
CH2 O
O
HO
O
HO
O HO CH2 OH
OH
R' O
O
O CH2
HO
O
OH HO
O
HO CH2 OH
OH
CH2
R' O
O
O HO
OH
levoglükozán HO
O
O OH
HO CH2
H O
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
R' O
O
további lánc
Összefoglalás
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
• • • • •
Biomassza anyagok hőbontása Két pirolízisen alapuló mérési módszer Hőbomlási sajátságok vizsgálata Összetétel, szerkezet Több adat ismerete Biomassza anyagok energiatartalmának jobb kihasználása • Megújuló energiaforrás
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
„A természet hatalmas, az ember parányi. Ezért aztán az ember léte attól függ, milyen kapcsolatot tud teremteni a természettel, mennyire érti meg, és hogyan használja fel erőit saját hasznára. „ (Szent-Györgyi Albert)
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
Köszönetnyilvánítás
Kémiai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia
• • • • •
Témavezetőmnek, Sebestyén Zoltánnak Pekkerné Jakab Emmának Bozi Jánosnak Lendvayné Győrik Gabriellának MTA Kémiai Kutatóközpontjának Elérhetőség:
[email protected]
Anyag- és Környezetkémiai Intézet
