С. Н. Евстафьев, д.х.н., профессор, заведующий кафедройхимии и пищевой технологии
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Sergei N. Evstaf‘ev, Dr. Sci. (Chemistry), Professor
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074
Е. С. Фомина, к.х.н., доцент664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Elena S. Fomina, Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor83, Lermontov St., Irkutsk, 664074
Н. П. Тигунцева, к.х.н., доцент664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Nadezhda P. Tiguntceva, Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074
Целью работы являлось изучение термохимических превращений биомассы соломы пшеницы в среде суб- и сверхкритического тетралина. Эксперимент выполнен в реакторе периодического действия при температурах 285, 330, 380, 420 и 460 °С, продолжительность обработки – 10 мин. Установлено, что процесс ожижения соломы в субкритическом тетралине характеризуется сравнительно высокой эффективностью. При 420 °С степень конверсии биомассы составила 98,2% а.с.м. Максимальный выход жидких продуктов ожижения (81,6% а.с.м.) получен при 380 °С. Жидкие продукты фракционировали последовательной экстракцией гексаном, водой и этанолом. По данным ГХ-МС гексанрастворимые продукты ожижения представлены смесью низкомолекулярных продуктов деструкции компонентов соломы и продуктов превращения тетралина. В составе продуктов деструкции компонентов соломы идентифицированы метиловые эфиры жирных кислот, ароматические соединения, алканы и в минорных количествах спирты и кетоны. С повышением температуры обработки содержание сложных эфиров снижается с увеличением доли ароматических соединений до 50% отн. В составе гексанрастворимых продуктов ожижения, полученных при 460 °С, сложные эфиры и фенольные соединения отсутствуют. В условиях процесса происходит дегидрирование, алкилирование и изомеризация тетралина с образованием нафталина, 1,4-дигидронафталина и алкилпроизводных тетралина, нафталина и индана. На основании результатов сравнительного анализа ИК-спектров соломы и твердых продуктов ожижения сделано предположение о том, что при температурах процесса до 330 °С в биомассе соломы интенсивно протекают процессы фрагментации полисахаридов, а при более высоких температурах – лигнина. В результате в ИК-спектре твердого продукта, полученного при 380 °С, присутствуют слабо выраженные полосы поглощения алкилароматических структурных фрагментов, а на ИК-спектрах твердого продукта, полученного при 420 °С, – только полосы поглощения минеральных компонентов золы соломы и адсорбированной воды.
The present work investigates the thermochemical conversion of wheat straw biomass in a suband supercritical tetralin medium. The experiment was carried out in a batch reactor at 285, 330, 380, 420 and 460 °C for 10 minutes. The process of straw liquefaction in subcritical tetralin was characterised by relatively high efficiency. At 420 °C, the biomass conversion rate amounted to 98.2% a.d.m. The maximum yield of liquid products during liquefaction (81.6% a.d.m.) was obtained at 380 °C. The liquid products were fractionated by successive extraction with hexane, water and ethanol. According to GC-MS data, the liquefaction products soluble in hexane comprised a mixture of low-molecular weight degradation products of straw components and tetralin derivatives, including methyl esters of fatty acids, aromatic compounds, alkanes and minor alcohols and ketones. When the process temperature increased, the content of esters diminished, followed by an increment in the proportion of aromatic compounds up to 50% rel. No esters and phenolic compounds were present in the liquefaction products soluble in hexane obtained at 460 °C. Dehydrogenation, alkylation and isomerisation of tetralin with the formation of naphthalene, 1,4-dihydronaphthalene and alkyl derivatives of tetralin, naphthalene and indane occurred under the given conditions. The conducted comparative analysis of infrared spectra for straw and solid products of liquefaction suggested that, at temperatures of up to 330 °C, the process of polysaccharide fragmentation is more pronounced in the straw biomass, while, at higher temperatures, the process of lignin fragmentation prevails. As a result, the IR-spectrum of the solid product obtained at 380 °C revealed weakly pronounced absorption bands of alkylaromatic structural fragments. At the same time, only the absorption bands of mineral components in straw ash and adsorbed water were observed in the IR-spectrum of the solid product obtained at 420 °C.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.