Келакай (Stenochlaena palustris), Калимантандын саздуу жана чымдуу аймактарында өсүүчү лигноцеллюлозалык папоротник биомассасы; делигнификация болсо биомассадагы лигнин фракциясын азайтууга багытталган алдын ала иштетүү ыкмасы. Бул изилдөөдө кургатылган келакай %3, %10 жана %15 NaOH эритмелери менен 80 °Cде, 200 rpm аралаштыруу астында 1 саат иштетилген; иштетүүдөн кийинки лигноцеллюлозалык курам Chesson–Data ыкмасы менен, термиялык ажыроо жүрүм-туруму термогравиметриялык анализ (TGA) менен, ал эми ажыроо кинетикасы биринчи тартиптеги Coats–Redfern модели менен бааланган. NaOH өлчөмү көбөйгөн сайын лигнинди чыгаруу күчөгөн, бирок эң төмөн лигнин курамын берген шарт термиялык туруктуулук боюнча эң жакшы шарт болгон эмес.

Иштетилбеген KU үлгүсүндө целлюлоза %29,64 жана лигнин %33,23 болсо, %3 NaOH менен даярдалган KD3 үлгүсүндө целлюлоза %57,49 га чейин көбөйүп, лигнин %21,77 ге чейин азайган. KD10 үлгүсүндө целлюлоза %60,67 жана лигнин %9,41; KD15 үлгүсүндө целлюлоза %64,15 жана лигнин %5,18 деп өлчөнгөн. Ошого ылайык лигнинди чыгаруу көрсөткүчтөрү KD3, KD10 жана KD15 үчүн тиешелүүлүгүнө жараша %34,48, %70,69 жана %83,87 болгон.

Ошол эле учурда термиялык жүрүм-турум башка оптимумду көрсөткөн. DTG чоку температурасы KU үчүн 316,80 °C болсо, KD3 үлгүсүндө 322,11 °Cге чейин жогорулап, KD10 жана KD15 үлгүлөрүндө тиешелүүлүгүнө жараша 320,04 жана 319,23 °Cге төмөндөгөн. Coats–Redfern активдешүү энергиясы да KUдагы 20,42 kJ/mol мааниден KD3 үлгүсүндө 44,90 kJ/mol га чейин өскөн; жогору NaOH концентрацияларында 44,64 жана 40,52 kJ/mol га төмөндөгөн. Ошондуктан авторлор %3 NaOH алдын ала иштетүүсүн натыйжалуу делигнификация менен термиялык каршылыктын ортосундагы эң ылайыктуу тең салмак катары баалашкан.

Изилдөөнүн жыйынтыгы лабораториялык масштабдагы биомасса мүнөздөмөсү жана TGA кинетикасы менен чектелет. Изилдөөдө чыныгы пиролиз реакторунда bio-oil чыгымы, продукт курамы, энергия балансы, экономикалык чыгым же өнөр жай масштабындагы көрсөткүч өлчөнгөн эмес. Ошондуктан “%3 NaOH чыныгы өнөр жай пиролиз процессинде сөзсүз оптималдуу” деген жыйынтыкты бул изилдөөдөн чыгарууга болбойт.

Келакай Делигнификациясы Пиролиз Жүрүм-турумун Кантип Өзгөртөт?

Келакай делигнификациясы NaOH аркылуу лигнинге бай лигноцеллюлозалык матрицаны өзгөртүп, катуу фазадагы целлюлозанын салыштырмалуу үлүшүн көбөйткөн, char калдыгын азайткан жана термиялык ажыроонун башталыш жана чоку жүрүм-турумун өзгөрткөн; бирок изилдөөдө эң күчтүү лигнин чыгаруу %15 NaOH шартында байкалса, эң жогорку термиялык каршылык көрсөткүчтөрү %3 NaOH шартында алынган.

Келакай эмне үчүн бул изилдөөдө каралды?

Келакай, илимий аталышы Stenochlaena palustris, Калимантандын чымдуу жерлеринде кеңири өсүүчү папоротник түрү. Булак келакайды жетиштүү бааланбаган жана биомасса булагы катары колдонууга мүмкүн болгон жергиликтүү чийки заттардын бири катары карайт.

Изилдөөнүн баштапкы көйгөйү келакай биомассасынын лигнин курамынын жогору болушу. Лигнин өсүмдүк клетка дубалына механикалык бекемдик берген, ароматтык түзүлүштөгү жана термиялык жактан салыштырмалуу туруктуу биополимер. Лигниндин жогорку үлүшү биомассанын термохимиялык айлануу жүрүм-турумун өзгөртөт жана изилдөөчүлөрдүн баалоосу боюнча келакай матрицасын туруктуураак кылат.

