Келакай (Stenochlaena palustris), биомассаи лигноселлюлозии папоротникест, ки дар минтақаҳои ботлоқӣ ва торфзори Калимантан мерӯяд; делигнификатсия бошад, равиши коркарди пешакӣ аст, ки ба кам кардани фраксияи лигнин дар биомасса нигаронида шудааст. Дар ин таҳқиқот келакаи хушкшуда бо маҳлулҳои %3, %10 ва %15 NaOH дар 80 °C, зери омехтакунии 200 rpm барои 1 соат коркард шудааст; пас аз коркард таркиби лигноселлюлозӣ бо усули Chesson–Data, рафтори таҷзияи гармӣ бо таҳлили термогравиметрӣ (TGA) ва кинетикаи таҷзия бо модели Coats–Redfern-и дараҷаи якум арзёбӣ шудааст. Бо зиёд шудани миқдори NaOH хориҷшавии лигнин қавитар шудааст, аммо шароите, ки миқдори камтарини лигнинро додааст, аз ҷиҳати устувории гармӣ беҳтарин набудааст.

Дар намунаи коркарднашудаи KU селлюлоза %29,64 ва лигнин %33,23 буданд, дар ҳоле ки дар KD3-и бо %3 NaOH омодашуда селлюлоза то %57,49 афзуда, лигнин то %21,77 коҳиш ёфтааст. Дар KD10 селлюлоза %60,67 ва лигнин %9,41; дар KD15 бошад, селлюлоза %64,15 ва лигнин %5,18 чен шудааст. Аз ин рӯ, сатҳи хориҷшавии лигнин барои KD3, KD10 ва KD15 мутаносибан %34,48, %70,69 ва %83,87 мебошад.

Бо вуҷуди ин, рафтори гармӣ оптимуми дигареро нишон додааст. Ҳарорати қуллаи DTG барои KU 316,80 °C буда, дар KD3 то 322,11 °C баланд шудааст ва дар KD10 ва KD15 мутаносибан то 320,04 ва 319,23 °C коҳиш ёфтааст. Энергияи фаъолсозии Coats–Redfern низ аз 20,42 kJ/mol дар KU то 44,90 kJ/mol дар KD3 афзуда, дар консентратсияҳои баландтари NaOH то 44,64 ва 40,52 kJ/mol поён рафтааст. Аз ин рӯ, муаллифон коркарди пешакии %3 NaOH-ро ҳамчун тавозуни муносибтарин байни делигнификатсияи муассир ва муқовимати гармӣ арзёбӣ кардаанд.

Натиҷаи таҳқиқот бо тавсифи биомасса дар миқёси лабораторӣ ва кинетикаи TGA маҳдуд аст. Дар таҳқиқот ҳосили bio-oil, таркиби маҳсулот, тавозуни энергия, арзиши иқтисодӣ ё кори миқёси саноатӣ дар реактори воқеии пиролиз чен нашудааст. Аз ин рӯ, аз ин таҳқиқот хулоса баровардан мумкин нест, ки “%3 NaOH дар раванди воқеии саноатии пиролиз оптимуми қатъӣ аст”.

Делигнификатсияи Келакай Рафтори Пиролизро Чӣ Гуна Тағйир Медиҳад?

Делигнификатсияи келакай бо NaOH матритсаи лигноселлюлозии аз лигнин бойро тағйир дода, ҳиссаи нисбии селлюлозаро дар фазаи сахт афзоиш дода, боқимондаи char-ро кам карда ва рафтори оғозу қуллаи таҷзияи гармиро тағйир додааст; аммо дар таҳқиқот қавитарин хориҷшавии лигнин дар %15 NaOH дида шуда, нишондиҳандаҳои баландтарини муқовимати гармӣ дар %3 NaOH ба даст омадаанд.

Чаро келакай дар ин таҳқиқот омӯхта шуд?

Келакай, бо номи илмии Stenochlaena palustris, як навъи папоротник аст, ки дар торфзорҳои Калимантан ба таври васеъ мерӯяд. Манбаъ келакайро ҳамчун яке аз ашёи хоми маҳаллӣ баррасӣ мекунад, ки ба қадри кофӣ истифода нашудааст ва метавонад ҳамчун манбаи биомасса истифода шавад.

Масъалаи ибтидоии таҳқиқот миқдори баланди лигнин дар биомассаи келакай мебошад. Лигнин биополимери дорои сохтори ароматӣ ва нисбатан ба гармӣ устувор аст, ки ба девори ҳуҷайраи растанӣ устувории механикӣ медиҳад. Миқдори баланди лигнин рафтори табдили термохимиявии биомассаро тағйир медиҳад ва мувофиқи арзёбии муҳаққиқон матритсаи келакайро устувортар мекунад.

Биомассаи лигноселлюлозӣ чӣ маъно дорад?

