Публикации 2014-2023 гг.
1 Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН
Aкадемгородок, 50/28, Красноярск, 660036 Российская Федерация
2 Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М. Ф. Решетнева
пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 Российская Федерация
E-mail: petrunina@ksc.krasn.ru, lsr@ksc.krasn.ru, tatyana-htd09@mail.ru, aniskina_a@ksc.krasn.ru,
Реферат
УДК: 630*812.14+633.877.2+633.877.3
Петрунина Е. А.1, Лоскутов С. Р.1, Рязанова Т. В.2, Анискина А. А.1, Пермякова Г. В.1, Стасова В. В.1 Сравнительный анализ физико-химических свойств коры лиственницы и сосны: термический анализ и аналитический пиролиз // Сибирский лесной журнал. 2022. № 4. С. 35–49.
DOI: 10.15372/SJFS20220404
© Петрунина Е. А., Лоскутов С. Р., Рязанова Т. В., Анискина А. А., Пермякова Г. В., Стасова В. В., 2022
Исследование посвящено термическому анализу и флэш пиролизу коры лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris 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 (Еа) термического разложения коры от степени конверсии использованы для расчета термодинамических параметров ΔH, ΔG и ΔS этого процесса, используемых при проектировании и масштабировании технологий термической обработки и пиролиза коры для производства технических продуктов с повышенной добавленной стоимостью. Средние значения Еа, ΔH, ΔG и ΔS составляют 206.7, 201.1, 248.7 кДж×моль–1 и –78.0 Дж×(моль×К)–1 для коры лиственницы (КЛ) и 235.3, 229.7, 310.6 кДж×моль–1 и –129.4 Дж×(моль×К)–1 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. Величины экзотермических эффектов термоокислительной деструкции равны 15.1 и 15.9 кДж×г–1 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.
Текст статьи
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
Анучин Н. П. Лесная таксация. 6-е изд. М.: ВНИИЛМ, 2004. 552 с. [Anuchin N. P. Lesnaya taksatsiya (For. invent.). 6-e izd. (6th Ed.). Moscow: VNIILM, 2004. 552 p. (in Russian)].
Валеева А. Р. Валиуллина А. И., Бикбулатова Г. М., Башкиров В. Н. Уменьшение массовой доли свободного формальдегида в фенолоформальдегидных смолах с замещением фенола жидкими продуктами пиролиза древесины // Деревообр. пром-сть. 2021. № 3. С. 94–102 [Valeeva A. R., Valiullina A. I., Bikbulatova G. M., Bashkirov V. N. Umen'shenie massovoy doli svobodnogo formal'degida v fenoloformal'degidnykh smolakh s zamescheniem fenola zhidkimi produktami piroliza drevesiny (Reducing the mass fraction of free formaldehyde in phenol-formaldehyde resins with the replacement of phenol by liquid products of wood pyrolysis) // Derevoobr. prom-st' (Wood Processing Industry). 2021. N. 3. P. 94–102 (in Russian)].
Валеева А. Р. Применение жидких продуктов быстрого пиролиза древесных отходов в качестве компонента фенолоформальдегидных смол: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.21.03. Казань: КНИТУ, 2022. 16 с. [Valeeva A. R. Primenenie zhidkikh produktov bystrogo piroliza drevesnykh otkhodov v kachestve komponenta fenoloformal'degidnykh smol: avtoref. dis. … kand. tekh. nauk: 05.21.03 (Application of liquid products of rapid pyrolysis of wood waste as a component of phenol-formaldehyde resins: Cand. Tech. Sci. (PhD) thesis), Kazan: KNITU (Kazan Nat. Res. Technol. Univ.), 2022. 16 p. (in Russian)].