Лигноцеллюлозалык биомасса деген эмне?

Лигноцеллюлозалык биомасса негизинен целлюлоза, гемицеллюлоза жана лигнин камтыган өсүмдүк түзүлүшү. Бул үч компонент бирдей термиялык жүрүм-турум көрсөтпөйт. Гемицеллюлоза адатта төмөнүрөөк температурада ажырай баштайт, целлюлоза айкын негизги ажыроо аймагын түзөт; лигнин болсо кең температура диапазонунда жайыраак ажырап, char түзүлүшүнө олуттуу салым кошо алат.

Ошондуктан щелочтук алдын ала иштетүү “лигниндин пайызын азайтуу” менен гана чектелбейт. Катуу калдыктагы компоненттердин салыштырмалуу катышы өзгөргөндүктөн, TGA ийри сызыгынын башталышы, ажыроо ылдамдыгы, чоку температурасы жана акыркы char өлчөмү да өзгөрүшү мүмкүн.

NaOH делигнификациясы эмне кылат?

Булак NaOH алдын ала иштетүүсүн лигниндеги эфир жана эстер байланыштарынын үзүлүшүн жана лигниндин эришин жеңилдеткен химиялык делигнификация ыкмасы катары түшүндүрөт. Натыйжада лигноцеллюлозалык матрица ачылып, катуу калдыктагы целлюлозанын салыштырмалуу үлүшү көбөйүшү мүмкүн.

Бул жердеги “целлюлозанын үлүшү көбөйдү” деген билдирүү этияттык менен чечмелениши керек. Изилдөө NaOH жаңы целлюлоза түзгөнүн көрсөтпөйт. Берилген маанилер иштетүүдөн кийин калган кургак катуу заттагы курамдык пайыздар. Лигнин жана башка эрүүчү фракциялардын чыгарылышы целлюлозанын жалпы катуу заттагы салыштырмалуу пайызын көбөйтө алат.

Үлгү коддору эмнени билдирет?

• KU: NaOH менен делигнификацияланбаган чийки келакай.
• KD3: %3 NaOH эритмеси менен иштетилген келакай.
• KD10: %10 NaOH эритмеси менен иштетилген келакай.
• KD15: %15 NaOH эритмеси менен иштетилген келакай.

Алдын ала иштетүү шарттары

Кургак келакай порошогу %3, %10 же %15 NaOH эритмеси менен 1:10 (w/v) катуу/суюк катышында аралаштырылган. Булак NaOH пайызы масса/көлөм же башка пайыздык негизге тиешелүү экенин өзүнчө аныктабайт; ошондуктан пайыздык негиздин чоо-жайы Verianla тарабынан божомолдонгон эмес.

• Температура: 80 °C
• Аралаштыруу ылдамдыгы: 200 rpm
• Иштетүү убактысы: 1 саат
• Катуу/эритме катышы: 1:10 (w/v)
• Жуу: дистилденген суу менен нейтралдуу pHга чейин
• Акыркы кургатуу: 60 °Cде 24 саат

Chesson–Data ыкмасы кантип колдонулду?

Изилдөөдө гемицеллюлоза, целлюлоза жана лигнин фракциялары кезектешкен ысык суу жана күкүрт кислотасы иштетүүлөрүнөн кийин калган кургак катуу массалар боюнча эсептелген.

Алгач 1 g кургак келакай 150 mL дистилденген суу менен 100 °Cде 2 саат рефлюкс кылынган. Фильтрациядан кийин катуу зат фильтрат көлөмү 300 mLге жана pH 7 деңгээлине жеткенче жуулуп, андан соң 80 °Cде туруктуу массага чейин кургатылып калдык a алынган.

Калдык a 150 mL 0,5 M H₂SO₄ менен 100 °Cде 2 саат кайра рефлюкс кылынган; катуу зат кайра сүзүлүп pH 7 деңгээлине чейин жуулуп, туруктуу массага чейин кургатылып калдык b алынган. Бул кадамда жоголгон масса гемицеллюлоза фракциясы катары бааланган.

Калдык b андан кийин 10 mL %72 (v/v) H₂SO₄ ичинде бөлмө температурасында 4 саат кармалып, андан соң 150 mL 0,5 M H₂SO₄ менен суюлтулуп, 100 °Cде 2 саат рефлюкс кылынган. Булак бул иштетүүдөн калган катуу затты алгач “residue c” деп атап, дароо андан кийин калган катуу зат лигнин “d” экенин жазат. Теңдеме (3) болсо түздөн-түз c маанисин колдонот. Ошондуктан c/d аталышы булак ичинде толук ырааттуу эмес.