Биомассаи лигноселлюлозӣ сохтори растаниест, ки асосан селлюлоза, гемиселлюлоза ва лигнин дорад. Ин се ҷузъ рафтори якхелаи гармӣ нишон намедиҳанд. Гемиселлюлоза одатан дар ҳароратҳои пасттар ба таҷзия оғоз мекунад, селлюлоза минтақаи асосии таҷзияи равшантар ташкил мекунад; лигнин бошад дар доираи васеи ҳарорат метавонад сусттар таҷзия шуда, ба ташаккули char саҳми муҳим гузорад.

Аз ин рӯ, коркарди пешакии ишқорӣ танҳо маънои “кам кардани фоизи лигнин”-ро надорад. Азбаски таносуби нисбии ҷузъҳо дар боқимондаи сахт тағйир меёбад, оғози каҷи TGA, суръати таҷзия, ҳарорати қулла ва миқдори ниҳоии char низ метавонанд тағйир ёбанд.

Делигнификатсияи NaOH чӣ мекунад?

Манбаъ коркарди пешакии NaOH-ро ҳамчун усули химиявии делигнификатсия шарҳ медиҳад, ки канда шудани пайвандҳои эфирӣ ва эстерӣ дар лигнин ва ҳал шудани лигнинро осон мекунад. Бо ин роҳ матритсаи лигноселлюлозӣ кушода шуда, ҳиссаи нисбии селлюлоза дар боқимондаи сахт метавонад зиёд шавад.

Ибораи “ҳиссаи селлюлоза афзуд” дар ин ҷо бояд бо эҳтиёт тафсир шавад. Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки NaOH селлюлозаи нав ба вуҷуд овардааст. Қиматҳои овардашуда фоизҳои таркибӣ дар ҷисми сахти хушки пас аз коркард боқимонда мебошанд. Хориҷ шудани лигнин ва дигар фраксияҳои ҳалшаванда метавонад фоизи нисбии селлюлозаро дар ҷисми сахти умумӣ зиёд кунад.

Рамзҳои намуна чӣ маъно доранд?

• KU: келакаи хоми бо NaOH делигнификатсиянашуда.
• KD3: келакаи бо маҳлули %3 NaOH коркардшуда.
• KD10: келакаи бо маҳлули %10 NaOH коркардшуда.
• KD15: келакаи бо маҳлули %15 NaOH коркардшуда.

Шароити коркарди пешакӣ

Хокаи хушки келакай бо маҳлули %3, %10 ё %15 NaOH бо таносуби 1:10 (w/v) сахт/моеъ омехта шудааст. Манбаъ муайян намекунад, ки фоизи NaOH ба асоси масса/ҳаҷм ё асоси дигари фоизӣ тааллуқ дорад; аз ин рӯ, ҷузъиёти асоси фоиз аз ҷониби Verianla тахмин карда нашудааст.

• Ҳарорат: 80 °C
• Суръати омехтакунӣ: 200 rpm
• Давомнокии коркард: 1 соат
• Таносуби сахт/маҳлул: 1:10 (w/v)
• Шустан: бо оби дистиллшуда то pH-и нейтралӣ
• Хушккунии ниҳоӣ: дар 60 °C барои 24 соат

Усули Chesson–Data чӣ гуна татбиқ шуд?

Дар таҳқиқот фраксияҳои гемиселлюлоза, селлюлоза ва лигнин аз рӯи массаҳои хушки сахти баъд аз коркардҳои пайдарпайи оби гарм ва кислотаи сулфат ҳисоб шудаанд.

Дар аввал 1 g келакаи хушк бо 150 mL оби дистиллшуда дар 100 °C барои 2 соат рефлюкс карда шудааст. Пас аз филтратсия ҷисми сахт то расидани ҳаҷми филтрат ба 300 mL ва pH ба 7 шуста, сипас дар 80 °C то массаи доимӣ хушк карда шуда, боқимондаи a гирифта шудааст.

Боқимондаи a бо 150 mL 0,5 M H₂SO₄ дар 100 °C барои 2 соат дубора рефлюкс карда шудааст; ҷисми сахт боз филтр шуда то pH 7 шуста ва то массаи доимӣ хушк карда шуда, боқимондаи b гирифта шудааст. Массаи дар ин марҳила гумшуда ҳамчун фраксияи гемиселлюлоза арзёбӣ шудааст.

Боқимондаи b баъдан дар 10 mL %72 (v/v) H₂SO₄ дар ҳарорати хона барои 4 соат нигоҳ дошта шуда, пас бо 150 mL 0,5 M H₂SO₄ тунук карда ва дар 100 °C барои 2 соат рефлюкс карда шудааст. Манбаъ ҷисми сахти пас аз ин коркард боқимондаро аввал “residue c” меномад ва дарҳол баъд менависад, ки ҷисми сахти боқимонда лигнин “d” аст. Муодилаи (3) бошад бевосита қимати c-ро истифода мебарад. Аз ин рӯ, номгузории c/d дар дохили манбаъ комилан мувофиқ нест.

