Аналіз закономірностей термічного розкладання деревини ясеня
Анотація
На підставі аналізу останніх досліджень та публікацій з'ясовано, що одним з методів раціонального поводження з відходами термічно модифікованої деревини (ТМД), утвореними на стадії її виготовлення, та зістареної ТМД, яка нагромаджується після завершення терміну її експлуатації, є їхнє перероблення на біопаливо. Наведено дані щодо особливостей процесів термічного розкладання термічно модифікованої деревини ясеня (ТМДЯ) та експонованої в природних умовах аналогічної деревини (ТМДЯексп) викликають практичний інтерес у науковців, оскільки є цінною інформацією для реалізації практичних завдань щодо розроблення ефективного обладнання для спалювання такого виду модифікованої біомаси. Методом комплексного термічного аналізу досліджено закономірності термічного розкладання зразків ТМДЯ, ТМДЯексп, а також звичайної деревини ясеня для їх порівняння. Результати дослідження подано у вигляді термограм (де TG, DTG, DTА – профілі термогравіметричного, диференційно-термогравіметричного та диференційно-термічного аналізів відповідно), на підставі яких виявлено відмінності термічного розкладання – ідентичні стадії розкладання для кожного із зразків є дещо відмінними за температурними діапазонами та втратами маси. Порівнянням TG-профілів встановлено, що для зразків ТМДЯ та ТМДЯексп характерна вища термостійкість, порівняно із звичайною деревиною ясеня. Порівнянням профілів DTA проведено попереднє оцінювання теплотворної здатності зразків, після чого отримано значення за допомогою бомбового калориметра: 18,8 МДж/кг – для звичайної деревини ясеня, 19,9 МДж/кг – для ТМДЯ та 19,7 МДж/кг – для ТМДЯексп. Отримані дані добре узгоджуються з результатами комплексного термічного аналізу, вказуючи на вищі значення теплотворної здатності зразків термічно модифікованої деревини. З'ясовано, що ТМДЯ та ТМДЯексп можна використати як сировинні ресурси для виготовлення біопалива.
Завантаження
Посилання
Bahrami, A., Hornborg, A., Persson, S., Norén, J., & Asplin, B. B. (2023). Evaluation of Untreated and Surface-Treated Wooden Facades of Buildings in Sweden. Coatings, 13, article ID 746. https://doi.org/10.3390/coatings13040746
Bonfatti Júnior, E. A., Lengowski, E. C., Nisgoski, S., Muñiz, G. I. B., & Klock, U. (2022). Properties of thermally modified woods by a Brazilian process. Environmental Sciences Proceedings, 22(1), 24 p. https://doi.org/10.3390/IECF2022-13042
Campbell-Johnston, K., Vermeulen, W. J. V., Reike, D., & Bullot, S. (2020). The circular economy and cascading: towards a framework. Resources, Conservation & Recycling, 7, article ID 100038. https://doi.org/10.1016/J.RCRX.2020.100038
Cerc Korošec, R., Žener, B., Čelan Korošin, N., Humar, M., Kržišnik, D., Rep, G., & Lavrenčič Štangar, U. (2024). Searching for optimal measurement parameters by Thermogravimetry for determining the degree of modification of thermally modified wood. Forests, 15, 8 p. https://doi.org/10.3390/f15010008
DeGroot, W. F., Pan, W.-P., Rahman, M. D., & Richards, G. N. (1988). First chemical events in pyrolysis of wood. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 13(3), 221–231. https://doi.org/10.1016/0165-2370(88)80024-X
Escalante, J., Chen, W.-H., Tabatabaei, M. Hoang, A. T., Kwon, E. E., & Andrew Lin, K.-Y. (2022). Pyrolysis of lignocellulosic, algal, plastic, and other biomass wastes for biofuel production and circular bioeconomy: A review of thermogravimetric analysis (TGA) approach. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 169, article ID 112914. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112914
Gaff, M., Kubovský, I., Sikora, A., Kačíková, D., Li, H., Kubovský, M., & Kačík, F. (2023). Impact of thermal modification on color and chemical changes of African padauk, merbau, mahogany, and iroko wood species. Reviews on advanced materials science, 62(1), article ID 20220277. https://doi.org/10.1515/rams-2022-0277
Godinho, D., Araújo, S.d. O., Quilhó, T., Diamantino, T., & Gominho, J. (2021). Thermally modified woode to different weathering conditions: A review. Forests, 12, article ID 1400. https://doi.org/10.3390/f12101400