Булак Теңдеме (1): гемицеллюлоза пайызы

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

a, ысык суу иштетүүсүнөн кийин калган кургак массаны; b, 0,5 M H₂SO₄ рефлюксунан кийин калган кургак массаны; \(m_{\mathrm{başlangıç}}\) болсо баштапкы кургак биомасса массасын билдирет. \(a-b\) айырмасы экинчи иштетүүдө чыгарылган фракция катары гемицеллюлоза эсебине кирет.

Булак Теңдеме (2): целлюлоза пайызы

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

Бул эсеп күчтүү кислота иштетүүсүнө чейинки калдык менен иштетүүдөн кийинки калдык арасындагы масса жоготуусун целлюлоза фракциясы менен байланыштырат.

Булак Теңдеме (3): лигнин пайызы

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

Булак Теңдеме (3)тө лигнин үчүн c колдонот. Ыкма текстиндеги “lignin (d)” билдирүүсү менен бул теңдеменин ортосунда аталыш шайкешсиздиги болгондуктан, Verianla бул жерде жаңы d формуласын чыгарбайт.

NaOHдон кийинки лигноцеллюлозалык курам

Бул үч пайыздын суммасы 100 болушу күтүлбөшү керек; ыкма белгилүү лигноцеллюлозалык фракцияларды гана билдирет жана булак калган жалпы катуу компоненттердин толук масса балансын бербейт.

Лигнинди чыгаруу

Химиялык делигнификация жагынан эң жогорку чыгаруу KD15 үлгүсүндө. Бирок изилдөө “эң көп лигнин чыгаруу” менен “эң ылайыктуу пиролиз алдын ала иштетүүсүн” бир эле критерий катары кабыл албайт.

Coats–Redfern Ыкмасы Бул Изилдөөдө Эмнени Эсептейт?

Coats–Redfern ыкмасы туруктуу ысытуу ылдамдыгындагы TGA маалыматтарын Arrhenius кинетикасы менен сызыктуу формага айландырып, бул изилдөөдө келакай ажыроосунун көрүнгөн активдешүү энергиясын \(E\) жана экспонента алдындагы факторун \(A\) баалоо үчүн колдонулган интегралдык кинетикалык ыкма; изилдөөчүлөр анализди биринчи тартиптеги реакция божомолунун астында жана ар бир үлгүнүн деволатилизация температура диапазонунда колдонушкан.

TGA деген эмне?

Термогравиметриялык анализ (TGA), үлгүнүн температура же убакыт өзгөргөндө массасындагы өзгөрүүнү өлчөйт. Бул изилдөөдө ар бир үлгүдөн 1 mg алынып, алюмина идишке жайгаштырылып, бөлмө температурасынан 800 °Cге чейин:

• ысытуу ылдамдыгы: 10 °C/мүн,
• азот агымы: 50 mL/мүн

шарттарында ысытылган.

Азот атмосферасы кычкылдандыруучу эмес пиролиз шартын түзүү үчүн колдонулган. Булак кийинки талкууда үчүнчү баскычты бир жерде “char formation or lignin combustion stage” деп да атайт; бирок эксперимент 50 mL/мүн N₂ астында жүргүзүлгөндүктөн, Verianla бул баскычты негизинен char түзүлүшү жана жай жогорку-температуралык ажыроо деп билдирет жана булактагы “combustion” сөзүн эксперимент шартынын өзү катары чечмелебейт.

DTG деген эмне?

DTG (derivative thermogravimetry), TG масса өзгөрүүсүнүн температура же убакыт боюнча туундусун көрсөтөт. TG ийри сызыгы “канча масса калганын/жоголгонун”, DTG болсо “масса жоготуусу кайсы температурада эң тез болгонун” ачыгыраак көрсөтөт.

Ошондуктан DTG чоку температурасы ажыроо аймагындагы эң жогорку масса жоготуу ылдамдыгы байкалган температура. Булактагы 5-таблицанын чыныгы Peak temp. маанилери KU, KD3, KD10 жана KD15 үчүн тиешелүүлүгүнө жараша 316,80; 322,11; 320,04 жана 319,23 °C.

Булак Теңдеме (4): масса жоготуусу

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

\(m_0\) баштапкы масса, \(m_t\) белгилүү убактагы же температурадагы масса. Алым башынан ошол учурга чейин жоголгон массаны; баштапкы массага бөлүү болсо жоготуунун баштапкы үлгүгө карата катышын берет.

Булак Теңдеме (5): жалпы кинетикалык теңдеме

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

\(\alpha\) айлануу даражасы, \(t\) убакыт, \(k(T)\) температурага көз каранды ылдамдык туруктуусу жана \(f(\alpha)\) тандалган реакция механизминин/айлануу моделинин математикалык функциясы.

