Kelakai (Stenochlaena palustris), Kalimantanın bataqlıq və torflu sahələrində yetişən liqnosellülozik qıjı biokütləsidir; delignifikasiya isə biokütlədəki liqnin fraksiyasını azaltmağı hədəfləyən ilkin emal yanaşmasıdır. Bu tədqiqatda qurudulmuş kelakai %3, %10 və %15 NaOH məhlulları ilə 80 °C-də, 200 rpm qarışdırma altında 1 saat emal edilmiş; emaldan sonra liqnosellülozik tərkib Chesson–Data üsulu ilə, termik parçalanma davranışı termoqravimetrik analizlə (TGA), parçalanma kinetikası isə birinci dərəcəli Coats–Redfern modeli ilə qiymətləndirilmişdir. NaOH miqdarı artdıqca liqninin çıxarılması güclənmiş, lakin ən aşağı liqnin tərkibini verən şərait termik sabitlik baxımından ən yaxşı şərait olmamışdır.

Emal edilməmiş KU nümunəsində sellüloz %29,64 və liqnin %33,23 olduğu halda, %3 NaOH ilə hazırlanmış KD3-də sellüloz %57,49-a yüksəlmiş və liqnin %21,77-yə enmişdir. KD10-da sellüloz %60,67 və liqnin %9,41; KD15-də isə sellüloz %64,15 və liqnin %5,18 olaraq ölçülmüşdür. Buna əsasən liqninin çıxarılma nisbətləri KD3, KD10 və KD15 üçün müvafiq olaraq %34,48, %70,69 və %83,87-dir.

Bununla belə, termik davranış fərqli bir optimum göstərmişdir. DTG pik temperaturu KU üçün 316,80 °C olduğu halda KD3-də 322,11 °C-yə yüksəlmiş, KD10 və KD15-də müvafiq olaraq 320,04 və 319,23 °C-yə enmişdir. Coats–Redfern aktivləşmə enerjisi də KU-dakı 20,42 kJ/mol dəyərindən KD3-də 44,90 kJ/mol-a yüksəlmiş; daha yüksək NaOH konsentrasiyalarında 44,64 və 40,52 kJ/mol-a enmişdir. Buna görə müəlliflər %3 NaOH ilkin emalını effektiv delignifikasiya ilə termik davamlılıq arasındakı ən uyğun tarazlıq kimi qiymətləndirmişlər.

Tədqiqatın nəticəsi laboratoriya miqyaslı biokütlə xarakterizasiyası və TGA kinetikası ilə məhdudlaşır. Araşdırmada real piroliz reaktorunda bio-oil məhsuldarlığı, məhsul tərkibi, enerji balansı, iqtisadi xərc və ya sənaye miqyaslı performans ölçülməmişdir. Buna görə “%3 NaOH real sənaye piroliz prosesində qəti optimumdur” nəticəsi bu tədqiqatdan çıxarıla bilməz.

Kelakai Delignifikasiyası Piroliz Davranışını Necə Dəyişdirir?

Kelakai delignifikasiyası NaOH vasitəsilə liqninlə zəngin liqnosellülozik matrisi dəyişdirərək bərk fazada sellülozun nisbi payını artırmış, char qalığını azaltmış və termik parçalanmanın başlanğıc və pik davranışını dəyişdirmişdir; lakin tədqiqatda ən güclü liqnin çıxarılması %15 NaOH-da müşahidə olunduğu halda, ən yüksək termik davamlılıq göstəriciləri %3 NaOH-da əldə edilmişdir.

Kelakai niyə bu tədqiqatda araşdırıldı?

Kelakai, elmi adı ilə Stenochlaena palustris, Kalimantan torfluqlarında geniş yayılmış qıjı növüdür. Mənbə kelakaini kifayət qədər dəyərləndirilməyən və biokütlə mənbəyi kimi istifadə oluna bilən yerli xammallardan biri kimi nəzərdən keçirir.

Tədqiqatın başlanğıc problemi kelakai biokütləsinin yüksək liqnin tərkibidir. Liqnin bitki hüceyrə divarına mexaniki möhkəmlik verən, aromatik quruluşlu və termik baxımdan nisbətən davamlı biopolimerdir. Yüksək liqnin nisbəti biokütlənin termokimyəvi çevrilmə davranışını dəyişir və tədqiqatçıların qiymətləndirməsinə görə kelakai matrisini daha davamlı edir.

Liqnosellülozik biokütlə nə deməkdir?

Liqnosellülozik biokütlə əsasən sellüloz, hemisellüloz və liqnin ehtiva edən bitki mənşəli quruluşdur. Bu üç komponent eyni termik davranış göstərmir. Hemisellüloz adətən daha aşağı temperaturlarda parçalanmağa başlayır, sellüloz daha aydın əsas parçalanma sahəsi yaradır; liqnin isə geniş temperatur intervalında daha yavaş parçalana və char əmələ gəlməsinə mühüm töhfə verə bilər.

