Публикации 2014-2025 гг.
Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН
Aкадемгородок, 50/28, Красноярск, 660036 Российская Федерация
E-mail: lsr@ksc.krasn.ru, aniskina_a@ksc.krasn.ru, kazaryan.lk@ksc.krasn.ru, sholga@ksc.krasn.ru,
Реферат
УДК 630.812.14
Лоскутов С. Р., Анискина А. А., Казарян Л. К., Шапченкова О. А., Петрунина Е. А. Пиролиз коры лиственницы сибирской // Сибирский лесной журнал. 2025. № 5. С. 100–108.
DOI: 10.15372/SJFS20250511
EDN: …
© Лоскутов С. Р., Анискина А. А., Казарян Л. К., Шапченкова О. А., Петрунина Е. А., 2025
Целью работы явилось исследование пиролиза коры лиственницы сибирской, как потенциального сырья для получения торрефикатов и биоугля. На основе результатов термогравиметрии (ТГ) и дифференциальной термогравиметрии (ДТГ) проведен анализ кинетики процесса пиролиза, определены его термодинамические показатели. Проанализированы базовые данные измерений: стадии убыли массы коры при нагреве, отвечающие им температурные интервалы и скорость потери массы. Принимая во внимание сложность строения, химического состава коры и связанный с этим вид пика ДТГ в термогравиметрическом тесте, проведена визуализации «микростадийности» термического разложения коры по четвертой производной контура ДТГ с помощью дифференцирующего фильтра Савицкого-Голея. По изоконверсионному кинетическому методу Озавы-Флинна-Уолла (ОФУ) рассчитаны зависимость энергии активации и предэкспоненциального множителя от степени конверсии. Среднее значение энергии активации равно 283.7 кДж/моль при изменении степени термической конверсии коры (a) от 0.1 до 0.8. Полученная зависимость Еа = f (a) использована для расчета термодинамических параметров (ΔH, ΔG и ΔS) и определения механизма реакций по методу Криадо, характеризующих процесс пиролиза коры. Установлен компенсационный эффект термодеструкции. Средние значения ΔH, ΔG и ΔS составляют 294.7, 157.3, кДж/моль и 215.0 Дж/(моль ´ К) соответственно. В выводах сформулирована интегральная оценка полученных результатов, отмечены область их использования и тематика дальнейших исследований: анализ физико-химических свойств торрефикатов и биоугля получаемых из коры лиственницы.
Текст статьи
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
Володин В. В., Шубаков А. А., Володина С. О., Шергина Н. Н., Василов Р. Г. Тенденции в развитии методов утилизации коры и кородревесных отходов длительного хранения (обзор) // Агр. наука Евро-Северо-Востока. 2022. Т. 23. № 5. С. 611–632 [Volodin V. V., Shubakov A. A., Volodina S. O., Shergina N. N., Vasilov R. G. Tendentsii v razvitii metodov utilizatsii kory i korodrevesnykh otkhodov dlitel’nogo khraneniya (obzor) (Trends in the development of recycling methods for bark and bark-wood waste from long-term storage (review)) // Agr. nauka Evro-Severo-Vostoka (Agr. Sci. of the Euro-North-East). 2022. V. 23. N. 5. P. 611–632 (in Russian with English abstract)].
Оценка лесов Сибири в условиях глобальных изменений / Соколов В. А., Фарбер С. К., Щепащенко Д. Г., Мухортова Л. В., Соколова Н. В., Кривобоков Л. В., Астапенко С. А., Буренина Т. А., Втюрина О. П., Корягина Е. А., Кузьмик Н. С., Ложенко М. Д., Люто А. А., Мартынов А. А., Мурзакматов Р. Т., Онучин А. А., Пашкеева О. Э., Сергеева О. В., Тютькова Е. А., Хиневич Л. А. СПб.: Наукоемкие технол. 2023. 326 с. [Otsenka lesov Sibiri v usloviyakh global'nykh izmeneniy (Assessment of Siberian forests under global changes) / Sokolov V. A., Farber S. K., Shchepashchenko D. G., Mukhortova L. V., Sokolova N. V., Krivobokov L. V., Astapenko S. A., Burenina T. A., Vtyurina O. P., Koryagina E. A., Kuz'mik N. S., Lozhenko M. D., Lyuto A. A., Martynov A. A., Murzakmatov R. T., Onuchin A. A., Pashkeeva O. E., Sergeeva O. V., Tyut’kova E. A., Khinevich L. A. St. Petersburg: Naukoemkie tekhnol. (Sci. Intens. Technol.), 2023. 326 p. (in Russian with English title, summary and contents)].
Петрунина Е. А., Лоскутов С. Р., Рязанова Т. В., Анискина А.А., Пермякова Г.В., Стасова В.В. Сравнительный анализ физико-химических свойств коры лиственницы и сосны: термический анализ и аналитический пиролиз // Сиб. лесн. журн. 2022. № 4. С. 35–49 [Petrunina E. A., Loskutov S. R., Ryazanova T. V., Aniskina A.A., Permyakova G. V., Stasova V. V. Sravnitel’ny analiz fiziko-khimicheskikh svoystv kory listvennitsy i sosny: termicheskiy analiz i analiticheskiy piroliz (Comparative analysis of physicochemical properties of larch and pine bark: thermal analysis and analytical pyrolysis) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2022. N. 4. P. 35–49 (in Russian with English abstract and references)].