Теңдеменин логикасы мындай: ажыроо ылдамдыгы температурага көз каранды ылдамдык туруктуусу менен гана эмес, үлгүнүн ошол учурда канчалык айланганын көрсөткөн \(f(\alpha)\) функциясы менен бирге аныкталат.

Булак Теңдеме (6): айлануу даражасы

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

\(m_\infty\) ажыроонун аягындагы туруктуу калдык масса. Ошентип, башында \(m_t\approx m_0\) болгондо \(\alpha\) нөлгө жакындайт; ажыроонун аягына жакын \(m_t\approx m_\infty\) болгондо \(\alpha\) 1 ге жакындайт.

Булак Теңдеме (7): Arrhenius ылдамдык туруктуусу

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

A экспонента алдындагы фактор, E активдешүү энергиясы, R универсалдуу газ туруктуусу жана T абсолюттук температура.

Экспоненциалдык мүчөдө температура жогорулаган сайын \(-E/(RT)\) маанисинин абсолюттук чоңдугу азаят; ошондуктан башка өзгөрмөлөр бирдей калса Arrhenius ылдамдык туруктуусу өсүүгө жакын болот. Активдешүү энергиясы чоңойгон сайын бирдей температурада энергия тосмосун ашуу кыйыныраак болот.

Булак Теңдеме (8)

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

Бул теңдеме Arrhenius байланышын жалпы кинетикалык теңдемеге киргизген форма.

Булак Теңдеме (9): туруктуу ысытуу ылдамдыгына өтүү

Булак туруктуу ысытуу ылдамдыгын:

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

деп аныктайт жана ошого ылайык:

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

формасын колдонот.

\(\beta\) көбөйгөндө бир эле айлануу кинетикасы температура огунда башкача байкалышы мүмкүн. Бул изилдөөдө эксперименттик ысытуу ылдамдыгы 10 °C/мүн; температура айырмасы жагынан 10 K/мүн менен бирдей чоңдукта.

Булак Теңдеме (10): интегралдык айлануу функциясы

Булак Теңдеме (10)ду төмөнкүдөй басып чыгарган:

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

Булактагы белгилөө боюнча эскертүү: Оң жактагы интегралдын төмөнкү жана жогорку чектери \(T_0\) жана \(T\) болгонуна карабастан, булак дифференциалды dt деп баскан. Мурунку теңдеме \(d\alpha/dT\) формасында түзүлгөндүктөн, бул жерде температура интегралы менен дифференциал белгисинин ортосунда булак ичиндеги белгилөө шайкешсиздиги бар. Verianla муну унчукпай өзгөртпөйт.

Булак Теңдеме (11): Coats–Redfern сызыктуу жакындашуусу

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

Бул өзгөртүүнүн максаты TGA маалыматтарын сызыктуу регрессия менен баалоого ылайыктуу формага келтирүү.

Булак Теңдеме (12): колдонулган жөнөкөйлөштүрүү

Булак:

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

божомолу астында төмөнкү жөнөкөйлөштүрүлгөн форманы колдонот:

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

Булак андан кийин \(y=\ln[g(\alpha)/T^2]\) маанисин \(x=1/T\)ге каршы графикке түшүргөнүн билдирет. Теңдеме (12)нин түз алгебралык түзүлүшүндө:

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

болгондуктан \(1/T\)нин коэффициенти \(-E_a/R\). Бирок макаланын кийинки сүйлөмү ылдыйлоону “\(E_a/RT\)” деп билдирет. Бул эки көрсөтүү толук шайкеш эмес; Verianla эсептөөнү кайра түзүп, авторлор билдирген E маанилерин өзгөртпөйт.

Биринчи тартиптеги реакция божомолу эмнени билдирет?

Изилдөө Coats–Redfern анализин биринчи тартиптеги реакция кинетикасы божомолу астында жүргүзгөн. Бул татаал биомасса пиролизи чынында бир эле элементардык химиялык реакциядан турат дегенди билдирбейт. Бул жерде биринчи тартиптеги модель TGA масса айлануу маалыматтарын көрүнгөн кинетикалык параметрлер менен сүрөттөө үчүн колдонулган моделдик ыкма.

Булак бул модель ар түрдүү биомасса TGA маалыматтарына шайкеш келиши мүмкүн экенин жана пиролиздин баштапкы жана акыркы баскычтарындагы өзөк пайда болуу механизми менен математикалык эквиваленттүүлүккө ээ экенин мурунку адабияттарга таянып негиздейт.

Кинетикалык эсеп кайсы температура диапазонунда жүргүзүлдү?

Бул маанилер 5-таблицада Stage 2 баштапкы жана аяккы температуралары. Булактын талкуу бөлүмүндөгү бир сүйлөм ошол эле аяккы маанилерди “peak decomposition temperature” деп атайт; бирок 5-таблицанын өзүнчө Peak temp. мамычасында башка маанилер берилген.