Herrera-Builes, J. F., Osorio, J. A., Sepulveda, V., & Ananias, R. (2022). Chemical and structural changes of ocote pine (Pinus oocarpa) wood caused by thermal modification. Revista Facultad Nacional de Agronomía Medellín, 75, 9999-10007. https://doi.org/10.15446/rfnam.v75n2.97576
Herrera-Díaz, R., Sepúlveda-Villarroel, V., Torres-Mella, J., Salvo-Sepúlveda, L., LlanoPonte, R., Salinas-Lira, C., Peredo, M. A., & Ananías, R. A. (2019). Influence of the wood quality and treatment temperature on the physical and mechanical properties of thermally modified radiata pine. European Journal of Wood and Wood Products, 77(4), 661–671. https://doi.org/10.1007/s00107-019-01424-9
Hill, C., Altgen, M., & Rautkari, L. (2021). Thermal modification of wood – a review: chemical changes and hygroscopicity. Journal of Material Science, 56, 6581–6614. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05722-z
Hrytsiuk, Yu. I., & Vovryn, K. Ya. (2018). Software for construction of complex geometric surfaces with spline functions. Scientific Bulletin of UNFU, 28(5), 147–156. https://doi.org/10.15421/40280530
Hrytsiuk, Yu., & Yatsyshyn, S. (2018). Modeling the forming surfaces of wood trunks using spline functions. Proceedings of the Forestry Academy of Sciences of Ukraine, 18, 165–177. https://doi.org/10.15421/411806
Humar, M., Kržišnik, D., Lesar, B., & Brischke, C. (2019). The performance of wood decking after five years of exposure: Verification of the combined effect of wetting ability and durability. Forests, 10(10), article ID 903. https://doi.org/10.3390/f10100903
Humar, M., Lesar, B., & Kržišnik, D. (2020). Moisture Performance of Façade Elements Made of Thermally Modified Norway Spruce Wood. Forests, 11, article ID 348. https://doi.org/10.3390/f11030348
Ivashchuk, O. S., Atamanyuk, V. M., Chyzhovych, R. A., Kiiaieva, S. S., Zherebetskyi, R. R., & Sobechko, I. B. (2022). Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 1, 54–59. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2022-140-1-54-59
Iždinský, J., Vidholdová, Z., & Reinprecht, L. (2021). Particleboards from Recycled Thermally Modified Wood. Forests, 12, article ID 1462. https://doi.org/10.3390/f12111462
Jones, D., & Sandberg, D. (2020). A Review of Wood Modification Globally – Updated Findings from COST FP1407. Interdisciplinary Perspectives on the Built Environment, 1, 1–31. https://doi.org/10.37947/ipbe.2020.vol1.1
Korinchevska, T. V., & Mykhailyk, V. A. (2020). Thermal decomposition of granulated fuel from miscantus. Scientific Works, 84, 1, 10–15. https://doi.org/10.15673/swonaft.v84i1.1862
Korinchevska, T., Mykhailyk, V., & Korinchuk, D. (2019). Thermal decomposition of granulated wood in conditions of variable gas atmosphere. Scientific Works, 83(1), 45–50. https://doi.org/10.15673/swonaft.v83i1.1416
Kubovský, I., Kačíková, D., & Kačík, F. (2020). Structural changes of oak wood main components caused by thermal modification. Polymers, 12(2), 485 p. https://doi.org/10.3390/polym12020485
Liu, L., Pang, Y., Lv, D., Wang, K., & Wang, Y. (2021). Thermal and kinetic analyzing of pyrolysis and combustion of self-heating biomass particles. Process Safety and Environmental Protection, 151, 39–50. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.05.011
Lourenço, A., Araújo, S., Gominho, J., Pereira, H., & Evtuguin, D. (2020). Structural changes in lignin of thermally treated eucalyptus wood. Journal of Wood Chemistry and Technology, 40, 258–268. https://doi.org/10.1080/02773813.2020.1769674
Meger, J., Kozioł, C., Pałucka, M., Burczyk, Ja., & Chybicki, I. (2024). Genetic resources of common ash (Fraxinus excelsior L.) in Poland. BMC Plant Biology, 24, article ID 186. https://doi.org/10.1186/s12870-024-04886-z
Mishra, A., Nanda, S., Parida, M. R., Jena, P. K., Dwibedi, S. K., Samantaray, S. M., Samantaray, D., Mohanty, M. K., & Dash, M. (2023). A comparative study on pyrolysis kinetics and thermodynamic parameters of little millet and sunflower stems biomass using thermogravimetric analysis. Bioresource Technology, 367, article ID 128231. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128231