Муодилаи Манбаъ (1): фоизи гемиселлюлоза

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

a, массаи хушки пас аз коркарди оби гарм боқимондаро; b, массаи хушки пас аз рефлюкси 0,5 M H₂SO₄ боқимондаро; \(m_{\mathrm{başlangıç}}\) бошад массаи ибтидоии биомассаи хушкро ифода мекунад. Фарқи \(a-b\) ҳамчун фраксияи дар коркарди дуюм хориҷшуда ба ҳисоби гемиселлюлоза дохил мешавад.

Муодилаи Манбаъ (2): фоизи селлюлоза

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

Ин ҳисоб талафи масса байни боқимондаи пеш аз коркарди кислотаи қавӣ ва боқимондаи пас аз коркардро бо фраксияи селлюлоза алоқаманд мекунад.

Муодилаи Манбаъ (3): фоизи лигнин

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

Манбаъ дар Муодилаи (3) барои лигнин аз c истифода мекунад. Азбаски байни ибораи “lignin (d)” дар матни усул ва ин муодила номувофиқии номгузорӣ вуҷуд дорад, Verianla дар ин ҷо формулаи нави d эҷод намекунад.

Таркиби лигноселлюлозӣ пас аз NaOH

Интизор шудан лозим нест, ки ҷамъбасти ин се фоиз 100 бошад; усул танҳо фраксияҳои муайяни лигноселлюлозиро гузориш мекунад ва манбаъ тавозуни муфассали массаи дигар ҷузъҳои сахтро намедиҳад.

Хориҷшавии лигнин

Аз ҷиҳати делигнификатсияи химиявӣ баландтарин хориҷшавӣ дар KD15 аст. Аммо таҳқиқот “бештарин хориҷшавии лигнин” ва “беҳтарин коркарди пешакии пиролиз”-ро як меъёр намешуморад.

Усули Coats–Redfern Дар Ин Таҳқиқот Чиро Ҳисоб Мекунад?

Усули Coats–Redfern усули интегралии кинетикӣ мебошад, ки маълумоти TGA-ро дар суръати доимии гармкунӣ бо кинетикаи Arrhenius ба шакли хаттӣ табдил дода, барои баҳодиҳии энергияи зоҳирии фаъолсозии \(E\) ва омили пешэкспоненсиалии \(A\)-и таҷзияи келакай истифода мешавад; муҳаққиқон таҳлилро зери фарзияи реаксияи дараҷаи якум ва дар доираи ҳарорати деволатилизатсияи ҳар намуна татбиқ кардаанд.

TGA чист?

Таҳлили термогравиметрӣ (TGA), тағйирёбии массаи намунаро ҳангоми тағйир ёфтани ҳарорат ё вақт чен мекунад. Дар ин таҳқиқот аз ҳар намуна 1 mg гирифта, ба зарфи алюмина гузошта ва аз ҳарорати хона то 800 °C:

• суръати гармкунӣ: 10 °C/дақ,
• ҷараёни нитроген: 50 mL/дақ

дар ин шароит гарм карда шудааст.

Атмосфераи нитроген барои фароҳам овардани шароити пиролитикии ғайриоксидкунанда истифода шудааст. Манбаъ дар муҳокимаи баъдӣ марҳилаи сеюмро дар як ҷой “char formation or lignin combustion stage” низ меномад; аммо азбаски таҷриба зери 50 mL/дақ N₂ гузаронида шудааст, Verianla ин марҳиларо асосан ташаккули char ва таҷзияи сусти ҳарорати баланд ифода мекунад ва калимаи “combustion”-и манбаъро ҳамчун худи шароити таҷриба тафсир намекунад.

DTG чист?

DTG (derivative thermogravimetry), ҳосилаи тағйирёбии массаи TG-ро нисбат ба ҳарорат ё вақт нишон медиҳад. Каҷи TG “чӣ қадар масса боқӣ мондааст/гум шудааст”-ро, DTG бошад “талафи масса дар кадом ҳарорат аз ҳама тез аст”-ро равшантар нишон медиҳад.

Аз ин рӯ, ҳарорати қуллаи DTG ҳароратест, ки дар минтақаи таҷзия баландтарин суръати талафи масса дида мешавад. Қиматҳои воқеии Peak temp. дар Ҷадвали 5-и манбаъ барои KU, KD3, KD10 ва KD15 мутаносибан 316,80; 322,11; 320,04 ва 319,23 °C мебошанд.

Муодилаи Манбаъ (4): талафи масса

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

\(m_0\) массаи ибтидоӣ, \(m_t\) масса дар вақти муайян ё ҳарорати муайян мебошад. Сурат массаи аз ибтидо то он лаҳза гумшударо; тақсим ба массаи ибтидоӣ бошад нисбати талафро ба намунаи ибтидоӣ медиҳад.

Муодилаи Манбаъ (5): муодилаи умумии кинетикӣ

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

\(\alpha\) дараҷаи табдил, \(t\) вақт, \(k(T)\) собити суръати вобаста ба ҳарорат ва \(f(\alpha)\) функсияи математикии механизми реаксия/модели табдили интихобшуда мебошад.

Мантиқи муодила чунин аст: суръати таҷзия на танҳо бо собити суръати вобаста ба ҳарорат, балки ҳамроҳ бо функсияи \(f(\alpha)\), ки нишон медиҳад намуна дар ҳамон лаҳза то чӣ андоза табдил ёфтааст, муайян мешавад.