Buna görə qələvi ilkin emal yalnız “liqnin faizini azaltmaq” demək deyil. Bərk qalıqdakı komponentlərin nisbi nisbəti dəyişdiyi üçün TGA əyrisinin başlanğıcı, parçalanma sürəti, pik temperaturu və son char miqdarı da dəyişə bilər.

NaOH delignifikasiyası nə edir?

Mənbə NaOH ilkin emalını liqnindəki efir və ester rabitələrinin qırılmasını və liqninin həll olmasını asanlaşdıran kimyəvi delignifikasiya üsulu kimi izah edir. Beləliklə, liqnosellülozik matris açılır və bərk qalıqda sellülozun nisbi payı arta bilər.

Buradakı “sellüloz nisbəti artdı” ifadəsi ehtiyatla şərh edilməlidir. Tədqiqat NaOH-nın yeni sellüloz yaratdığını göstərmir. Verilən dəyərlər emaldan sonra qalan quru bərk maddədəki tərkib faizləridir. Liqnin və digər həll olan fraksiyaların uzaqlaşdırılması sellülozun ümumi bərk maddədəki nisbi faizini artıra bilər.

Nümunə kodları nə deməkdir?

• KU: NaOH ilə delignifikasiya edilməmiş xam kelakai.
• KD3: %3 NaOH məhlulu ilə emal edilmiş kelakai.
• KD10: %10 NaOH məhlulu ilə emal edilmiş kelakai.
• KD15: %15 NaOH məhlulu ilə emal edilmiş kelakai.

İlkin emal şəraiti

Quru kelakai tozu %3, %10 və ya %15 NaOH məhlulu ilə 1:10 (w/v) bərk/maye nisbətində qarışdırılmışdır. Mənbə NaOH faizinin kütlə/həcm və ya başqa faiz bazasına aid olduğunu ayrıca müəyyən etmir; buna görə faiz bazasının təfərrüatı Verianla tərəfindən fərz edilməmişdir.

• Temperatur: 80 °C
• Qarışdırma sürəti: 200 rpm
• Emal müddəti: 1 saat
• Bərk/məhlul nisbəti: 1:10 (w/v)
• Yuma: distillə edilmiş su ilə neytral pH-yə qədər
• Son qurutma: 60 °C-də 24 saat

Chesson–Data üsulu necə tətbiq edildi?

Tədqiqatda hemisellüloz, sellüloz və liqnin fraksiyaları ardıcıl isti su və sulfat turşusu emallarından sonra qalan quru bərk kütlələr əsasında hesablanmışdır.

Başlanğıcda 1 g quru kelakai 150 mL distillə edilmiş su ilə 100 °C-də 2 saat reflüks edilmişdir. Filtrasiyadan sonra bərk maddə filtrat həcmi 300 mL-ə və pH 7-yə çatana qədər yuyulmuş, sonra 80 °C-də sabit kütləyədək qurudularaq qalıq a əldə edilmişdir.

Qalıq a 150 mL 0,5 M H₂SO₄ ilə 100 °C-də 2 saat yenidən reflüks edilmiş; bərk maddə yenidən süzülüb pH 7-yə qədər yuyulmuş və sabit kütləyə qədər qurudularaq qalıq b əldə edilmişdir. Bu mərhələdə itirilən kütlə hemisellüloz fraksiyası kimi qiymətləndirilmişdir.

Qalıq b daha sonra 10 mL %72 (v/v) H₂SO₄ daxilində otaq temperaturunda 4 saat saxlanılmış, ardınca 150 mL 0,5 M H₂SO₄ ilə durulaşdırılmış və 100 °C-də 2 saat reflüks edilmişdir. Mənbə bu emaldan qalan bərk maddəni əvvəlcə “residue c” adlandırır, dərhal sonra qalan bərk maddənin liqnin “d” olduğunu yazır. Denklem (3) isə birbaşa c dəyərindən istifadə edir. Buna görə c/d adlandırması mənbə daxilində tam uyğun deyil.

Mənbə Tənlik (1): hemisellüloz faizi

\[ \mathrm{Hemiselüloz}(\%)= \frac{a-b}{m_{\mathrm{başlangıç}}}\times100 \]

a, isti su emalından sonra qalan quru kütləni; b, 0,5 M H₂SO₄ reflüksündən sonra qalan quru kütləni; \(m_{\mathrm{başlangıç}}\) isə başlanğıcdakı quru biokütlə kütləsini təmsil edir. \(a-b\) fərqi ikinci emal zamanı uzaqlaşdırılan fraksiya kimi hemisellüloz hesabına daxil edilir.

Mənbə Tənlik (2): sellüloz faizi

\[ \mathrm{Selüloz}(\%)= \frac{b-c}{m_{\mathrm{başlangıç}}}\times100 \]

Bu hesab güclü turşu emalından əvvəlki qalıqla emaldan sonrakı qalıq arasındakı kütlə itkisini sellüloz fraksiyası ilə əlaqələndirir.

