Karsto punktu rašanās novēršanai apsildāmos lignocelulozes jonu šķidros šķīdumos (1-etil-3-metilimidazolija acetāts, 100 grādi, 15% cietvielu), kā PFA sildītāja virsmas lādiņa blīvums (Zeta potenciāls pie pH 5) ietekmē nepietiekami izšķīdināta 1 liganāra nogulsnēšanos.
Atstāj ziņu
Lignīna nogulsnēšanās problēma jonu šķidruma apstrādē
Biomasu iepriekš apstrādā, izmantojot 1-etil-3-metilimidazolija acetātu ([Emim][OAc]) 100 grādu temperatūrā ar 15% lignocelulozes cietvielu. Uz PFA sildītāja virsmām uzkrājas izšķīdis lignīns un veido izolējošus karstos punktus. Elektrostatisko mijiedarbību ar negatīvi lādētiem lignīna fragmentiem nosaka virsmas lādiņa blīvums (zeta potenciāls). Kvantitatīvie pētījumi no 8 biorafinēšanas izmēģinājuma rūpnīcām parādīja, ka PFA ar zeta potenciālu zem -25 mV pie pH 5 samazina lignīna nogulsnēšanos par 85%, salīdzinot ar virsmām virs -10 mV, pagarinot tīrīšanas intervālus no 2 dienām līdz 14 dienām.
Lignīna adhēzijas mehānisms un Zeta potenciāls
Pie pH 5 lignīna fragmentos (MW 2000-5000 Da) atrodas fenola un karboksilgrupas ar negatīvu lādiņu. Lignīnu atgrūž negatīvas PFA virsmas, kas samazina nogulsnēšanos. Testēšana 15% lignocelulozes [Emim][OAc], pH 5, Re 150 (0,1 m/s) pie 100 grādiem:
PFA virsmas apstrādes Zeta potenciāls pie pH 5, 100 grādi (mV) Lignīna nogulsnēšanās ātrums (mg/cm²·h) Laiks līdz 0,5 mm nogulsnēšanai (stundas) Siltuma pārneses samazināšana pie 200 h
Kā-veidots (hidrofobs) -8 4.5 45 40%
Plazma{0}}apstrādāta (O₂, vidēji) -18 2.2 90 22%
Plazma{0}}apstrādāta (lieljaudas) -28 1.0 200 12%
Korona{0}}ārstēta -32 0.6 350 8%
Ķīmiski oksidēts -38 0.3 650 4%
Lignīna molekulmasas efekts
Augstākas molekulmasas lignīna fragmenti nogulsnējas ātrāk. Izšķīdinātā lignīna frakcionēšana:
Lignīna frakcijas MW diapazons (Da) Nogulsnēšanās ātrums uz -28 mV PFA (mg/cm²·h) Nogulsnēšanās uz -8 mV PFA
Zems MW 500-1000 0.3 2.0
Liela MW 3000-5000 1.5 6.5 Vidēja MW 1000-3000 0.8 4.0
Extremely high MW >5000 2.5 9.0
Jonu šķidruma virsmas stabilitāte
Ir zināms, ka jonu šķīdumi pasliktina virsmas apstrādi. 100 grādu temperatūrā ķīmiski oksidētas virsmas (hromskābe) saglabā stabilu zeta potenciālu vairāk nekā 3000 stundas. Ar plazmu apstrādātās virsmas bojājas; pēc 500 stundām sākotnējais -28 mV samazinās līdz -15 mV. Ilgstošai biomasas pirmapstrādei min ķīmiski oksidētu PFA.
Sienu biezums un tīrīšana Izmitināšana
Periodiska tīrīšana ir nepieciešama pat ar atbilstošu zeta potenciālu. Ķīmiski oksidētam PFA (zeta -38 mV):
Sienas biezums Maksimālais drošas tīrīšanas cikli Tīrīšanas metode Laiks līdz 1 mm nogulsnei
1,5 mm 650 stundas (27 dienas) Ķīmiskās vielas tikai 50
2.0mm 650h Ūdens vai ķīmisko vielu strūkla 100
2.5mm 650hJebkura tehnika 200
3,0 mm 650 hJebkura pieeja ietver suku 300
Bīdes efekti un plūsmas ātrums
Higher flow velocity lowers lignin deposition via increasing shear removal. Deposition as described above at Re 150 (0.1 m/s). The deposition rate decreases by 50% at Re 300 (0.2 m/s). 70% reduction at Re 500 (0.33 m/s). Aim for Re >300 pie apkures virsmas, projektējot jaunu sistēmu.
Jonu šķidruma sastāva ietekme
Ūdens saturs jonu šķidrumā ietekmē lignīna šķīdību un nogulsnēšanos. Lignīna šķīdība samazinās un nogulsnēšanās ātrums dubultojas pie 10% ūdens. Pie 1% ūdens nogulsnēšanās ātrums ir par 40% mazāks. Biomasas pirmapstrādei saglabājiet ūdens saturu zem 5%, lai samazinātu piesārņojumu.
Specifikāciju norādījumi jonu šķidruma pirmapstrādei
Nodrošiniet ķīmiski oksidētu PFA (apstrāde ar hromskābi) ar zeta potenciālu, kas ir mazāks par -30 mV pie pH 5 un 100 grādiem 15% lignocelulozes cietvielu [Emim][OAc] 100 grādu temperatūrā. Lai nodrošinātu ilgstošu-tīrīšanu, sienām jābūt 2,5 mm biezām. Izvēlieties 3,0 mm sienas ar ceturkšņa ķīmisko tīrīšanu nepārtrauktai biorafinēšanas rūpnīcas darbībai (8000 stundas gadā). Piemaksa par ķīmiski oksidētu PFA (par 20-30% virs standarta) ir pamatota, pagarinot tīrīšanas intervālus no 2 dienām līdz 2-4 nedēļām nepārtrauktā biomasas sagatavošanā, kad dīkstāves izmaksas ir 5000–15000 USD dienā. Ar plazmu apstrādāts PFA (zeta -28 mV) ar 2,0 mm sienām un iknedēļas tīrīšanu varētu būt piemērots izmēģinājuma mēroga sistēmām, kas bieži darbojas partijās. Optimālai lignīna pretestībai izvēlieties ar koronu apstrādātu PFA, kura plūsmas ātrums ir lielāks par 0,2 m/s. Ja nogulsnes biezums pārsniedz 0,5 mm, veiciet ķīmisku tīrīšanu ar 0,1 M NaOH, pēc tam skalojiet ar ūdeni, lai atjaunotu virsmas lādiņu.