Муодилаи Манбаъ (6): дараҷаи табдил

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

\(m_\infty\) массаи боқимондаи доимӣ дар охири таҷзия мебошад. Ҳамин тавр, дар оғоз, вақте \(m_t\approx m_0\), \(\alpha\) ба сифр наздик мешавад; дар наздикии охири таҷзия, вақте \(m_t\approx m_\infty\), \(\alpha\) ба 1 наздик мешавад.

Муодилаи Манбаъ (7): собити суръати Arrhenius

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

A омили пешэкспоненсиалӣ, E энергияи фаъолсозӣ, R собити универсалии газ ва T ҳарорати мутлақ мебошад.

Дар узви экспоненсиалӣ бо баланд шудани ҳарорат бузургии мутлақи \(-E/(RT)\) кам мешавад; аз ин рӯ, агар дигар тағйирёбандаҳо яксон монанд, собити суръати Arrhenius майл ба афзоиш дорад. Бо зиёд шудани энергияи фаъолсозӣ гузаштан аз монеаи энергия дар ҳамон ҳарорат душвортар мешавад.

Муодилаи Манбаъ (8)

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

Ин муодила шакли ҷойгир кардани муносибати Arrhenius дар муодилаи умумии кинетикӣ мебошад.

Муодилаи Манбаъ (9): гузариш ба суръати доимии гармкунӣ

Манбаъ суръати доимии гармкуниро:

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

муайян мекунад ва мувофиқи он:

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

шаклро истифода мебарад.

Ҳангоми зиёд шудани \(\beta\) ҳамон кинетикаи табдил метавонад дар меҳвари ҳарорат ба шакли дигар мушоҳида шавад. Дар ин таҳқиқот суръати таҷрибавии гармкунӣ 10 °C/дақ аст; аз ҷиҳати фарқи ҳарорат бо 10 K/дақ як бузургӣ мебошад.

Муодилаи Манбаъ (10): функсияи интегралии табдил

Манбаъ Муодилаи (10)-ро ба шакли зерин чоп кардааст:

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

Огоҳӣ оид ба ишорагузории манбаъ: Бо вуҷуди он ки ҳудудҳои поёнӣ ва болоии интеграл дар тарафи рост \(T_0\) ва \(T\) мебошанд, манбаъ дифференсиалро dt чоп кардааст. Азбаски муодилаи пешина ба шакли \(d\alpha/dT\) сохта шудааст, дар ин ҷо байни интеграли ҳарорат ва рамзи дифференсиал номувофиқии ишорагузорӣ дар дохили манбаъ мавҷуд аст. Verianla онро пинҳонӣ тағйир намедиҳад.

Муодилаи Манбаъ (11): наздикшавии хаттии Coats–Redfern

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

Ҳадафи ин табдил табдил додани маълумоти TGA ба шакле мебошад, ки бо регрессияи хаттӣ арзёбӣ шавад.

Муодилаи Манбаъ (12): соддагардонии истифодашуда

Манбаъ:

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

зери ин фарзия шакли соддакардашудаи зеринро истифода мебарад:

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

Манбаъ баъдан қайд мекунад, ки \(y=\ln[g(\alpha)/T^2]\)-ро нисбат ба \(x=1/T\) график кардааст. Дар сохтори бевоситаи алгебравии Муодилаи (12):

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

аз ин рӯ коэффисиенти \(1/T\) баробари \(-E_a/R\) аст. Аммо ҷумлаи баъдии мақола нишебиро ҳамчун “\(E_a/RT\)” ифода мекунад. Ин ду нишондиҳӣ бо ҳам пурра мувофиқ нестанд; Verianla ҳисобро аз нав сохта, қиматҳои E-и гузоришшудаи муаллифонро тағйир намедиҳад.

Фарзияи реаксияи дараҷаи якум чӣ маъно дорад?

Таҳқиқот таҳлили Coats–Redfern-ро зери фарзияи кинетикаи реаксияи дараҷаи якум анҷом додааст. Ин маънои онро надорад, ки пиролизи мураккаби биомасса дар воқеият танҳо аз як реаксияи элементарии химиявӣ иборат аст. Дар ин ҷо модели дараҷаи якум равиши моделсозие мебошад, ки барои ифодаи маълумоти табдили массаи TGA бо параметрҳои зоҳирии кинетикӣ истифода шудааст.

Манбаъ бо такя ба адабиёти пешина асоснок мекунад, ки ин модел метавонад бо маълумоти TGA-и биомассаҳои гуногун мувофиқат кунад ва бо механизми ҳастаёбӣ дар марҳилаҳои оғоз ва охири пиролиз эквивалентии математикӣ дошта бошад.

Ҳисоби кинетикӣ дар кадом доираи ҳарорат анҷом дода шуд?

