ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ТОПЛИВНЫХ ГРАНУЛ ИЗ БИОМАССЫ HERACLEUM SOSNOWSKYI MANDEN МЕТОДОМ ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
Аннотация
Проведено исследование компонентного состава продуктов окислительной термодеструкции топливных гранул из биомассы Heracleum sosnowskyi Manden методом хромато-масс-спектрометрии. Биомасса борщевика Сосновского была собрана на территории села Выльгорт республики Коми, высушена до атмосферно-сухого состояния, измельчена до dm < 0,25 мм и запрессована с усилием 10 кН. Топливные гранулы были сожжены в установке, продукты окислительной термодеструкции уловлены и проанализированы на газо-жидкостном хроматографе с масс-селективным детектором. В результате анализа масс-спектров из 47 уловленных соединений было идентифицировано 39 низкомолекулярных продуктов со временем удерживания от 6 до 79 мин и процентным содержанием от 0,4 до 12%. Качественный и количественный анализ компонентного состава продуктов деструкции показал, что их образование напрямую связано с компонентным составом биомассы и определяется содержанием и строением целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. Анализ зависимости соединение – время удерживания показал, что в первую очередь деструкции подвергаются целлюлоза и гемицеллюлозы образца биомассы, а лигнин вследствие ароматической природы является термически более стабильным. Анализ зависимости компонент биомассы – продукты окислительной термодеструкции показал, что в массовом отношении полисахариды и лигнин образуют примерно одинаковое количество продуктов (45 и 49% соответственно) при этом состав продуктов деструкции полисахаридов разнообразнее (23 и 16 наименований соответственно). Показано, что перечень продуктов окислительной термодеструкции биомассы Heracleum sosnowskyi Manden сопоставим с продуктами термического разложения лигноцеллюлозных материалов другого ботанического происхождения. Результаты представленного исследования могут быть использованы при расчетах процессов и установок для сжигания топливных гранул из биомассы Heracleum sosnowskyi Manden или комбинированного состава, а также оценки комплексного экологического влияния технологии энергетического использования биомассы борщевика Сосновского на атмосферный воздух.
Литература
Polina I.N., Mironov M.V., Belyy V.A. Thermogravimetric and kinetic study of fuel pellets from biomass of Heracleum Sosnowskyi Manden. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 4. P. 15-20. DOI: 10.6060/ivkkt.20216404.6338.
Voznyakovskiy A.P., Karmanov A.P., Neverovskaya A.Yu., Voznyakovskiy A.A., Kocheva L.S., Kidalov S.V. Biomass of Sosnowskyi's hogweed as raw material for 2d the carbonic nanostructures obtaining. Khim. Rastit. Syr'ya. 2020. N 3. P. 83-92 (in Russian). DOI: 10.14258/jcprm.2020047739.
Zaharov A.G., Voronova M.M., Surov O.V., Rubleva N.V., Lebedeva E.O. Characterization of cellulose and nanocrystalline cellulose produced from lignocellulose mass of Heracléum sosnówskyi. Fizika Volokn. Mater.: Strukt., Sv-va, Naukoem. Tekhnol. Mater. 2020. N 1. P. 177-181 (in Russian). DOI 10.47367/2413-6514_2020_1_177.
Karmanov A.P., Kocheva L.S., Belyy V.A. Topological structure and antioxidant properties of macromolecules of lignin of hogweed Heracleum sosnowskyi Manden. Polymer. 2020. V. 202. P. 122756. DOI: 10.1016/j.polymer.2020.122756.
Chernyak D.M., Yurlova L.Yu., Zorikov P.S. Vitamin content in hogweed and the effect of water extracts on the body of laboratory animals. Estestv. Tekhn. Nauki. 2010. N 5 (48). P. 186-189 (in Russian).
Ivanova T.A., Matveeva T.N., Chanturiya V.A., Ivanova E.N. Composition of multicomponent heracleum extracts and its effect on flotation of gold-bearing sulfides. J.Mining Sci. 2015. N 4. P. 819-824 (in Russian). DOI: 10.1134/S1062739115040190.
Shahmatov E.G., Mikhaylova E.A., Makarova E.N. Structural-chemical characteristic and biological activity of polysaccharides from Heracleum sosnowskyi Manden. Khim. Rastit. Syr'ya. 2015. N 4. P. 15-22 (in Russian). DOI: 10.14258/jcprm.201504878.