Coats–Redfern жыйынтыктары

Активдешүү энергиясы E, колдонулган кинетикалык модель ичинде термиялык ажыроо жүрүшү үчүн ашылышы керек болгон көрүнгөн энергия тосмосун билдирет. A же экспонента алдындагы фактор Arrhenius теңдемесиндеги ылдамдык масштабынын параметри. Биринчи тартиптеги модельде булак A бирдигин s⁻¹ деп билдирет.

R² сызыктуу Coats–Redfern ылайыктуулугунун түшүндүрүү жөндөмүн көрсөткөн регрессия коэффициенти. Булак 0,93–0,98 диапазонундагы маанилерди жакшы сызыктуу ылайыктуулук деп баалайт. R² жогору болушу модель тандалган маалымат диапазонуна жакшы ылайык келерин көрсөтөт; мунун өзү биринчи тартиптеги механизм биомассанын чыныгы молекулалык реакция тармагын сөзсүз далилдейт дегенди билдирбейт.

Эмне Үчүн %3 NaOH Изилдөөнүн Эң Ылайыктуу Алдын Ала Иштетүүсү Катарында Тандалды?

%3 NaOH эң көп лигнин чыгарганы үчүн эмес; изилдөө шартында %34,48 лигнин чыгарууну, эң жогорку деволатилизация масса жоготуусун (%65,52), эң жогорку DTG чоку температурасын (322,11 °C), эң жогорку активдешүү энергиясын (44,90 kJ/mol) жана төмөнүрөөк химиялык жүктү бирге камсыз кылганы үчүн авторлор тарабынан эң ылайыктуу тең салмак катары тандалган.

KD15 үлгүсүндөгү лигнин курамы болгону %5,18 ге чейин азайып, целлюлоза фракциясы %64,15 ге чейин өскөн. Ошого карабастан, термиялык каршылык көрсөткүчтөрү KD3 деңгээлиндей жогору эмес. KD10 жана KD15 үлгүлөрүндө DTG чоку температурасы да, активдешүү энергиясы да KD3кө салыштырмалуу төмөндөйт.

Авторлор бул жүрүм-турумду жогорку щелочтук жүк целлюлоза булактарында шишүү, фибрилляция, деполимеризация, молекулалар аралык суутек байланыштарынын алсыроосу жана мүмкүн болгон целлюлоза I → целлюлоза II өтүүсү сыяктуу түзүмдүк таасирлерди жаратышы мүмкүн деп түшүндүрүшөт.

Түшүндүрмө чеги: Изилдөөдө XRD, кристаллдуулук индекси же түздөн-түз целлюлоза I/II фаза анализи жүргүзүлгөн эмес. Ошондуктан целлюлоза кристаллдуулугу жана целлюлоза I → II өтүүсү бул үлгүлөрдө түз өлчөнгөн табылга эмес; авторлордун TGA/кинетикалык жыйынтыктарды мурунку адабияттар менен түшүндүрүү үчүн колдонгон механисттик талкуусу.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Чийки материалды даярдоо

Келакай Landasan Ulin, Banjarbaru, South Kalimantan саздуу аймактарынан алынган. Изилдөөдө өсүмдүктүн бардык бөлүктөрү колдонулган.

1. Келакай нымдуулукту азайтуу үчүн 48 саат кургатылган.
2. Кургатылган биомасса 18-mesh электен өтө тургандай электен өткөрүлгөн.
3. Булак 18-mesh электин физикалык көзөнөк өлчөмүн билдирбегендиктен, Verianla миллиметр менен көзөнөк маанисин кошпойт.
4. Нымдуулукту андан ары азайтуу үчүн чийки материал 60 °Cде 60 мүнөт кургатылган.
5. Иштетилбеген үлгү KU деп аталган.

NaOH алдын ала иштетүүсү

KU кургак порошогу %3, %10 жана %15 NaOH эритмелери менен 1:10 (w/v) катышында иштетилген. Иштетүү 80 °Cде, 200 rpmде жана 1 саат жүргүзүлгөн. Үлгүлөр андан кийин дистилденген суу менен pH нейтралдуу болгонго чейин жуулуп, 60 °Cде 24 саат кургатылган.

TGAнын үч ажыроо баскычы

Булак жалпы баянда ажыроону үч аймакка бөлөт:

1. Дегидратация: эркин жана байланышкан суу менен айрым жеңил компоненттердин чыгарылышы.
2. Деволатилизация: негизги активдүү пиролиз аймагы; гемицеллюлоза жана целлюлоза ажыроосунун маанилүү бөлүгү ушул жерде жүрөт.
3. Char түзүлүшү / жогорку температурадагы ажыроо: туруктуураак фракциялардын жай ажыроосу жана көмүртектүү калдык өлчөмүнүн аныкталышы.

