Химический состав фенольной фракции смолы абляционного пиролиза древесины

  • М. Ю. Микулинцева Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова https://orcid.org/0000-0001-7295-6771
  • Д. А. Пономарев Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова https://orcid.org/0000-0002-1327-3687
  • А. Н. Грачев Казанский национальный исследовательский технологический университет
  • С. А. Покрышкин Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова
  • Д. С. Д.С. Косяков Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова https://orcid.org/0000-0001-5223-6857
Ключевые слова: абляционный пиролиз, древесина березы, фенольная фракция, ЯМР-спектроскопия, ИК-спектроскопия, ГЖХ-спектрометрия

Аннотация

Проанализированы результаты определения химического состава фенольной фракции смолы абляционного пиролиза древесины березы. Фенольную фракцию выделяли экстракцией 10 %-м водным раствором гидроксида натрия. Общий выход фенольной фракции смолы абляционного пиролиза составил 5,3 % в расчете на весь суммарный конденсат. Выделенный щелочной экстракт исследовали методами 1Н и 13С ядерно-магнитного резонанса, инфракрасной спектроскопии и газожидкостной масс-спектрометрии. На основе данных ЯМР-спектроскопии определяли вклад отдельных компонентов фракции. Для этого 1Н ЯМР-спектр был разделен на 7 областей в зависимости от типа протонов: ароматические (δ = 6,5...9,0); фенольные ОН (δ = 5,0...6,5); Ar–CH2–Ar (δ = 3,3...4,5); α-CH3, СН2 и СН (δ = 2,0...3,3); β-СН2 и СН (δ = 1,6...2,0); β-CH3, СН2 и γ-СН (δ = 1,0...1,6); γ-CH3 (δ = 0,5...1,0). Для каждой области определяли интегральную интенсивность протонов и вычисляли ее вклад в сумму интенсивностей протонов всех выделенных областей спектра. Установлено, что фенольная фракция смолы абляционного пиролиза по сравнению с фенольной фракцией смолы традиционного пиролиза содержит больше алифатических групп, тогда как экстракт смолы традиционного пиролиза имеет в своем составе больше ароматических групп. Данные газожидкостной хромато-масс-спектрометрии показали, что наибольший вклад в образование смолы абляционного пиролиза вносят следующие фенолы: 1,2-ди-гидроксибензол, 4-метил-2,6-диметоксифенол, 2,6-диметоксифенол. Гваякол образуется в небольших количествах, что объясняется взятой для пиролиза лиственной породой древесины. С помощью ИК-спектроскопии установлено, что смолы пиролиза содержат фенольные, спиртовые и карбонильные группы и ароматические соединения. Сделан вывод, о содержании значительного количества фенолов во фракции, выделенной щелочной экстракцией, что позволит осуществить ее модификацию в целях получения востребованных продуктов.

Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП НО «Арктика» Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова.

Для цитирования: Микулинцева М.Ю., Пономарев Д.А., Грачев А.Н., Покрышкин С.А., Косяков Д.С. Химический состав фенольной фракции смолы абляционного пиролиза древесины // Лесн. журн. 2019. № 3. С. 132–142. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.132

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

М. Ю. Микулинцева, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

магистрант; ResearcherID: G-8819-2019

Д. А. Пономарев, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

д-р хим. наук, проф.; ResearcherID: G-9744-2019

А. Н. Грачев, Казанский национальный исследовательский технологический университет

д-р техн. наук, проф.

С. А. Покрышкин, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

науч. сотр.

Д. С. Д.С. Косяков, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

канд. хим. наук, доц.; ResearcherID: N-2166-2017

Литература

Грачев А.Н. Разработка методов расчета технологии и оборудования пирогенетической переработки древесины в жидкие продукты: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Казань, 2012. 36 с.

Грачев А.Н., Сафин Р.Г., Хисматов Р.Г., Макаров А.А. Экспериментальные исследования скорости убыли массы древесины в процессе быстрого абляционного пиролиза // Лесн. журн. 2009. № 4. С. 116–122. (Изв. высш. учеб. заведений).

Зорин Б.Я., Демченко Е.А., Тришин В.М., Киприанов А.И. Исследование химического состава фенольной фракции коптильного препарата методом хромато-масс-спектрометрии // Лесн. журн. 2003. № 2-3. С. 107–111. (Изв. высш. учеб. заведений).

Киповский А.Я., Пиялкин В.Н., Белоусов И.И., Прокопьев С.А. Роль температурно-временных факторов при ультрапиролизе древесного сырья // Лесн. журн. 2004. № 4. С. 85–92. (Изв. высш. учеб. заведений).

Марьяндышев П.А., Чернов А.А., Любов В.К. Анализ термогравиметрических и кинетических данных различных видов древесного биотоплива Северо-Западного региона Российской Федерации // Лесн. журн. 2016. № 1. С. 167–182. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.1.167

Cумароков В.П., Володуцкая З.М., Высотская В.А., Клинских Е.В. Методы анализа продуктов пирогенетической переработки древесины. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1960. 252 с.

Уваров И.П., Гордон Л.В. Древесные смолы (синтетические продукты на основе лесохимических фенолов). М.: Гослесбумиздат, 1962. 84 с.

Ben H., Ragauskas A. In Situ NMR Characterization of Pyrolysis Oil during Accelerated Aging // ChemSusChem. 2012. Vol. 5, iss. 9. Pp. 1687–1693. DOI: 10.1002/cssc.201200429

Biomass to Biofuels: Strategies for Global Industries / ed. by A.A. Vertes, N. Qureshi, H. Yukawa, H.P. Blaschek. Chichester: Wiley, 2010. 584 p.

Garcia-Perez M., Adams T.T., Goodrum J.W., Geller D.P., Das K.C. Production and Fuel Properties of Pine Chip Bio-oil/Biodisel Blends // Energy & Fuels. 2007. Vol. 21(4). Pp. 2363–2372. DOI: 10.1021/ef060533e

Mohan D., Pittman C.U., Steele P.H. Pyrolisis of Wood/Biomass for Bio-oil: A Critical Review // Energy & Fuels. 2006, Vol. 20(3). Pp. 848–889. DOI: 10.1021/ef0502397

NIST Standard Reference Database Number 69 // NIST Chem Webbook. U.S. Secretary of Commerce, 2018. Режим доступа: https://webbook.nist.gov/chemistry/ (дата обращения: 06.12.19). DOI: 10.18434/T4D303

Опубликован
2019-06-05
Как цитировать
Микулинцева, М., Д. Пономарев, А. Грачев, С. Покрышкин, и Д. Д.С. Косяков. Химический состав фенольной фракции смолы абляционного пиролиза древесины. Лесной журнал, вып. 3, June 2019, с. 132, doi:10.17238/issn0536-1036.2019.3.132.
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