TORREFICATION AND PYROLYSIS OF PINUS SYLVESTRIS L. NEEDLES: COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF PRODUCTS

XFYXPS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.027

Keywords:

pine needles, torrefaction, pyrolysis, properties of products

Abstract

Currently, among the methods of processing woody greens (WG and needles, in particular), various options for extraction processing prevail to obtain in-demand products for the production of goods in agricultural, medical, food, perfumery and cosmetics and other industries. In our opinion, pyrolytic conversion of this raw material in order to obtain liquid and solid biofuels is an important direction of using woody greenery and needles (leaves).  In the Russian Federation, no attention is paid to this area. In our study, we obtained new data on the physico-chemical properties of torrefacts and biochar obtained by thermal processing of pine needles. On the basis of a complex of methods – scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry (TG/DTG using second derivatives of DTG contours by temperature), differential scanning calorimetry (DSC) and analytical pyrolysis (Py-GC/MS) – the physicochemical properties of torrefacts and biochar obtained at different temperatures of pine needles pyrolysis were studied for the first time. The mechanism of thermo–oxidative destruction of biochar, characteristic differences of products in structure (SEM), processes of thermo-oxidative destruction - in mass loss and kinetics (activation energy, reaction rate constants), in specific heat of combustion of torrefacts and biochar, component composition of "secondary" pyrolyzates obtained by flash pyrolysis of torrefacts and biochars at 600 °C. The expediency and prospects of pyrolytic processing of pine needles are discussed.

Author Biography

Yuri Ya. Simkin, 4Siberian State University of Science and Technology named after Academician M.F. Reshetnev

 

 

References

Wei-Hsin Chen, Ke-Miao Lu, Chi-Ming Tsai. An experimental analysis on property and structure variations of agricultural wastes undergoing tor-refaction // Applied Energy. 2012. №100. 318–325. Р.

Исследование технологических параметров торрефикации древесины в горизонтальном шнековом реакторе в интенсивных режимах / А.А.Макаров [и др.]. // Вестник Казанского тех-нологического университета. 2013. № 13. С. 177–179.

А. Ю. Крылова, Е. Г. Горлов, А. В. Шумовский. Получение биоугля пиролизом биомассы // Химия твердого топлива. 2019. № 6. С. 55–64.

Akanksha Kumain, T. K. Bhattacharya, Hemant Kumar Sharma. Physico-chemical and Thermal Characteristics of Pine Needle Biochar Bri-quetted Fuel using Soil, Lime and Cement as a Binder // Int.J.Curr.Microbiol.App.Sci. 2020. № 9(10). Р. 3675–3690.

Valorization of waste pine needle biomass into biosorbents for the removal of methylene blue dye from water: Kinetics, equilibrium and ther-mo-dynamics study / D. Pandey [et. al] // Envi-ronmental Technology & Innovation. 2022. № 25. P. 8–12.

Havilah P. R., Sharma P. K., Sharma A. K. Char-acterization, thermal and kinetic analysis of Pi-nus roxburghii // Environment, Development and Sustainability: A Multidisciplinary Approach to the Theory and Practice of Sustainable Devel-opment. 2021. №. 23. Р. 8872–8894.

Varma A. K., P. Mondal. Pyrolysis of pine nee-dles: effects of process parameters on products yield and analysis of products // J. Therm. Anal. Caloriml. 2018. №13. P. 1057–2072.

Термический анализ и пиролиз хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris Ledeb.) / С. Р. Лоскутов [и др.]. // Химия в интересах устойчи-вого развития. 2023. № 1. С. 49–59.

Ягодин В. И. Основы химии и технологии пе-реработки древесной зелени: учебник / под ред. Ю. И. Холькина Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. 224 с.

Оболенская А. В., Ельницкая З. П., Леонович А. А. Лабораторные работы по химии древе-сины и целлюлозы: учебное пособие для ву-зов / М.: Экология, 1991. 320 с.

Broido A. A simple, sensitive graphical method of treating thermogravimetric analysis data // J. Polym. Sci. 1969. № 7. P. 1761–1773.

Диагностика ранних изменений физико-химических свойств древесины под действием грибных инфекций / С.Р. Лоскутов [и др.] // Хи-мия растительного сырья. 2022. № 2. С. 61–72.

Characterization of Biochars from Various Agri-cultural ByProducts Using FTIR Spectroscopy, SEM focused with image Processing / A. Ray [et al.] // International Journal of Agriculture, Envi-ronment and Biotechnology. 2020. №13(4). P. 423–430.

Элементный состав хвои в разных клонах сосны обыкновенной / В.В. Тараканов [и др.] // Лесоведение. 2007. № 1. С. 28–35.

Гигроскопические свойства древесины лист-венных пород / Лоскутов С.Р [и др.] // Лесной вестник Forestry Bulletin. 2022. № 2. С. 92–102.

Gao M., Sun C. Y., Wang C. X. Thermal degrada-tion of wood treated with flame retardants // J. Therm. Anal. Calorim. 2006. № 3. P. 765–769.

Muralidhara K. S., Sreenivasan S. Thermal deg-radation kinetic data of polyester, cotton and pol-yester-cotton blended textile material // World Appl. Sci. J. 2010. № 2. P. 184–189.

Saiyed B. A. The study of thermal stability and decomposition in cadmium oxalate single crys-tals // IJERT. 2012. № 1. P. 1–5.

Влияние температуры на кинетику сорбции ионов Со2+ и Ni2+ сорбентом на основе произ-водного инозитгексафосфорной кислоты / Ярусова С. Б. [и др.] // Журнал физической хи-мии. 2018. № 3. С. 451–456.

Изучение процессов сорбции церия методом математического планирования эксперимента / Водолазов Л. И. [и др.] // ДАН СССР. 1989. № 1. С. 139–143.

Лоскутов С. Р. Взаимодействие древесины с физически активными низкомолекулярными веществами. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2004. 171 с.

Applicability of the master plots in kinetic analysis of nonisothermal data / J.M Criado [et al.] // Ther-mochim Acta. 1989. №147. P. 377–385.

Sharma P., Diwan P. K. Study of thermal decom-position process and the reaction mechanism of the eucalyptus wood // Wood Sci Technol. 2017. № 51. P. 1081–1094.

Perez-Makeda L.A., Criado J. M. Accuracy of Senum and Yang approximations to the Arrhenius integral // J Thermal Calorim. 2000. № 60. P. 909–915.

Способ получения бутен-2-диола-1,4: пат: RU2154527C2 Рос.

Химический портал. URL: https://chemport.ru/ (дата обращения: 19.01.2023).

РЕАРУС URL: https://rearus.ru/ (дата обращения: 20.01.2023).

WIKIETO URL: https://wikieto.ru/wiki/a-2-Methoxy-4-vinylphenol (дата обращения: 10.01.2023).

Published

2023-12-29

How to Cite

Kazaryan Л. К., Loskutov С. Р., Plyashechnik М. А., & Simkin Ю. Я. (2023). TORREFICATION AND PYROLYSIS OF PINUS SYLVESTRIS L. NEEDLES: COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF PRODUCTS: XFYXPS. Polzunovskiy VESTNIK, (4), 214–222. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.027

Issue

Section

SECTION 2. CHEMICAL TECHNOLOGIES, MATERIALS SCIENCES, METALLURGY