Булактын жалпы тексти бул аймактарды болжол менен 25–170 °C, 250–380 °C жана 500–800 °C деп аныктаса да, 5-таблица ар бир үлгү үчүн ар башка баскыч чектерин берет. Ошондуктан Verianla жалпы диапазондорду так үлгү чеги катары колдонбойт.

Алгачкы ажыроо температурасы эмне үчүн жогорулады?

KU үлгүсүнүн биринчи негизги баскыч чеги 179,26 °C болсо, KD3, KD10 жана KD15 үчүн тиешелүүлүгүнө жараша 248,85, 247,56 жана 245,40 °C болгон. Булак бул кечигүүнү термиялык туруктуулугу төмөнүрөөк аморфтук гемицеллюлоза, лигнин жана экстрактивдүү фракциялардын чыгарылышы жана катуу заттагы целлюлозанын салыштырмалуу үлүшүнүн жогорулашы менен байланыштырат.

NaOH концентрациясы %3 деңгээлинен %10 жана %15 деңгээлине көтөрүлгөндө бул баштапкы маани 248,85 °Cден 247,56 жана 245,40 °Cге карай бир аз төмөндөгөн. Авторлор муну ашыкча щелочтук иштетүү целлюлоза түзүлүшүнө зыян келтириши мүмкүн деп чечмелешет.

Деволатилизация эмне үчүн маанилүү?

Деволатилизация изилдөөдө негизги активдүү пиролиз аймагы катары бааланган. KU үлгүсүндө бул баскычтагы масса жоготуусу %53,17 болсо, KD3, KD10 жана KD15 үлгүлөрүндө тиешелүүлүгүнө жараша %65,52, %64,57 жана %64,23 болгон.

KD3төгү %65,52 мааниси делигнификацияланган үч үлгүнүн ичиндеги эң жогорку Stage 2 масса жоготуусу. Авторлордун %3 NaOH тандашынын себептеринин бири ушунда.

DTG чоку температурасы эмнени көрсөттү?

DTG чоку температурасы чийки KU үлгүсүндө 316,80 °C, KD3тө 322,11 °C, KD10до 320,04 °C жана KD15те 319,23 °C деп берилген. Ошентип, максималдуу маани KD3тө алынган.

Булактын башка бир абзацында 397,56; 381,63; 379,46 жана 378,84 °C маанилери T_max деп аталат. Бирок бул маанилер 5-таблицанын “Final temp.” мамычасындагы Stage 2 акыркы температуралары. Verianla чыныгы “Peak temp.” мамычасын DTG чоку температурасы катары негизге алып, булак ичиндеги аталыш айырмасын өзүнчө көрүнүктүү сактайт.

Char/калдык өлчөмү кантип өзгөрдү?

5-таблицага ылайык акыркы калдык KU үлгүсүндө %24,23 болсо, KD3тө %8,71, KD10до %7,37 жана KD15те %6,45 деңгээлине чейин азайган. Бул тенденция лигнин өлчөмүнүн төмөндөшү менен бир багытта.

Булактын талкуу тексти болсо KD10 жана KD15 үчүн %7,34 жана %6,35 маанилерин берет. Ошондуктан эки маани топтомунун ортосунда кичине булак ичиндеги шайкешсиздик бар. Verianla таблицадагы маанилерди негизги маалымат катары көрсөтүп, тексттеги альтернативаларды булак эскертүүсүндө сактаган.

Төмөнүрөөк char калдыгы эмнени билдирет?

Авторлор лигнин термиялык жактан туруктуу жана char түзүлүшүнө күчтүү салым кошкон фракция болгондуктан, лигнин чыгарылган сайын көбүрөөк учуучу продукт пайда болуп, акыркы катуу калдык азаят деп чечмелешет.

Бирок TGAда төмөнүрөөк катуу калдык өзүнөн-өзү жогорку bio-oil чыгымы дегенди билдирбейт. TGA бул изилдөөдө газ, конденсациялануучу буу/bio-oil жана char продуктуларынын ар биринин өзүнчө чыгымын өлчөгөн эмес. Чыныгы продукт бөлүштүрүлүшү үчүн өзүнчө пиролиз реактору жана продукт чогултуу/анализ эксперименттери керек.

Активдешүү энергиясынын өсүп, анан азайышы кантип чечмеленди?

Активдешүү энергиясы KUдагы 20,42 kJ/mol мааниден KD3тө 44,90 kJ/mol га чейин жогорулаган. Авторлор бул өсүштү термиялык жактан туруксузураак фракциялардын жарым-жартылай чыгарылышы жана калган целлюлозага бай матрица ажыроону баштоо үчүн жогорку энергия талап кылышы менен байланыштырышат.