Mənbə Tənlik (3): liqnin faizi

\[ \mathrm{Lignin}(\%)= \frac{c}{m_{\mathrm{başlangıç}}}\times100 \]

Mənbə Tənlik (3)-də liqnin üçün c istifadə edir. Metod mətnindəki “lignin (d)” ifadəsi ilə bu tənlik arasında adlandırma uyğunsuzluğu olduğuna görə Verianla burada yeni d formulu yaratmır.

NaOH-dan sonra liqnosellülozik tərkib

Bu üç faizin cəminin 100 olması gözlənilməməlidir; metod yalnız müəyyən liqnosellülozik fraksiyaları bildirir və mənbə qalan ümumi bərk komponentlərin ətraflı kütlə balansını təqdim etmir.

Liqninin çıxarılması

Kimyəvi delignifikasiya baxımından ən yüksək çıxarılma KD15-dədir. Lakin tədqiqat “ən çox liqnin çıxarılması” ilə “ən uyğun piroliz ilkin emalını” eyni meyar hesab etmir.

Coats–Redfern Üsulu Bu Tədqiqatda Nəyi Hesablayır?

Coats–Redfern üsulu sabit qızdırma sürətindəki TGA məlumatını Arrhenius kinetikası ilə xətti formaya çevirərək bu tədqiqatda kelakai parçalanmasının görünən aktivləşmə enerjisini \(E\) və ön-eksponensial amilini \(A\) qiymətləndirmək üçün istifadə olunan inteqral kinetik üsuldur; tədqiqatçılar analizi birinci dərəcəli reaksiya fərziyyəsi altında və hər nümunənin devolatilizasiya temperatur intervalında tətbiq etmişlər.

TGA nədir?

Termoqravimetrik analiz (TGA), nümunənin temperatur və ya zaman dəyişdikcə kütləsindəki dəyişikliyi ölçür. Bu tədqiqatda hər nümunədən 1 mg götürülmüş, alümina tavaya yerləşdirilmiş və otaq temperaturundan 800 °C-yə qədər:

• qızdırma sürəti: 10 °C/dəq,
• azot axını: 50 mL/dəq

şəraitində qızdırılmışdır.

Azot atmosferi oksidləşdirici olmayan pirolitik şərait yaratmaq üçün istifadə edilmişdir. Mənbə sonrakı müzakirədə üçüncü mərhələni bir yerdə “char formation or lignin combustion stage” kimi də adlandırır; lakin təcrübə 50 mL/dəq N₂ altında aparıldığı üçün Verianla bu mərhələni əsasən char əmələ gəlməsi və yavaş yüksək-temperatur parçalanması kimi ifadə edir və mənbədəki “combustion” sözünü təcrübə şəraitinin özü kimi şərh etmir.

DTG nədir?

DTG (derivative thermogravimetry), TG kütlə dəyişiminin temperatur və ya zamana görə törəməsini göstərir. TG əyrisi “nə qədər kütlənin qaldığını/itirildiyini”, DTG isə “kütlə itkisinin hansı temperaturda ən sürətli olduğunu” daha aydın göstərir.

Buna görə DTG pik temperaturu parçalanma sahəsində ən yüksək kütlə itkisi sürətinin müşahidə olunduğu temperaturdur. Mənbə Cədvəl 5-dəki real Peak temp. dəyərləri KU, KD3, KD10 və KD15 üçün müvafiq olaraq 316,80; 322,11; 320,04 və 319,23 °C-dir.

Mənbə Tənlik (4): kütlə itkisi

\[ \mathrm{Kütle\ kaybı}(\%)= \frac{m_0-m_t}{m_0}\times100 \]

\(m_0\) başlanğıc kütlə, \(m_t\) müəyyən zaman və ya temperaturdakı kütlədir. Surət başlanğıcdan həmin ana qədər itirilən kütləni; başlanğıc kütləyə bölmə isə itkinin başlanğıc nümunəsinə nisbətini verir.

Mənbə Tənlik (5): ümumi kinetik tənlik

\[ \frac{d\alpha}{dt}=k(T)f(\alpha) \]

\(\alpha\) çevrilmə dərəcəsi, \(t\) zaman, \(k(T)\) temperaturdan asılı sürət sabiti və \(f(\alpha)\) seçilmiş reaksiya mexanizmi/çevrilmə modelinin riyazi funksiyasıdır.

Tənliyin məntiqi belədir: parçalanma sürəti yalnız temperaturdan asılı sürət sabiti ilə deyil, nümunənin həmin anda nə qədər çevrildiyini təmsil edən \(f(\alpha)\) funksiyası ilə birlikdə müəyyən olunur.

Mənbə Tənlik (6): çevrilmə dərəcəsi

\[ \alpha= \frac{m_0-m_t}{m_0-m_\infty} \]

\(m_\infty\) parçalanmanın sonunda qalan daimi qalıq kütləsidir. Beləliklə, başlanğıcda \(m_t\approx m_0\) olduqda \(\alpha\) sıfıra yaxınlaşır; parçalanmanın sonuna yaxın \(m_t\approx m_\infty\) olduqda \(\alpha\) 1-ə yaxınlaşır.