Aki U., Ryohei E., Taku K., Ken O., Yoshiaki K., Yasuo K. Pyrolysis of barks from three Japanese softwoods // J. Jap. Inst. Energy. 2014. V. 93. N. 10. P. 953–957.
Aragão B. J. G. de, Messaddeq Y. Peak separation by derivative spectroscopy applied to FTIR analysis of hydrolized silica // J. Brazil. Chem. Soc. 2008. V. 19. P. 1582–1594.
Balart R., Garcia-Sanoguera D., Quiles-Carrillo L., Montanes N., Torres-Giner S. Kinetic analysis of the thermal degradation of recycled acrylonitrile-butadiene-styrene by non-isothermal thermogravimetry // Polymers. 2019. V. 11. N. 2. Article 281. 23 p.
Baroni E. D. G., Tannous K., Rueda-Ordonez Y. J., Tinoco-Navarro L. K. The applicability of isoconversional models in estimating the kinetic parameters of biomass pyrolysis // J. Therm. Analys. Calorimetry. 2016. V. 123. P. 909–917.
Bridgwater A. V. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading // Biomass & Bioenergy. 2012. V. 38. P. 68–94.
Butnaru E., Brebu M. Torrefaction process of needles, cones and bark of spruce (Picea abies (L.) Karst) and pine (Pinus sylvestris L.) // Rev. Chim. 2022. V. 73. N. 3. P. 28–37.
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. 2023. V. 13. N. 10. P. 9289–9304.
Fetisova O. Y., Mikova N. M., Chudina A. I., Kazachenko A. S. Kinetic study of pyrolysis of coniferous bark wood and modified fir bark wood // 2023. Fire. V. 6. N. 2. Article 59. 13 p.
Gallagher N. B. Savitzky-golay smoothing and differentiation filter // Eigenvector Res. Incorp., 2020. 2 p.
Igliński B., Kujawski W., Kiełkowska U. Pyrolysis of waste biomass: technical and process achievements, and future development – a review // Energies. 2023. V. 16. N. 4. Article 1829. 26 p.
Karthikeyan S., Easwaran R. Analysis of a curve fitting model in the amide region applied to the muscle tissues of an edible fish: Labeo rohita fingerlings // JBPC. 2013. V. 13. P. 125–130.
Lövhall F. A review of pyrolysis of bark towards bio-oil. Gothenburg, Sweden: Dep. Chem. Engineer. Chalmers Univ. Technol., 2014. 20 p.
Mamleev V., Bourbigot S., Bras M. L., Lefebvre J. Three model-free methods for calculation of activation energy in TG // J. Therm Analys. Calorimetry. 2004. V. 78. P. 1009–1027.
Ozawa T. A new method of analyzing thermogravimetric data // Bull. Chem. Soc. Jap. 1965. V. 38. N. 11. P. 1881–1886.
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 Materials). 2021. N. 2. P. 103–107.
Poletto M., Pistor V., Zeni M., Zattera A. J. Crystalline properties and decomposition kinetics of cellulose fibers in wood pulp obtained by two pulping processes. // Polymer Degrad. Stabil. 2011. V. 96. N. 4. P. 679–685.
Poletto M., Zattera A. J., Santana R. M. C. Thermal decomposition of wood: kinetics and degradation mechanisms // Bioresource Technol. 2012. V. 126. P. 7–12.
Poletto M. Assessment of the thermal behavior of lignins from softwood and hardwood species // Maderas // Cien. tecnol. 2017. V. 19. N. 1. P. 63–74.
Prinz, R., Kärkönen, A., Alm, J., Liski, E., Tienaho, J., Kilpeläinen, P., Brännst H., Sikanen L., Routa, J. Dynamics of decomposition gases and release of volatile organic substances in long-term storage stockpiles of pine bark: Focus on mono-and sesquiterpenes // Industr. Crops & Prod. 2024. V. 222. Part 1. Article 119457.
Şen U., Esteves B., Pereira H. Pyrolysis and extraction of bark in a biorefineries context: a critical review // Energies. 2023. V. 16. N. 13. Article 4848. 23 p.
Sharma P., Diwan P. K. Study of thermal decomposition process and the reaction mechanism of the eucalyptus wood // Wood Sci. Technol. 2017. V. 51. P. 1081–1094.
Shapchenkova O., Loskutov S., Aniskina A., Börcsök Z., Pásztory Z. Thermal characterization of wood of nine European tree species: thermogravimetry and differential scanning calorimetry in an air atmosphere // Europ. J. Wood & Wood Prod. 2022. V. 80. N. 2. P. 409–417.
Shen D. K., Gua S., Luo K. H., Bridgwater A. V., Fang M. X. Kinetic study on thermal decomposition of woods in oxidative environment // Fuel. 2009. V. 88. N. 6. P. 1024–1030.
Tyutkova E., Loskutov S., Petrov I., Dorzhiev D. Seasonal biochemical changes in Betula tortuosa Ledeb. annual rings in Alpine forest‑tundra of Kuznetsk Alatau Mountains // Wood Sci. Technol. 2023. V. 57. N. 1. P. 289–306.
Zhang J., Gu J., Shan R., Yuan H., Chen Y. Advances in thermochemical valorization of biomass towards carbon neutrality // Res. Conserv. Recycl. 2025. V. 212. Article 107905.