Ин қиматҳо дар Ҷадвали 5 ҳароратҳои оғоз ва анҷоми Stage 2 мебошанд. Як ҷумла дар бахши муҳокимаи манбаъ ҳамин қиматҳои анҷомро “peak decomposition temperature” меномад; аммо сутуни алоҳидаи Peak temp. дар Ҷадвали 5 қиматҳои дигар медиҳад.

Натиҷаҳои Coats–Redfern

Энергияи фаъолсозӣ E, дар доираи модели кинетикии истифодашуда монеаи зоҳирии энергияро ифода мекунад, ки барои пеш рафтани таҷзияи гармӣ бояд бартараф шавад. A ё омили пешэкспоненсиалӣ параметри миқёси суръат дар муодилаи Arrhenius мебошад. Дар модели дараҷаи якум манбаъ воҳиди A-ро s⁻¹ гузориш мекунад.

R² коэффисиенти регрессияест, ки тавоноии шарҳдиҳии мутобиқати хаттии Coats–Redfern-ро нишон медиҳад. Манбаъ қиматҳои 0,93–0,98-ро мутобиқати хуби хаттӣ арзёбӣ мекунад. Баланд будани R² нишон медиҳад, ки модел ба доираи интихобшудаи маълумот хуб мувофиқ аст; аммо ин худ аз худ маънои онро надорад, ки механизми дараҷаи якум шабакаи воқеии молекулавии реаксияҳои биомассаро қатъиян исбот мекунад.

Чаро %3 NaOH Ҳамчун Коркарди Пешакии Аз Ҳама Муносиби Таҳқиқот Интихоб Шуд?

%3 NaOH на барои он интихоб шуд, ки бештарини лигнинро хориҷ мекунад; балки барои он ки дар шароити таҳқиқот ҳамзамон хориҷшавии %34,48 лигнин, баландтарин талафи массаи деволатилизатсия (%65,52), баландтарин ҳарорати қуллаи DTG (322,11 °C), баландтарин энергияи фаъолсозӣ (44,90 kJ/mol) ва боркунии камтари кимиёвиро таъмин кард ва аз ҷониби муаллифон ҳамчун тавозуни муносибтарин интихоб шуд.

Миқдори лигнин дар KD15 танҳо то %5,18 коҳиш ёфта, фраксияи селлюлоза то %64,15 афзудааст. Бо вуҷуди ин, нишондиҳандаҳои муқовимати гармӣ ба сатҳи KD3 намерасанд. Дар KD10 ва KD15 ҳам ҳарорати қуллаи DTG ва ҳам энергияи фаъолсозӣ нисбат ба KD3 коҳиш меёбанд.

Муаллифон ин рафторро чунин шарҳ медиҳанд, ки боркунии баланди ишқорӣ метавонад дар нахҳои селлюлоза таъсирҳои сохторӣ, аз ҷумла варамкунӣ, фибриллятсия, деполимеризатсия, сустшавии пайвандҳои гидрогении байнимолекулавӣ ва эҳтимоли табдили селлюлоза I → селлюлоза II-ро ба вуҷуд оварад.

Ҳадди тафсир: Дар таҳқиқот XRD, индекси кристаллӣ ё таҳлили мустақими фазаҳои селлюлоза I/II анҷом дода нашудааст. Аз ин рӯ, кристаллии селлюлоза ва табдили селлюлоза I → II дар ин намунаҳо натиҷаи мустақиман ченшуда нестанд; онҳо тафсири механистии муаллифон мебошанд, ки барои шарҳи натиҷаҳои TGA/кинетикӣ бо адабиёти пешина истифода шудаанд.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Омодасозии ашёи хом

Келакай аз минтақаҳои ботлоқии Landasan Ulin, Banjarbaru, South Kalimantan гирифта шудааст. Дар таҳқиқот ҳамаи қисмҳои растанӣ истифода шудаанд.

1. Келакай барои кам кардани намӣ 48 соат хушк карда шудааст.
2. Биомассаи хушкшуда тавре элак карда шудааст, ки аз элаки 18-mesh гузарад.
3. Азбаски манбаъ андозаи физикии сӯрохии элаки 18-mesh-ро гузориш намекунад, Verianla қимати сӯрохиро бо миллиметр илова намекунад.
4. Барои боз ҳам зиёдтар хориҷ кардани намӣ ашёи хом дар 60 °C барои 60 дақиқа хушк карда шудааст.
5. Намунаи коркарднашуда KU номида шудааст.

Коркарди пешакии NaOH

Хокаи хушки KU бо маҳлулҳои %3, %10 ва %15 NaOH дар таносуби 1:10 (w/v) коркард шудааст. Коркард дар 80 °C, 200 rpm ва барои 1 соат анҷом дода шудааст. Сипас намунаҳо бо оби дистиллшуда то нейтрал шудани pH шуста ва дар 60 °C барои 24 соат хушк карда шудаанд.