Mənbə Tənlik (7): Arrhenius sürət sabiti

\[ k(T)=A\exp\left(-\frac{E}{RT}\right) \]

A ön-eksponensial amil, E aktivləşmə enerjisi, R universal qaz sabiti və T mütləq temperaturdur.

Eksponensial həddə temperatur yüksəldikcə \(-E/(RT)\) qiymətinin mütləq böyüklüyü azalır; buna görə digər dəyişənlər eyni qalarsa Arrhenius sürət sabiti artmağa meyllidir. Aktivləşmə enerjisi böyüdükcə eyni temperaturda enerji baryerini aşmaq daha çətin olur.

Mənbə Tənlik (8)

\[ \frac{d\alpha}{dt} = A\exp\left(-\frac{E}{RT}\right)f(\alpha) \]

Bu tənlik Arrhenius əlaqəsinin ümumi kinetik tənliyə yerləşdirilmiş formasıdır.

Mənbə Tənlik (9): sabit qızdırma sürətinə çevrilmə

Mənbə sabit qızdırma sürətini:

\[ \beta=\frac{dT}{dt} \]

kimi müəyyən edir və buna əsasən:

\[ \frac{d\alpha}{dT} = \frac{A}{\beta} \exp\left(-\frac{E}{RT}\right) f(\alpha) \]

formasından istifadə edir.

\(\beta\) artdıqda eyni çevrilmə kinetikası temperatur oxunda fərqli şəkildə müşahidə oluna bilər. Bu tədqiqatda eksperimental qızdırma sürəti 10 °C/dəq-dir; temperatur fərqləri baxımından 10 K/dəq ilə eyni böyüklükdədir.

Mənbə Tənlik (10): inteqral çevrilmə funksiyası

Mənbə Tənlik (10)-u aşağıdakı formada çap etmişdir:

\[ g(\alpha) = \int_0^\alpha \frac{d\alpha}{f(\alpha)} = \frac{A}{\beta} \int_{T_0}^{T} \exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)\,dt \]

Mənbə notasiya xəbərdarlığı: Sağ tərəfdəki inteqralın aşağı və yuxarı hədləri \(T_0\) və \(T\) olsa da, mənbə diferensialı dt kimi çap edir. Əvvəlki tənlik \(d\alpha/dT\) formasında qurulduğuna görə burada temperatur inteqralı ilə diferensial simvolu arasında mənbədaxili notasiya uyğunsuzluğu vardır. Verianla bunu səssizcə dəyişmir.

Mənbə Tənlik (11): Coats–Redfern xətti yaxınlaşması

\[ \ln\left[ \frac{g(\alpha)}{T^2} \right] = \ln\left[ \frac{AR}{\beta E_a} \left( 1-\frac{2RT}{E_a} \right) \right] - \frac{E_a}{RT} \]

Bu çevrilmənin məqsədi TGA məlumatını xətti reqressiya ilə qiymətləndirilə bilən formaya gətirməkdir.

Mənbə Tənlik (12): istifadə olunan sadələşdirmə

Mənbə:

\[ \frac{2RT}{E_a}<1 \]

fərziyyəsi altında aşağıdakı sadələşdirilmiş formadan istifadə edir:

\[ \ln\left[ \frac{g(\alpha)}{T^2} \right] = \ln\left( \frac{AR}{\beta E_a} \right) - \frac{E_a}{RT} \]

Mənbə daha sonra \(y=\ln[g(\alpha)/T^2]\) qiymətini \(x=1/T\)-yə qarşı qrafikləşdirdiyini bildirir. Tənlik (12)-nin birbaşa cəbri quruluşunda:

\[ y= \ln\left( \frac{AR}{\beta E_a} \right) - \frac{E_a}{R} \left(\frac{1}{T}\right) \]

olduğuna görə \(1/T\)-nin əmsalı \(-E_a/R\)-dir. Bununla yanaşı, məqalənin sonrakı cümləsi meyli “\(E_a/RT\)” kimi ifadə edir. Bu iki göstərim bir-biri ilə tam uyğun deyil; Verianla hesablamanı yenidən qurub müəlliflərin bildirdiyi E dəyərlərini dəyişmir.

Birinci dərəcəli reaksiya fərziyyəsi nə deməkdir?

Tədqiqat Coats–Redfern analizini birinci dərəcəli reaksiya kinetikası fərziyyəsi altında həyata keçirmişdir. Bu, mürəkkəb biokütlə pirolizinin əslində yalnız bir elementar kimyəvi reaksiyadan ibarət olması demək deyil. Burada birinci dərəcəli model TGA kütlə çevrilməsi məlumatını görünən kinetik parametrlərlə təmsil etmək üçün istifadə edilən model yanaşmasıdır.