KD10до E=44,64 kJ/mol, KD15те E=40,52 kJ/mol табылган. Булак бул төмөндөөнү ашыкча делигнификация була шишүүсүнө, деполимеризацияга жана түзүмдүк алсыроого алып келиши мүмкүн деп чечмелейт.

Бул механисттик түшүндүрмөлөрдүн айрымдары түздөн-түз түзүмдүк өлчөө менен сыналган эмес. Изилдөөдө кристаллдуулук, молекулалык масса, була морфологиясы же целлюлоза полиморфу үчүн өзүнчө XRD/SEM/NMR анализи билдирилген эмес.

“Significant” сөзү статистикалык маанилүүлүктү билдиреби?

Булак текстинде айрым өзгөрүүлөр “significant/significantly” деп сүрөттөлөт; бирок каралган макалада үлгү кайталоолорунун саны, ката тилкелери, стандарттык четтөөлөр, p маанилери, ANOVA же башка гипотеза тести билдирилген эмес. Ошондуктан Verianla бул сөздү “айкын/чоң сандык өзгөрүү” контекстинде карап, статистикалык маанилүүлүктүн далили катары кайра жазбайт.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• NaOH иштетүүсү келакай катуу затынын лигноцеллюлозалык курамын айкын өзгөрткөн.
• NaOH концентрациясы көбөйгөн сайын өлчөнгөн лигнин пайызы монотондуу азайып, эсептелген лигнин чыгаруу монотондуу көбөйгөн.
• %15 NaOH эң жогорку лигнин чыгарууну (%83,87) жана эң жогорку салыштырмалуу целлюлоза пайызын (%64,15) берген.
• %3 NaOH эң жогорку DTG чоку температурасын (322,11 °C), эң жогорку активдешүү энергиясын (44,90 kJ/mol) жана делигнификацияланган үлгүлөр арасындагы эң жогорку Stage 2 масса жоготуусун (%65,52) берген.
• NaOH алдын ала иштетүүсү акыркы char/калдык катышын KUга салыштырмалуу кескин азайткан.
• Coats–Redfern сызыктуу ылайыктуулуктары R²=0,93–0,98 диапазонунда билдирилген.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• %3 NaOH бардык биомасса түрлөрү үчүн универсалдуу оптимум экени көрсөтүлгөн эмес.
• Чыныгы пиролиз реакторунда bio-oil чыгымы көбөйгөнү түздөн-түз өлчөнгөн эмес.
• Bio-oil химиялык курамы бул изилдөөдө өлчөнгөн эмес.
• NaOH сарпталышы, жуу суусунун керектөөсү, агынды суу жүгү же экономикалык чыгым боюнча процесс оптималдаштырылган эмес.
• Целлюлоза I → целлюлоза II өтүүсү түздөн-түз мүнөздөлгөн эмес.
• Була зыяндануусу түздөн-түз микроскопия же кристаллдуулук анализи менен өлчөнгөн эмес.
• “Төмөн char = көбүрөөк bio-oil” байланышы бул экспериментте продукт деңгээлинде тастыкталган эмес.
• Лабораториялык TGA жыйынтыктары өнөр жай реакторунун көрсөткүчүн өзүнөн-өзү далилдебейт.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

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

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

Жооптуу автор: Hesti Wijayanti.

Электрондук почта: hesti.wijayanti@ulm.ac.id

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

Журнал: Jurnal Teknik Kimia dan Lingkungan.

Том / сан: 10 / 2.

Барактар: 227–239.

DOI: 10.33795/jtkl.v10i2.9341.

Жөнөтүлгөн күнү: 14 декабрь 2025.

Кайра каралган күнү: 13 май 2026.

Кабыл алынган күнү: 25 май 2026.

Расмий онлайн жарыяланган күнү: 21 октябрь 2026.

Басмакана: Politeknik Negeri Malang.

Булак түрү: Лабораториялык масштабдагы эксперименттик биомасса алдын ала иштетүүсү, термогравиметриялык анализ жана кинетикалык моделдөө изилдөөсү.

Рецензия: Jurnal Teknik Kimia dan Lingkungan расмий түрдө рецензияланган илимий журнал катары аныкталат.

Лицензия: Расмий макала бетинде Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International — CC BY-NC 4.0 деп көрсөтүлгөн.

Каржылоо: Directorate General of Higher Education, Ministry of Higher Education, Science, and Technology, Republic of Indonesia тарабынан 2025 “Penelitian Tesis Magister” Research Grant, No. 1466/UN8.2/PG/2025 менен колдоого алынган.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор атаандашкан каржылык кызыкчылык жок экенин билдиришкен.