Се марҳилаи таҷзияи TGA

Манбаъ дар баёни умумӣ таҷзияро ба се минтақа ҷудо мекунад:

1. Дегидрататсия: хориҷ шудани оби озод ва басташуда ва баъзе ҷузъҳои сабук.
2. Деволатилизатсия: минтақаи асосии фаъоли пиролиз; қисми муҳими таҷзияи гемиселлюлоза ва селлюлоза дар ин ҷо рух медиҳад.
3. Ташаккули char / таҷзияи ҳарорати баланд: таҷзияи сусти фраксияҳои устувортар ва муайян кардани миқдори боқимондаи карбонӣ.

Ҳарчанд матни умумии манбаъ ин минтақаҳоро тақрибан 25–170 °C, 250–380 °C ва 500–800 °C тавсиф мекунад, Ҷадвали 5 барои ҳар намуна ҳудудҳои гуногуни марҳила медиҳад. Аз ин рӯ, Verianla диапазонҳои умумиро ҳамчун ҳудуди дақиқи намуна истифода намекунад.

Чаро ҳарорати ибтидоии таҷзия баланд шуд?

Ҳадди аввалини марҳилаи асосии KU 179,26 °C буд, дар ҳоле ки барои KD3, KD10 ва KD15 мутаносибан 248,85, 247,56 ва 245,40 °C буд. Манбаъ ин таъхирро бо хориҷ шудани фраксияҳои аморфии гемиселлюлоза, лигнин ва экстрактивҳо, ки устувории гармии пасттар доранд, ва бо зиёд шудани ҳиссаи нисбии селлюлоза дар ҷисми сахт алоқаманд мекунад.

Вақте ки консентратсияи NaOH аз %3 то %10 ва %15 зиёд шуд, ин қимати ибтидоӣ аз 248,85 °C ба 247,56 ва 245,40 °C каме паст шуд. Муаллифон инро чунин тафсир мекунанд, ки коркарди аз ҳад зиёди ишқорӣ метавонад ба сохтори селлюлоза осеб расонад.

Чаро деволатилизатсия муҳим аст?

Деволатилизатсия дар таҳқиқот ҳамчун минтақаи асосии фаъоли пиролиз арзёбӣ шудааст. Талафи масса дар ин марҳила барои KU %53,17 буд, дар ҳоле ки барои KD3, KD10 ва KD15 мутаносибан %65,52, %64,57 ва %64,23 буд.

Қимати %65,52-и KD3 баландтарин талафи массаи Stage 2 дар байни се намунаи делигнификатсияшуда мебошад. Ин яке аз сабабҳои интихоби %3 NaOH аз ҷониби муаллифон аст.

Ҳарорати қуллаи DTG чӣ нишон дод?

Ҳарорати қуллаи DTG барои KU-и хом 316,80 °C, барои KD3 322,11 °C, барои KD10 320,04 °C ва барои KD15 319,23 °C дода шудааст. Ҳамин тавр, қимати максималӣ дар KD3 ба даст омадааст.

Дар параграфи дигари манбаъ қиматҳои 397,56; 381,63; 379,46 ва 378,84 °C ҳамчун T_max номида мешаванд. Аммо ин қиматҳо ҳароратҳои охири Stage 2 дар сутуни “Final temp.”-и Ҷадвали 5 мебошанд. Verianla сутуни воқеии “Peak temp.”-ро ҳамчун ҳарорати қуллаи DTG асос мегирад ва фарқи номгузории дохилии манбаъро алоҳида намоён нигоҳ медорад.

Миқдори char/боқимонда чӣ гуна тағйир ёфт?

Мувофиқи Ҷадвали 5, боқимондаи ниҳоӣ дар KU %24,23 буд, дар ҳоле ки дар KD3 то %8,71, дар KD10 то %7,37 ва дар KD15 то %6,45 коҳиш ёфт. Ин тамоюл бо кам шудани миқдори лигнин ҳамсамт аст.

Аммо матни муҳокимаи манбаъ барои KD10 ва KD15 қиматҳои %7,34 ва %6,35-ро медиҳад. Аз ин рӯ, байни ду маҷмӯи қиматҳо номувофиқии хурди дохилии манбаъ вуҷуд дорад. Verianla қиматҳои ҷадвалро ҳамчун маълумоти асосӣ нишон дода, алтернативаҳои матниро дар ёддошти манбаъ нигоҳ доштааст.

Боқимондаи камтари char чӣ маъно дорад?

Муаллифон чунин тафсир мекунанд, ки азбаски лигнин фраксияи ба гармӣ устувор ва ба ташаккули char саҳмгузори қавӣ мебошад, бо хориҷ шудани лигнин маҳсулоти идорашаванда бештар ба вуҷуд омада, боқимондаи ниҳоии сахт кам мешавад.

Аммо дар TGA боқимондаи камтари сахт худ аз худ маънои баландтари ҳосили bio-oil надорад. TGA дар ин таҳқиқот ҳосили ҷудогонаи газ, буғи конденсатсияшаванда/bio-oil ва маҳсулоти char-ро чен накардааст. Барои тақсимоти воқеии маҳсулот реактори алоҳидаи пиролиз ва таҷрибаҳои ҷамъоварӣ/таҳлили маҳсулот лозиманд.

Афзоиш ва сипас коҳиши энергияи фаъолсозӣ чӣ гуна тафсир шуд?