Mənbə bu modelin müxtəlif biokütlə TGA məlumatları ilə əlaqələndirilə bildiyini və pirolizin başlanğıc və son mərhələlərindəki nüvələnmə mexanizmi ilə riyazi ekvivalentlik daşıdığını əvvəlki ədəbiyyata əsaslanaraq əsaslandırır.

Kinetik hesab hansı temperatur intervalında aparıldı?

Bu dəyərlər Cədvəl 5-də Stage 2 başlanğıc və son temperaturlarıdır. Mənbənin müzakirə bölməsindəki bir cümlə eyni son dəyərləri “peak decomposition temperature” adlandırır; lakin Cədvəl 5-in ayrıca Peak temp. sütunu fərqli dəyərlər verir.

Coats–Redfern nəticələri

Aktivləşmə enerjisi E, istifadə olunan kinetik model daxilində termik parçalanmanın irəliləməsi üçün aşılması lazım olan görünən enerji baryerini təmsil edir. A və ya ön-eksponensial amil Arrhenius tənliyindəki sürət miqyası parametridir. Birinci dərəcəli modeldə mənbə A vahidini s⁻¹ kimi bildirir.

R² xətti Coats–Redfern uyğunluğunun izah gücünü göstərən reqressiya əmsalıdır. Mənbə 0,93–0,98 aralığındakı dəyərləri yaxşı xətti uyğunluq kimi qiymətləndirir. R²-nin yüksək olması modelin seçilmiş məlumat intervalına yaxşı uyğunlaşdığını göstərir; bunun təkbaşına birinci dərəcəli mexanizmin biokütlənin real molekulyar reaksiya şəbəkəsini qəti sübut etdiyi anlamına gəlmədiyi yadda saxlanmalıdır.

Niyə %3 NaOH Tədqiqatın Ən Uyğun İlkin Emalı Kimi Seçildi?

%3 NaOH ən çox liqnini çıxardığı üçün deyil; tədqiqat şəraitində %34,48 liqnin çıxarılmasını, ən yüksək devolatilizasiya kütlə itkisini (%65,52), ən yüksək DTG pik temperaturunu (322,11 °C), ən yüksək aktivləşmə enerjisini (44,90 kJ/mol) və daha aşağı kimyəvi yükü birlikdə təmin etdiyi üçün müəlliflər tərəfindən ən uyğun tarazlıq kimi seçilmişdir.

KD15-in liqnin tərkibi cəmi %5,18-ə qədər enmiş və sellüloz fraksiyası %64,15-ə yüksəlmişdir. Buna baxmayaraq, termik davamlılıq göstəriciləri KD3 qədər yüksək deyil. KD10 və KD15-də həm DTG pik temperaturu, həm də aktivləşmə enerjisi KD3-lə müqayisədə azalır.

Müəlliflər bu davranışı yüksək qələvi yükünün sellüloz liflərində şişmə, fibrilləşmə, depolimerləşmə, molekullararası hidrogen rabitələrinin zəifləməsi və mümkün sellüloz I → sellüloz II çevrilməsi kimi struktur təsirlər yarada bilməsi ilə izah edirlər.

Şərh həddi: Tədqiqatda XRD, kristallıq indeksi və ya birbaşa sellüloz I/II faza analizi aparılmamışdır. Buna görə sellüloz kristallığı və sellüloz I → II çevrilməsi bu nümunələrdə birbaşa ölçülmüş nəticə deyil; müəlliflərin TGA/kinetik nəticələri əvvəlki ədəbiyyatla izah etmək üçün istifadə etdikləri mexanistik şərhdir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Xam materialın hazırlanması

Kelakai Landasan Ulin, Banjarbaru, South Kalimantan bataqlıq ərazilərindən götürülmüşdür. Tədqiqatda bitkinin bütün hissələrindən istifadə edilmişdir.

1. Kelakai nəmliyi azaltmaq üçün 48 saat qurudulmuşdur.
2. Qurudulmuş biokütlə 18-mesh ələkdən keçəcək şəkildə ələnmişdir.
3. Mənbə 18-mesh ələyin fiziki göz açıqlığını bildirmədiyinə görə Verianla millimetrlə açıqlıq dəyəri əlavə etmir.
4. Nəmin uzaqlaşdırılmasını daha da artırmaq üçün xam material 60 °C-də 60 dəqiqə qurudulmuşdur.
5. Emal edilməmiş nümunə KU adlandırılmışdır.

NaOH ilkin emalı

KU quru tozu %3, %10 və %15 NaOH məhlulları ilə 1:10 (w/v) nisbətində emal edilmişdir. Emal 80 °C-də, 200 rpm-də və 1 saat davam etmişdir. Nümunələr daha sonra distillə edilmiş su ilə pH neytral olana qədər yuyulmuş və 60 °C-də 24 saat qurudulmuşdur.