Валиуллина А. И., Грачев А. Н., Валеева А. Р., Бикбулатова Г. М., Забелкин С. А., Башкиров В. Н. Использование биополиолов, полученных из жидких продуктов пиролиза березовых опилок, в качестве возобновляемого компонента в производстве жестких пенополиуретанов // Все материалы. Энциклопед. справочник. 2021. № 10. С. 41–48 [Valiullina A. I., Grachev A. N., Valeeva A. R., Bikbulatova G. M., Zabelkin S. A., Bashkirov V. N. Ispol'zovanie biopoliolov, poluchennykh iz zhidkih produktov piroliza berezovykh opilok, v kachestve vozobnovlyaemogo komponenta v proizvodstve zhestkikh penopoliuretanov (Use of biopolyols derived from liquid pyrolysis products of birch sawdust as a renewable component in the production of rigid polyurethane foams) // Vse materialy. Entsiklopedicheskiy spravochnik (All material. Encyclopedia Directory). 2021. N. 10. P. 41–48 (in Russian)].
Гайле А. А., Сомов В. Е., Варшавский О. М. Ароматические углеводороды: выделение, применение, рынок: cправочник. СПб.: Химиздат, 2000. 542 с. [Gayle A. A., Somov V. E., Varshavskiy O. M. Aromaticheskie uglevodorody: vydelenie, primenenie, rynok: spravochnik (Aromatic hydrocarbons: extraction, application, market: Reference book). St. Petersburg: Khimizdat, 2000. 542 p. (in Russian)].
Лоскутов С. Р., Петрунина Е. А., Шапченкова О. А., Пляшечник М. А., Стасова В. В. Физико-химические показатели коры лиственницы сибирской: натуральной, химически модифицированной и после адсорбции катионов тяжелых металлов // Лесн. вестн. 2020. Т. 24. № 2. С. 98–111 [Loskutov S. R., Petrunina E. A., Shapchenkova O. A., Plyashechnik M. A., Stasova V. V. Fiziko-khimicheskie pokazateli kory listvennitsy sibirskoy: natural'noy, khimicheski modifitsirovannoy i posle adsorbtsii kationov tyazhelykh metallov (Physical-chemical properties of natural, chemically modified, and post- heavy-metal- cation-adsorption Siberian larch bark) // Lesn. vestn. (For. Bull.). 2020. V. 24. N. 2. P. 98–111 (in Russian with English abstract)].
Лотова Л. И. Анатомия коры хвойных. М.: Наука, 1987. 152 с. [Lotova L. I. Anatomiya kory khvoynykh (Anatomy of coniferous bark). Moscow: Nauka (Science), 1987. 152 р. (in Russian)].
Оболенская А. В., Ельницкая З. П., Леонович А. А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с. [Obolenskaya A. V., Elnitskaya Z. P., Leonovich A. A. Laboratornye raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy (Laboratory work on wood chemistry and cellulose). Moscow: Ekologiya (Ecology), 1991. 320 p. (in Russian)].
Рязанова Т. В., Репях С. М. Химия и технология коры. Красноярск: КГТА, 1996. 301 с. [Ryazanova T. V., Repyakh S. M. Khimiya i tekhnologiya kory (Chemistry and technology of bark). Krasnoyarsk: KGTA (Krasnoyarsk St. Acad. Technol.), 1996. 301 р. (in Russian)].
Семенович А. В., Лоскутов С. Р. Адсорбция катионных красителей модифицированной корой хвойных древесных пород // Хим. раст. сырья. 2004. № 3. С. 121–125 [Semenovich A. V., Loskutov S. R. Adsorbtsiya kationnykh krasiteley modifitsirovannoy koroy khvoynykh drevesnykh porod (Adsorption of cationic dyes by modified coniferous bark) // Kimiya rastitel'nogo syr'ya (Chem. Plant Raw Mat.). 2004. N. 3. P. 121–125 (in Russian with English abstract)].
Baroni É. G., Tannous K., Rueda-Ordόñez Y. J., Tinoco K. The applicability of isoconversional models in estimating the kinetic parameters of biomass pyrolysis // J. Therm. Anal. Calorim. 2016. V. 123. N. 2. P. 909–917.