Энергияи фаъолсозӣ аз 20,42 kJ/mol дар KU то 44,90 kJ/mol дар KD3 афзудааст. Муаллифон ин афзоишро бо қисман хориҷ шудани фраксияҳои аз ҷиҳати гармӣ ноустувортар ва бо он алоқаманд мекунанд, ки матритсаи боқимондаи аз селлюлоза бой барои оғоз кардани таҷзия энергияи баландтар талаб мекунад.

Дар KD10 E=44,64 kJ/mol ва дар KD15 E=40,52 kJ/mol ёфт шудааст. Манбаъ ин коҳишро чунин тафсир мекунад, ки делигнификатсияи аз ҳад зиёд метавонад ба варамкунии нах, деполимеризатсия ва заифшавии сохторӣ оварда расонад.

Баъзе аз ин тавзеҳоти механистӣ бо ченкунии мустақими сохторӣ санҷида нашудаанд. Дар таҳқиқот барои кристаллӣ будан, вазни молекулавӣ, морфологияи нах ё полиморфи селлюлоза таҳлили алоҳидаи XRD/SEM/NMR гузориш нашудааст.

Оё ибораи “Significant” маънои аҳамияти оморӣ дорад?

Манбаъ баъзе тағйиротро дар матн “significant/significantly” меномад; аммо дар мақолаи баррасишуда шумораи такрорҳои намуна, сутунҳои хато, инҳирофи стандартӣ, қиматҳои p, ANOVA ё санҷиши дигари гипотеза гузориш нашудаанд. Аз ин рӯ, Verianla ин калимаро дар заминаи “тағйироти равшан/калони миқдорӣ” мебинад ва онро ҳамчун далели аҳамияти оморӣ аз нав наменависад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Коркарди NaOH таркиби лигноселлюлозии ҷисми сахти келакайро ба таври равшан тағйир додааст.
• Бо зиёд шудани консентратсияи NaOH фоизи ченшудаи лигнин ба таври якмаром коҳиш ёфта, хориҷшавии ҳисобшудаи лигнин ба таври якмаром афзудааст.
• %15 NaOH баландтарин хориҷшавии лигнин (%83,87) ва баландтарин фоизи нисбии селлюлоза (%64,15)-ро додааст.
• %3 NaOH баландтарин ҳарорати қуллаи DTG (322,11 °C), баландтарин энергияи фаъолсозӣ (44,90 kJ/mol) ва баландтарин талафи массаи Stage 2 дар байни намунаҳои делигнификатсияшуда (%65,52)-ро додааст.
• Коркарди пешакии NaOH таносуби ниҳоии char/боқимондаро нисбат ба KU ба таври назаррас кам кардааст.
• Мутобиқатҳои хаттии Coats–Redfern дар доираи R²=0,93–0,98 гузориш шудаанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки %3 NaOH барои ҳамаи намудҳои биомасса оптимуми универсалӣ аст.
• Дар реактори воқеии пиролиз афзоиши ҳосили bio-oil мустақиман чен нашудааст.
• Таркиби кимиёвии bio-oil дар ин таҳқиқот чен нашудааст.
• Барои истеъмоли NaOH, талаботи оби шустан, сарбории оби партов ё арзиши иқтисодӣ оптимизатсияи раванд анҷом дода нашудааст.
• Табдили селлюлоза I → селлюлоза II мустақиман тавсиф нашудааст.
• Осеби нах мустақиман бо микроскопия ё таҳлили кристаллӣ чен нашудааст.
• Муносибати “char камтар = bio-oil бештар” дар ин таҷриба дар сатҳи маҳсулот тасдиқ нашудааст.
• Натиҷаҳои лаборатории TGA худ аз худ кори реактори саноатиро исбот намекунанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

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

Муаллифи масъул: Hesti Wijayanti.

Почтаи электронӣ: hesti.wijayanti@ulm.ac.id

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

Маҷалла: Jurnal Teknik Kimia dan Lingkungan.

Ҷилд / шумора: 10 / 2.

Саҳифаҳо: 227–239.

DOI: 10.33795/jtkl.v10i2.9341.

Санаи ирсол: 14 декабри 2025.

Санаи таҷдиди назар: 13 майи 2026.

Санаи қабул: 25 майи 2026.

Санаи расмии нашри онлайн: 21 октябри 2026.

Ношир: Politeknik Negeri Malang.

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти лаборатории таҷрибавии коркарди пешакии биомасса, таҳлили термогравиметрӣ ва моделсозии кинетикӣ.

Баррасии ҳамсолон: Jurnal Teknik Kimia dan Lingkungan расман ҳамчун маҷаллаи илмии баррасишаванда тавсиф мешавад.

Литсензия: Дар саҳифаи расмии мақола Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International — CC BY-NC 4.0 нишон дода шудааст.

Маблағгузорӣ: Аз ҷониби Directorate General of Higher Education, Ministry of Higher Education, Science, and Technology, Republic of Indonesia бо 2025 “Penelitian Tesis Magister” Research Grant, No. 1466/UN8.2/PG/2025 дастгирӣ шудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати молиявии рақобаткунанда вуҷуд надорад.