TGA-nın üç parçalanma mərhələsi

Mənbə ümumi izahda parçalanmanı üç sahəyə ayırır:

1. Dehidrasiya: sərbəst və bağlı suyun və bəzi yüngül komponentlərin uzaqlaşması.
2. Devolatilizasiya: əsas aktiv piroliz sahəsi; hemisellüloz və sellüloz parçalanmasının mühüm hissəsi burada baş verir.
3. Char əmələ gəlməsi / yüksək temperaturda parçalanma: daha davamlı fraksiyaların yavaş parçalanması və karbonlu qalıq miqdarının müəyyən edilməsi.

Mənbənin ümumi mətni bu sahələri təxminən 25–170 °C, 250–380 °C və 500–800 °C kimi təsvir etsə də, Cədvəl 5 hər nümunə üçün fərqli mərhələ sərhədləri verir. Buna görə Verianla ümumi intervalları dəqiq nümunə sərhədi kimi istifadə etmir.

İlkin parçalanma temperaturu niyə yüksəldi?

KU-nun ilk əsas mərhələ sərhədi 179,26 °C olduğu halda, KD3, KD10 və KD15 üçün müvafiq olaraq 248,85, 247,56 və 245,40 °C olmuşdur. Mənbə bu gecikməni daha aşağı termik sabitliyə malik amorf hemisellüloz, liqnin və ekstraktiv fraksiyaların uzaqlaşdırılması və bərk maddədə sellülozun nisbi payının yüksəlməsi ilə əlaqələndirir.

NaOH konsentrasiyası %3-dən %10 və %15-ə yüksəldikdə bu başlanğıc dəyəri 248,85 °C-dən 247,56 və 245,40 °C-yə doğru bir qədər azalmışdır. Müəlliflər bunu həddindən artıq qələvi emalın sellüloz strukturunda zədələnmə yarada bilməsi kimi şərh edirlər.

Devolatilizasiya niyə vacibdir?

Devolatilizasiya tədqiqatda əsas aktiv piroliz sahəsi kimi qiymətləndirilmişdir. KU-da bu mərhələdə kütlə itkisi %53,17 olduğu halda KD3, KD10 və KD15-də müvafiq olaraq %65,52, %64,57 və %64,23-dür.

KD3-ün %65,52 dəyəri üç delignifikasiya olunmuş nümunə arasında ən yüksək Stage 2 kütlə itkisidir. Müəlliflərin %3 NaOH-ni seçməsinin səbəblərindən biri budur.

DTG pik temperaturu nə göstərdi?

DTG pik temperaturu xam KU-da 316,80 °C, KD3-də 322,11 °C, KD10-da 320,04 °C və KD15-də 319,23 °C kimi verilmişdir. Beləliklə, maksimum dəyər KD3-də əldə edilmişdir.

Mənbənin başqa bir abzasında 397,56; 381,63; 379,46 və 378,84 °C dəyərləri T_max kimi adlandırılır. Lakin bu dəyərlər Cədvəl 5-in “Final temp.” sütununda Stage 2 son temperaturlarıdır. Verianla real “Peak temp.” sütununu DTG pik temperaturu kimi əsas götürür və mənbədaxili adlandırma fərqini ayrıca görünən saxlayır.

Char/qalıq miqdarı necə dəyişdi?

Cədvəl 5-ə görə son qalıq KU-da %24,23 olduğu halda KD3-də %8,71, KD10-da %7,37 və KD15-də %6,45-ə enmişdir. Bu meyl liqnin miqdarındakı azalma ilə eyni istiqamətdədir.

Mənbənin müzakirə mətni isə KD10 və KD15 üçün %7,34 və %6,35 dəyərlərini verir. Buna görə iki dəyər dəsti arasında kiçik mənbədaxili uyğunsuzluq vardır. Verianla cədvəldəki dəyərləri əsas məlumat kimi göstərmiş, mətndəki alternativləri mənbə qeydində qorumuşdur.

Daha az char qalığı nə deməkdir?

Müəlliflər liqninin termik baxımdan davamlı və char əmələ gəlməsinə güclü töhfə verən fraksiya olması səbəbilə liqnin uzaqlaşdırıldıqca daha çox uçucu məhsul yarandığını və son bərk qalıq miqdarının azaldığını şərh edirlər.

Lakin TGA-da daha az bərk qalıq təkbaşına daha yüksək bio-oil məhsuldarlığı demək deyil. TGA bu tədqiqatda qaz, kondensasiya olunan buxar/bio-oil və char məhsullarının ayrı-ayrılıqda məhsuldarlığını ölçməmişdir. Real məhsul paylanması üçün ayrıca piroliz reaktoru və məhsul toplama/analiz təcrübələri tələb olunur.

Aktivləşmə enerjisinin əvvəl artıb sonra azalması necə şərh edildi?