Nanda, S., Swain, B., Priyadarsini, A., Mishra, A., Parida, M. R., Jena, P. K., Mohanty, M. K., & Dash, M. (2024). Thermodynamic, spectroscopic and molecular characterization of rice straw biomass for use as biofuel feedstock. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 12(5), 1842–1851. https://doi.org/10.1002/cjce.25174
Priyadarsini, A., Swain, B., Mishra, A., Nanda, S., Dash, M., Swain, N., Jena, P. K., & Mohanty, M. K. (2023). Study on biofuel efficiency of tropical banana leaf biomass using spectroscopy, kinetic and thermodynamic parameters. Bioresource Technology Reports, 23, article ID 101522. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2023.101522
Shen, D. K., Gu. S., Luo, K. H., Bridgwater, A. V., & Fang, M. X. (2009). Kinetic study on thermal decomposition of woods in oxidative environment. Fuel, 88, 1024–1030. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.10.034
Souza Pinho, G. C., Calmon, J.L., Medeiros, D. L., Vieira, D., & Bravo, A. (2023). Wood Waste Management from the Furniture Industry: The Environmental Performances of Recycling, Energy Recovery, and Landfill Treatments. Sustainability, 15(20), article ID 14944. https://doi.org/10.3390/su152014944
Stepina, I., & Zheglova, Y. (2023). Pyrolysis of Pine Wood in the Presence of Boron-Nitrogen Compounds. Materials, 16, article ID 6353. https://doi.org/10.3390/ma16196353
Sytnyk, S. A., & Rula, I. V. (2018). The thermal analysis of wood and bark of Black locust stands within Northern Steppe of Ukraine. Scientific Bulletin of UNFU, 28(6), 125–128. https://doi.org/10.15421/40280625
Tkach, V., Rumiantsev, M., Lukyanets, V., Kobets, O., Pozniakova, S., Obolonyk, I., & Sydorenko, S. (2020). Common ash (Fraxinus excelsior L.) in Ukrainian forests and its successful natural regeneration. Forestry Studies, 73, 26–42. https://doi.org/10.2478/fsmu-2020-0012
Todaro, L., Rita, A., Cetera, P., & DAuria, M. (2015). Thermal treatment modifies the calorific value and ash content in some wood species. Fuel, 140, 1–3. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.060
Tomak, E. D., Ustaomer, D., Ermeydan, M. A., & Yildiz, S. (2018). An investigation of surface properties of thermally modified wood during natural weathering for 48 months. Measurement, 127, 187–197. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.05.102
Tsapko, Yu. V., Horbachova, O. Yu., Mazurchuk, S. M., & Bondarenko, O. P. (2021). Determining of the effectiveness of thermally modified hornbeam wood ultraviolet protection. Scientific Bulletin of UNFU, 31(2), 81–87. https://doi.org/10.36930/40310213
Ugovšek, A., Šubic, B., Starman, J., Rep, G., Humar, M., Lesar, B., Thaler, N., Brischke, C., Meyer-Veltrup, L., & Jones, D. (2018). Short-term performance of wooden windows and facade elements made of thermally modified and non-modified Norway spruce in different natural environments. Wood Material Science & Engineering, 14(1), 42–47. https://doi.org/10.1080/17480272.2018.1494627
Wang, W., Lemaire, R., Bensakhria, A., & Luart, D. (2022). Thermogravimetric analysis and kinetic modeling of the AAEM-catalyzed pyrolysis of woody biomass. Molecules, 27, article ID 7662. https://doi.org/10.3390/molecules27227662
Yalechko, V., Kochubey, V., Hnatyshyn, Y., & Pavlovskyi, Y. (2016). Thermal analysis of willow wood (Salix Viminalis). Scientific Bulletin of UNFU, 26(4), 247–251. https://doi.org/10.15421/40260438
Zaman, A., Alén, R., & Kotilainen, R. (2000). Thermal behavior of Scots Pine (Pinus Sylvestris) and Silver Birch (Betula Pendula) at 200–230 °C. Wood and Fiber Science, 32(2), 138–143. URL: https://www.researchgate.net/publication/284663130_Thermal_behaviour_of_Scots_pine_Pinus_sylvestris_and_silver_birch_Betula_pendula_at_200-230C
Zelinka, S. L., Altgen, M., Emmerich, L., Guigo, N., Keplinger, T., Kymäläinen, M., & Thybring, E. E. (2022). Review of wood modification and wood functionalization technologies. Forests, 13(7), article ID 1004. https://doi.org/10.3390/f13071004