Изҳорот оид ба зеҳни сунъии генеративӣ: Муаллифон изҳор кардаанд, ки дар омодасозии мақола зеҳни сунъии генеративӣ ё технологияи дастгиришудаи зеҳни сунъӣ истифода накардаанд.

Дастрасии маълумот: Дар PDF-и баррасишуда бахши алоҳидаи Data Availability мавҷуд нест.

Саҳми баробар: Дар манбаъ изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифи аввал дида намешавад.

Саҳми муаллифон: K.A.: навиштани тарҳи аввал, усул, таҳқиқот. H.W.: консептуализатсия, тарҳи аввал, бозбинӣ ва таҳрир, усул, захираҳо. A.T.: бозбинӣ ва таҳрир, консептуализатсия, таҳлили формалӣ. I.F.N.: бозбинӣ ва таҳрир, консептуализатсия, идоракунии лоиҳа.

Коркарди асосии пешакӣ: %3, %10 ва %15 NaOH; 1:10 (w/v) биомасса/маҳлул; 80 °C; 200 rpm; 1 соат; сипас шустан то pH-и нейтралӣ ва хушккунӣ дар 60 °C барои 24 соат.

Дастгоҳи TGA: SEIKO TG/DTA 7300.

Шароити TGA: 1 mg намуна; аз ҳарорати хона то тақрибан 800 °C; 10 °C/дақ; ҷараёни N₂ 50 mL/дақ.

Таҳлили лигноселлюлозӣ: Усули Chesson–Data.

Таҳлили кинетикӣ: Усули Coats–Redfern-и дараҷаи якум.

Натиҷаи асосии кинетикӣ: E = 20,42; 44,90; 44,64; 40,52 kJ/mol ва A = 0,048; 14; 12,37; 4,68 s⁻¹ мутаносибан барои KU, KD3, KD10 ва KD15.

Ёддошти мувофиқати дохилии манбаъ 1: Дар шарҳи Chesson–Data пас аз он ки боқимондаи ниҳоӣ “c” номида мешавад, лигнин ҳамчун “d” низ зикр мешавад; Муодилаи (3) бошад дар ҳисоби лигнин c-ро истифода мебарад.

Ёддошти мувофиқати дохилии манбаъ 2: Дар Муодилаи (10), гарчанде ҳудудҳои ҳарорат T₀–T мебошанд, дифференсиали интеграл ҳамчун “dt” чоп шудааст.

Ёддошти мувофиқати дохилии манбаъ 3: Вақте Муодилаи (12) ва графики 1/T якҷоя арзёбӣ мешаванд, узви нишебии хаттӣ ба шакли −E_a/R аст, дар ҳоле ки матни баъдӣ нишебиро E_a/RT ифода мекунад.

Ёддошти мувофиқати дохилии манбаъ 4: Қиматҳои Peak temp. дар Ҷадвали 5 316,80; 322,11; 320,04 ва 319,23 °C мебошанд. Як ҷумлаи алоҳида дар муҳокима ҳароратҳои анҷоми Stage 2-ро 397,56; 381,63; 379,46 ва 378,84 °C дода, онҳоро T_max меномад.

Ёддошти мувофиқати дохилии манбаъ 5: Ҷадвали 5 боқимондаи KD10 ва KD15-ро %7,37 ва %6,45 медиҳад, дар ҳоле ки матни муҳокима %7,34 ва %6,35 медиҳад.

Ҳадди оморӣ: Азбаски дар манбаъ шумораи такрорҳо, сутуни хато, инҳирофи стандартӣ, қимати p ё санҷиши гипотеза гузориш нашудааст, истифодаҳои “significant” дар матн ҳамчун аҳамияти оморӣ васеъ карда нашудаанд.

Ҳадди механизм: Шарҳҳои муаллифон дар бораи фибриллятсия, деполимеризатсия, сустшавии пайванди гидрогенӣ, коҳиши кристаллӣ ва эҳтимоли табдили селлюлоза I → II дар консентратсияи баланди NaOH тафсири муҳокима мебошанд; ин тағйироти сохторӣ дар таҳқиқоти мавҷуда бо XRD, SEM ё тавсифи мустақими монанд нишон дода нашудаанд.

Ҳадди татбиқ: Таҳқиқот TGA ва параметрҳои кинетикиро арзёбӣ мекунад; реактори воқеии пиролиз, ҳосили истеҳсоли bio-oil, кимиёи маҳсулот, иқтисоди раванд ва кори калонкунии миқёс чен нашудаанд.

Фарқи сабти ISSN: Дар сарлавҳаи PDF-и боршуда p-ISSN 2579-8537 ва e-ISSN 2579-9746 навишта шудааст, дар ҳоле ки саҳифаи ҷории расмии About-и маҷалла қиматҳои дигари p-ISSN/e-ISSN-ро рӯйхат мекунад. Ин фарқ пинҳонӣ мувофиқ карда нашудааст.