Aktivləşmə enerjisi KU-dakı 20,42 kJ/mol dəyərindən KD3-də 44,90 kJ/mol-a yüksəlmişdir. Müəlliflər bu artımı termik baxımdan daha qeyri-sabit fraksiyaların qismən uzaqlaşdırılması və geridə qalan sellülozla zəngin matrisin parçalanmanı başlatmaq üçün daha yüksək enerji tələb etməsi ilə əlaqələndirirlər.

KD10-da E=44,64 kJ/mol, KD15-də E=40,52 kJ/mol tapılmışdır. Mənbə bu azalmanı həddindən artıq delignifikasiyanın lif şişməsinə, depolimerləşməyə və struktur zəifləməsinə səbəb ola bilməsi kimi şərh edir.

Bu mexanistik izahların bəziləri birbaşa struktur ölçmələri ilə sınaqdan keçirilməmişdir. Tədqiqatda kristallıq, molekulyar kütlə, lif morfologiyası və ya sellüloz polimorfu üçün ayrıca XRD/SEM/NMR analizi bildirilməmişdir.

“Significant” ifadəsi statistik əhəmiyyət deməkdirmi?

Mənbə mətndə bəzi dəyişiklikləri “significant/significantly” kimi təsvir edir; lakin araşdırılan məqalədə nümunə təkrarlarının sayı, xəta çubuqları, standart kənarlaşmalar, p dəyərləri, ANOVA və ya başqa hipotez testi bildirilməmişdir. Buna görə Verianla bu sözü “aydın/böyük kəmiyyət dəyişməsi” kontekstində nəzərdən keçirir və statistik əhəmiyyət sübutu kimi yenidən yazmır.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• NaOH emalı kelakai bərk maddəsinin liqnosellülozik tərkibini nəzərəçarpacaq dərəcədə dəyişdirmişdir.
• NaOH konsentrasiyası artdıqca ölçülən liqnin faizi monoton şəkildə azalmış, hesablanan liqnin çıxarılması isə monoton şəkildə artmışdır.
• %15 NaOH ən yüksək liqnin çıxarılmasını (%83,87) və ən yüksək nisbi sellüloz faizini (%64,15) vermişdir.
• %3 NaOH ən yüksək DTG pik temperaturunu (322,11 °C), ən yüksək aktivləşmə enerjisini (44,90 kJ/mol) və delignifikasiya olunmuş nümunələr arasında ən yüksək Stage 2 kütlə itkisini (%65,52) vermişdir.
• NaOH ilkin emalı son char/qalıq nisbətini KU ilə müqayisədə güclü şəkildə azaltmışdır.
• Coats–Redfern xətti uyğunluqları R²=0,93–0,98 intervalında bildirilmişdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• %3 NaOH-nın bütün biokütlə növləri üçün universal optimum olduğu göstərilməmişdir.
• Real piroliz reaktorunda bio-oil məhsuldarlığının artdığı birbaşa ölçülməmişdir.
• Bio-oil kimyəvi tərkibi bu tədqiqatda ölçülməmişdir.
• NaOH sərfi, yuma suyu tələbatı, tullantı su yükü və ya iqtisadi xərc üçün proses optimallaşdırması aparılmamışdır.
• Sellüloz I → sellüloz II çevrilməsi birbaşa xarakterizə edilməmişdir.
• Lif zədələnməsi birbaşa mikroskopiya və ya kristallıq analizi ilə ölçülməmişdir.
• “Daha az char = daha çox bio-oil” əlaqəsi bu təcrübədə məhsul səviyyəsində təsdiqlənməmişdir.
• Laboratoriya TGA nəticələri sənaye reaktorunun performansını təkbaşına sübut etmir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal tədqiqat: Delignification of Kelakai (Stenochlaena palustris) Using Sodium Hydroxide Solution: Implications on Thermal Decomposition and Kinetic Parameters

Müəlliflər: Khairunnisa Aprilianti; Hesti Wijayanti; Abubakar Tuhuloula; Iryanti Fatyasari Nata.

Məsul müəllif: Hesti Wijayanti.

E-poçt: hesti.wijayanti@ulm.ac.id

Qurum: Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Lambung Mangkurat University, South Kalimantan 70714, Indonesia.

Jurnal: Jurnal Teknik Kimia dan Lingkungan.

Cild / nömrə: 10 / 2.

Səhifələr: 227–239.

DOI: 10.33795/jtkl.v10i2.9341.

Göndərilmə tarixi: 14 dekabr 2025.

Reviziya tarixi: 13 may 2026.

Qəbul tarixi: 25 may 2026.

Rəsmi onlayn nəşr tarixi: 21 oktyabr 2026.

Nəşriyyat: Politeknik Negeri Malang.

Mənbə növü: Laboratoriya miqyaslı eksperimental biokütlə ilkin emalı, termoqravimetrik analiz və kinetik modelləşdirmə tədqiqatı.

Resenziya: Jurnal Teknik Kimia dan Lingkungan rəsmi olaraq resenziyalı elmi jurnal kimi müəyyən edilir.

Lisenziya: Rəsmi məqalə səhifəsində Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International — CC BY-NC 4.0 kimi göstərilir.