Генеративдүү жасалма интеллект боюнча билдирүү: Авторлор макаланы даярдоодо генеративдүү жасалма интеллект же жасалма интеллект колдогон технология колдонбогонун билдиришкен.

Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Каралган PDF ичинде өзүнчө Data Availability бөлүмү жок.

Тең салым: Булакта тең салым же тең биринчи авторлук жөнүндө билдирүү көрүнбөйт.

Авторлордун салымы: K.A.: алгачкы кол жазманы жазуу, ыкма, изилдөө. H.W.: концептуалдаштыруу, алгачкы кол жазма, карап чыгуу жана түзөтүү, ыкма, ресурстар. A.T.: карап чыгуу жана түзөтүү, концептуалдаштыруу, формалдык анализ. I.F.N.: карап чыгуу жана түзөтүү, концептуалдаштыруу, долбоорду башкаруу.

Негизги алдын ала иштетүү: %3, %10 жана %15 NaOH; 1:10 (w/v) биомасса/эритме; 80 °C; 200 rpm; 1 саат; андан кийин нейтралдуу pHга чейин жуу жана 60 °Cде 24 саат кургатуу.

TGA аппараты: SEIKO TG/DTA 7300.

TGA шарттары: 1 mg үлгү; бөлмө температурасынан болжол менен 800 °Cге чейин; 10 °C/мүн; N₂ агымы 50 mL/мүн.

Лигноцеллюлозалык анализ: Chesson–Data ыкмасы.

Кинетикалык анализ: Биринчи тартиптеги Coats–Redfern ыкмасы.

Негизги кинетикалык жыйынтык: E = 20,42; 44,90; 44,64; 40,52 kJ/mol жана A = 0,048; 14; 12,37; 4,68 s⁻¹ тиешелүүлүгүнө жараша KU, KD3, KD10 жана KD15 үчүн.

Булак ичиндеги шайкештик эскертүүсү 1: Chesson–Data түшүндүрмөсүндө акыркы калдык “c” деп аталгандан кийин лигнин “d” деп да аталат; Теңдеме (3) болсо лигнин эсебинде c колдонот.

Булак ичиндеги шайкештик эскертүүсү 2: Теңдеме (10)до температура чектери T₀–T болгонуна карабастан, интегралдын дифференциалы “dt” деп басылган.

Булак ичиндеги шайкештик эскертүүсү 3: Теңдеме (12) менен 1/T графиги бирге бааланганда сызыктуу ылдыйлоо мүчөсү −E_a/R түрүндө болсо, кийинки текст ылдыйлоону E_a/RT деп билдирет.

Булак ичиндеги шайкештик эскертүүсү 4: 5-таблицанын Peak temp. маанилери 316,80; 322,11; 320,04 жана 319,23 °C. Талкуудагы өзүнчө бир сүйлөм Stage 2 акыркы температураларын 397,56; 381,63; 379,46 жана 378,84 °C деп берип, аларды T_max деп атайт.

Булак ичиндеги шайкештик эскертүүсү 5: 5-таблица KD10 жана KD15 калдыктарын %7,37 жана %6,45 деп берсе, талкуу тексти %7,34 жана %6,35 деп берет.

Статистикалык чек: Булакта кайталоо саны, ката тилкеси, стандарттык четтөө, p мааниси же гипотеза тести билдирилбегендиктен, тексттеги “significant” колдонулуштары статистикалык маанилүүлүк катары кеңейтилген эмес.

Механизм чеги: Авторлордун жогорку NaOH концентрациясында фибрилляция, деполимеризация, суутек байланышынын алсыроосу, кристаллдуулуктун төмөндөшү жана мүмкүн болгон целлюлоза I → II өтүүсү тууралуу түшүндүрмөлөрү талкуу чечмелөөсү; бул түзүмдүк өзгөрүүлөр учурдагы изилдөөдө өзүнчө XRD, SEM же окшош түз мүнөздөө менен көрсөтүлгөн эмес.

Колдонуу чеги: Изилдөө TGA жана кинетикалык параметрлерди баалайт; чыныгы пиролиз реактору, bio-oil өндүрүшүнүн чыгымы, продукт химиясы, процесс экономикасы жана масштабды чоңойтуу көрсөткүчү өлчөнгөн эмес.

ISSN каттоо айырмасы: Жүктөлгөн PDFтин жогорку бөлүгүндө p-ISSN 2579-8537 жана e-ISSN 2579-9746 жазылган, ал эми журналдын азыркы расмий About бетинде башка p-ISSN/e-ISSN маанилери көрсөтүлгөн. Бул айырма унчукпай шайкештештирилген эмес.