Patova O.A., Golovchenko V.V., Vityazev F.V., Burkov A.A., Belyi V.A., Kuznetsov S.N., Litvinets S.G., Martinson E.A. Physicochemical and rheological properties of gel-ling pectin from Sosnowskyi's hogweed (Heracleum sos-nowskyi) obtained using different pretreatment conditions. Food Hydrocolloids. 2017. V. 65. P. 77-86. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2016.10.042.
Yurlova L.Yu., Chernyak D.M., Kutovaya O.P. Furocoumarins Heracleum sosnowskyi and Heracleum moel-lendorffii. Tikhookean. Med. Zhurn. 2013. N 2 (52). P. 91-93 (in Russian).
Kushakova A.S., Tkachenko K.G., Zenkevich I.G. Determination of the component composition of the essential oils of hogweed heraculum using the chromatic-distribution method. Khim. Rastit. Syr'ya. 2010. N 4. P. 111-114 (in Russian).
Miranda M.I.G., Bica C.I.D., Nachtigall S.M.B., Rehman N., Rosa S.M.L. Kinetical thermal degradation study of maize straw and soybean hull celluloses by simultaneous DSC–TGA and MDSC techniques. Thermochim. Ac-ta. 2013. 565. Р. 65–71. DOI: 10.1016/j.tca.2013.04.012.
Frolova S.V., Kuvshinova L.A., Bugaeva A.Yu., Kuchin A.V. Thermal analysis of powdered celluloses obtained by the destruction of sulfate cellulose with titanium tetrachloride. Khim. Rastit. Syr'ya. 2011. N 1. P. 43–46 (in Russian).
Aleshina L.A., Vlasova E.N., Grunin L.Yu., Grunin Yu.B., Gurtov V.A., Konovalova K.A., Kotel'nikova N.E., Kuvshinova L.A., Lavrent'ev V.K., Loginova S.V., Masas D.S., Mahotina L.G., Mihailidi A.M., Nikol'skaya E.A., Pikulev V.B., Prusskij A.I., Saprykina N.N., Talancev V.I., Frolova S.V., Shahmin A.L. Structure and physico-chemical properties of celluloses and nanocomposites based on them. Petrozavodsk: Izd-vo PetrGU. 2014. 240 p. (in Russian).
Baryshnikova S.V., Sharypova V.I., Zhizhaeva A.M., Beregovtsova N.G., Kuznetsov B.N. Variation a Structural Order of Aspen Wood During its Mechanochemical Activation and Hydrilysisа. Zhurn. Sibir. Fed. Un-ta. Ser.: Khimi-ya. 2010. N 2(10). P. 120-127 (in Russian).
Ioelovich M.Ya. Models of supramolecular structure and properties of cellulose. Vysokomolek. Soed. Sеr. A. 2016. N 58(6). P. 604–624 (in Russian). DOI: 10.7868/S2308112016060109.
Prusov A.N., Prusova S.M., Zakharov A.G., Bazanov A.V., Smirnov P.R., Radugin M.V. Chemical transformation of technical fiber of flax, hemp and jute to cellulose and their pyrolysis. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 6. P. 97 ‒ 104. DOI: 10.6060/tcct.20165906.5392k.
Deiyneko I.P. Chemical transformations of cellulose under pyrolysis. Izv. Vuzov. Lesnoj Zhurn. 2004. N 4. P. 97-112 (in Russian).
Mészáros Erika, Jakab Emma, Várhegyi G., Tóvári Р. Thermogravimetry / Mass spectrometry analysis of energy crops. J. Thermal Anal. Calorim. 2007. V. 88. 2. Р. 477–482. DOI: 10.1007/s10973-006-8102-4.
Efremov A.A., Offan K.B., Kiselev V.P. Investigation of the composition of liquid and gaseous products of pyrolysis of pine nut shells. Khimiya Rast. Syr'ya. 2002. N 3. P. 43-47 (in Russian).
Krutov S.M., Gribkov I.V., Zarubin M.Ya., Pranovich A.V., Sultanov V.S. Investigation of Hydrolysis Lignins by Method of Pyrolysis Chromato-mass-spectrometry. Izv. Vuzov. Lesnoj Zhurn. 2008. N 3. P. 130-136 (in Russian).
Gordin A.A., Pshenichnikova L.N., Nagovitsyna O.A. Study of the composition of hydrolysis lignin of the Kirov biochemical plant. Khim. Nauki. 2017. N 4(8). P. 7 (in Rus-sian).
Mikulintseva M.Yu., Ponomarev D.A., Grachev A.N., Pokryshkin S.A., Kosyakov D.S. Chemical Composition of Phenolic Fraction of WoodAblative Pyrolysis Resin. Izv. Vuzov. Lesnoj Zhurn. 2019. N 3(369). P. 132-142. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.132.