Maliyyələşdirmə: Directorate General of Higher Education, Ministry of Higher Education, Science, and Technology, Republic of Indonesia tərəfindən 2025 “Penelitian Tesis Magister” Research Grant, No. 1466/UN8.2/PG/2025 ilə dəstəklənmişdir.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər rəqabət aparan maliyyə marağının olmadığını bəyan etmişlər.

Generativ süni intellekt bəyanatı: Müəlliflər məqalənin hazırlanmasında generativ süni intellekt və ya süni intellekt dəstəkli texnologiyadan istifadə etmədiklərini bəyan etmişlər.

Məlumatların əlçatanlığı: Araşdırılan PDF daxilində ayrıca Data Availability bölməsi yoxdur.

Bərabər töhfə: Mənbədə bərabər töhfə və ya bərabər birinci müəlliflik bəyanatı görünmür.

Müəllif töhfələri: K.A.: ilkin qaralama yazılması, metod, tədqiqat. H.W.: konseptuallaşdırma, ilkin qaralama, nəzərdən keçirmə və redaktə, metod, resurslar. A.T.: nəzərdən keçirmə və redaktə, konseptuallaşdırma, formal analiz. I.F.N.: nəzərdən keçirmə və redaktə, konseptuallaşdırma, layihənin idarə edilməsi.

Əsas ilkin emal: %3, %10 və %15 NaOH; 1:10 (w/v) biokütlə/məhlul; 80 °C; 200 rpm; 1 saat; sonra neytral pH-yə qədər yuma və 60 °C-də 24 saat qurutma.

TGA cihazı: SEIKO TG/DTA 7300.

TGA şəraiti: 1 mg nümunə; otaq temperaturundan təxminən 800 °C-yə; 10 °C/dəq; N₂ axını 50 mL/dəq.

Liqnosellülozik analiz: Chesson–Data üsulu.

Kinetik analiz: Birinci dərəcəli Coats–Redfern üsulu.

Əsas kinetik nəticə: E = 20,42; 44,90; 44,64; 40,52 kJ/mol və A = 0,048; 14; 12,37; 4,68 s⁻¹ müvafiq olaraq KU, KD3, KD10 və KD15 üçün.

Mənbədaxili uyğunluq qeydi 1: Chesson–Data izahında son qalıq “c” adlandırıldıqdan sonra liqnin “d” kimi də qeyd olunur; Tənlik (3) isə liqnin hesabında c-dən istifadə edir.

Mənbədaxili uyğunluq qeydi 2: Tənlik (10)-da temperatur hədləri T₀–T olduğu halda inteqralın diferensialı “dt” kimi çap edilmişdir.

Mənbədaxili uyğunluq qeydi 3: Tənlik (12) ilə 1/T qrafiki birlikdə qiymətləndirildikdə xətti meyl həddi −E_a/R formasında olduğu halda sonrakı mətn meyli E_a/RT kimi ifadə edir.

Mənbədaxili uyğunluq qeydi 4: Cədvəl 5-in Peak temp. dəyərləri 316,80; 322,11; 320,04 və 319,23 °C-dir. Müzakirədəki ayrıca cümlə Stage 2 son temperaturlarını 397,56; 381,63; 379,46 və 378,84 °C kimi verir və onları T_max kimi adlandırır.

Mənbədaxili uyğunluq qeydi 5: Cədvəl 5 KD10 və KD15 qalıqlarını %7,37 və %6,45 kimi verdiyi halda müzakirə mətni %7,34 və %6,35 verir.

Statistik hədd: Mənbədə təkrar sayı, xəta çubuğu, standart kənarlaşma, p dəyəri və ya hipotez testi bildirilmədiyinə görə mətndəki “significant” istifadələri statistik əhəmiyyət kimi genişləndirilməmişdir.

Mexanizm həddi: Müəlliflərin yüksək NaOH konsentrasiyasında fibrilləşmə, depolimerləşmə, hidrogen rabitəsinin zəifləməsi, kristallığın azalması və mümkün sellüloz I → II çevrilməsi ilə bağlı izahları müzakirə şərhidir; bu struktur dəyişiklikləri mövcud tədqiqatda ayrıca XRD, SEM və ya oxşar birbaşa xarakterizasiya ilə göstərilməmişdir.

Tətbiq həddi: Tədqiqat TGA və kinetik parametrləri qiymətləndirir; real piroliz reaktoru, bio-oil istehsal məhsuldarlığı, məhsul kimyası, proses iqtisadiyyatı və miqyas böyütmə performansı ölçülməmişdir.

ISSN qeyd fərqi: Yüklənmiş PDF-in başlığında p-ISSN 2579-8537 və e-ISSN 2579-9746 yazıldığı halda jurnalın cari rəsmi About səhifəsində fərqli p-ISSN/e-ISSN dəyərləri sadalanır. Bu fərq səssizcə uzlaşdırılmamışdır.