Carrasco E., Smith K. J., Meloni G. Synchrotron photoionization study of Furan and 2-Methylfuran reactions with Methylidyne radical (CH) at 298 K // J. Phys. Chem. A. 2018. V. 122. N. 1. P. 280–291.
Chen H., Yue X., Yang J., Lv C., Dong S., Luo X., Sun Z., Zhang Y., Li B., Zhang F., Gu H., Yang Y., Zhang Q., Ge S., Bi H., Zheng D., Zhao Y., Li C., Peng W. Pyrolysis molecule of Torreya grandis bark for potential biomedicine // Saudi J. Biol. Sci. 2019. V. 26. Iss. 4. P. 808–815.
Dave A., Gupta G. K., Mondal M. K. Study on thermal degradation characteristics, kinetics, thermodynamic, and reaction mechanism analysis of Arachis hypogaea shell pyrolysis for its bioenergy potential // Biomass Convers. Biorefin. 2021. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01749-7 (Publ. online: 14 July 2021).
Dibdiakova J., Wang L., Li H. Characterization of ashes from Pinus Sylvestris forest biomass // The 7th Int. Conf. Appl. Energy – ICAE2015 Energy Proc. 2015. V. 75. P. 186–191.
Dulman V., Odochian L., Dumitras M., Cucu-Man S. A study by non-isothermal thermal methods of spruce wood bark materialss after their application for dye removal // J. Serb. Chem. Soc. 2005. V. 70. N. 11. P. 1325–1333.
Harvey O. R., Kuo L.-J., Zimmerman A. R., Louchouarn P., Amonette J. E., Herbert B. E. An index-based approach to assessing recalcitrance and soil carbon sequestration potential of engineered black carbons (biochars) // Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46. N. 3. P. 1415–1421.
Jadhav D. K., Khandelwal K. R., Ketkar A. R., Pisal S. S. Formulation and evaluation of mucoadhesive tablets containing eugenol for the treatment of periodontal diseases // Drug Develop. Industr. Pharm. 2004. V. 30. N. 2. P. 195–203.
Mamleev V., Bourbigot S., Le Bras M., Lefebvre J. Three model-free methods for calculation of activation energy in TG // J. Therm. Anal. Calorim. 2004. V. 78. P. 1009–1027.
Ozawa T. A new method of analyzing thermogravimetric data // Chem. Soc. Jap. 1965. V. 38. N. 11. P. 1881–1886.
Pásztory Z., Mohácsine I. R., Gorbacheva G., Börcsök Z. The utilization of tree dark // BioRes. 2016. V. 11. N. 3. P. 7859–7888.
Petrunina E. A., Shapchenkova O. A., Loskutov S. R. Physico-chemical parameters of Siberian larch (Larix sibirica L.) bark extracted with water-amino-alcoholic extractants // Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya (Chem. Plant Raw Mat.). 2021. N. 2. P. 103–107.
Santín C., Doerr S. H., Merino A., Bucheli T. D., Bryant R., Ascough P., Gao X., Masiello C. A. Carbon sequestration potential and physicochemical properties differ between wildfire charcoals and slow-pyrolysis biochars // Sci. Rep. 2017. V. 7. Article number: 11233.
Shangguan W., Chen Z., Zhao J, Song X. Thermogravimetric analysis of cork and cork components from Quercus variabilis // Wood Sci. Technol. 2018. V. 52. P. 181–192.
Shao Q., Wang C., Liu H., Wang Y., Guo J. Reaction mechanism and evolved gases of larch bark pyrolysis by TG‑FTIR analysis // Wood Sci. Technol. 2019. V. 53. Iss. 5. P. 101–118.
Yue X., Li X., Chen X., Ashraf M. A., Liu Z., Bi1 H., Zheng D., Zhao Y., Peng W. Molecules and functions of Cornus officinalis bark volatiles // Emir. J. Food Agr. 2018. V. 30. Iss. 10. P. 828–838.
