Ин таҳқиқот партовҳои минералии боқимонда аз истихроҷи литийро ба катализатори сохтори ҳастаю пӯст табдил дод, ки дар пиролизи биомасса истифода мешавад. Муҳаққиқон партови кони литийро бо диоксиди наноандозаи сирконий пайваста, ҳастаи устувори ZT сохтанд ва рӯи он пӯстҳои зеолити HZSM-5-ро бо таносубҳои гуногуни силисий/алюминий парвариш карданд. Катализаторҳои ҳосилшудаи ZT@HZ-X дар пиролизи каталитикии пояи рапс ё канола дар 500 °C санҷида шуданд.

Пӯсти HZSM-5-и берунии катализатор ҳангоми аз 350 то 30 кам шудани таносуби Si/Al алюминий ва зичии марказҳои турширо афзуд. Дар ZT@HZ-30-и туршияш пурқувват маҳсулоти фуранӣ дар Py-GC/MS тақрибан ба сифр расиданд ва масоҳати нисбии қуллаи хушбӯйҳои якҳалқа ба 43 фоиз расид. Фенолҳои вазнини сирингил ва гваяcил низ ба p-гидроксифенилҳои содатар табдил ёфтанд.

Баландтарин ҳаҷми мезосӯрох дар ZT@HZ-50 чен шуд. Баръакс, баландтарин масоҳати нисбии хушбӯй дар ZT@HZ-30 ба даст омад. Ин фарқ нишон медиҳад, ки на танҳо паҳнои сӯрох, балки зичӣ ва қувваи марказҳои туршии пӯсти зеолит низ дар интихобпазирии маҳсулот ҳалкунандаанд.

Туршии баландтар таркиби био-ойлро ба нафъи моддаҳои хушбӯй тағйир дод, аммо ҳосили моеъи органикии беобро кам кард. Дар ZT@HZ-350 ҳосили 23,72 фоиз дар ZT@HZ-30 то 17,51 фоиз поён рафт; фазаи обӣ аз 15,11 фоиз то 19,69 фоиз афзуд. Афзоиши дубораи маҳсулоти сахт дар ZT@HZ-30 ба полимершавии дуюмдараҷа ва ҳосилшавии кокс вобаста карда шуд.

Бо вуҷуди ин, қимати 43 фоиз ҳосили мутлақи моддаҳои хушбӯй не, балки масоҳати нисбии қуллаи меъёршудаи пайвастагиҳои дар GC/MS ошкоршударо нишон медиҳад. Дар таҳқиқот миқдори мустақими оксиген, қимати гармӣ, часпакӣ, туршӣ ё устувории нигоҳдории био-ойл чен нашудааст. Самаранокии истифодаи такрории катализатор, миқдори кокс, устувории механикӣ ва тавозуни энергия ё хароҷот дар миқёси саноатӣ низ муайян нашудааст.

Шарҳи муфассал

Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?

Пиролизи босуръати биомассаи растанӣ имкон медиҳад, ки ашёи хоми сахт дар муҳити беоксиген зуд гарм ва ба маҳсулоти моеъ, газӣ ва сахт табдил дода шавад. Аммо азбаски селлюлоза, гемиселлюлоза ва лигнини биомасса атомҳои зиёди оксиген доранд, маҳсулоти аввалини моеъ аз кислотаҳои органикӣ, алдегидҳо, кетонҳо, фуранҳо ва пайвастагиҳои вазнини фенолӣ бой аст.

Тибқи таҳқиқот, ин пайвастагиҳои оксигендор метавонанд ба хусусиятҳои гармӣ ва химиявии био-ойли хом таъсири манфӣ расонда, ҳангоми нигоҳдорӣ мушкилоти полимершавӣ, ноустуворӣ ва зангзаниро ба вуҷуд оранд. Аз ин рӯ, буғҳои пиролиз пеш аз конденсатсия бояд бо катализатор шикаста, оксигенашон хориҷ ва ба сохторҳои устувортари карбогидридӣ табдил дода шаванд.

HZSM-5 зеолити шаклинтихобиест, ки барои ин мақсад истифода мешавад. Микросӯрохҳо ва марказҳои туршии он метавонанд шикастани молекулаҳои оксигендор ва табдили онҳоро ба ҳалқаҳои хушбӯй дастгирӣ кунанд. Аммо HZSM-5-и анъанавии танҳо микросӯрохдор метавонад ба интиқоли молекулаҳои калони аз лигнин омада ба сӯрохҳо муқовимат кунад. Маҳсулоти вазнини мобайнии дар даромадгоҳи сӯрохҳо ҷамъшуда низ метавонанд ҳосилшавии кокс ва ғайрифаъолшавии катализаторро тезонанд.

Муҳаққиқон кӯшиданд ин мушкилро бо якҷо кардани ду миқёси сӯрох дар як зарра ҳал кунанд:

• Каналҳои калонтари интиқол дар ҳастаи аз партови кон ва ZrO₂ сохташуда.
• Микросӯрохҳои шаклинтихобӣ ва марказҳои туршии роҳбарикунандаи ароматизатсия дар пӯсти HZSM-5.

Чаро партови кони литий истифода шуд?

Партови кони литий аз минтақаи кӯҳкории Linwu дар музофоти Hunan-и Чин гирифта шуд. Муҳаққиқон ҳадаф доштанд аз ҷузъҳои дорои силисий ва алюминийи ин партови минералӣ ҳастаи такягоҳи катализаторро созанд.

Ба ҷойи истифодаи мустақими партов ҳамчун катализатор, истеҳсоли бисёрмарҳилавӣ бо коркарди пешакии туршӣ, осиёбкунӣ, иловаи сиркония, синтеркунии ҳарорати баланд, коркарди сатҳ бо кислотаи гидрофторӣ ва силанонӣ анҷом дода шуд. Аз ин рӯ, равиш “истифодаи мустақими партов” не, балки коркарди пешрафта ва табдили он ба маводи функсионалии композитӣ аст.

Nano-ZrO₂ бо ҳиссаи массавии 15 фоиз барои дастгирии устувории сохтории ҳаста дар ҳарорати баланд илова шуд. Аммо чун дар таҳқиқот устувории фишорӣ, муқовимат ба фарсудашавӣ ё зарбаи ҳаста чен нашуд, беҳбудии механикии сиркония миқдоран нишон дода нашудааст.

Ҳастаи ZT чӣ гуна омода шуд?

Партови кони литий аввал дар 105 °C 24 соат хушк, бо суръати 400 давр/дақиқа ду соат дар осиёби гулӯладор майда ва ба зарраҳои хурдтар аз 75 µm элак шуд. Сипас дар маҳлули 1–2 mol/L HCl, бо таносуби сахт-моеъ 1:5 ду соат шустушӯи туршӣ гузаронида шуд.

Пас аз шустани бетараф ва хушккунӣ, партови пешкоркардшуда бо зарраҳои ZrO₂-и андозаи миёнаашон 30 ± 5 nm дар таносуби массаи 85:15 омехта шуд. Ба омехта 0,5 фоиз дисперсанти полиакрилати аммоний илова ва мавод дубора осиёб шуд.

Омехта ба пеллетҳои диаметрашон 10 mm ва баландиашон 5 mm табдил дода, зери фишори 30 MPa панҷ дақиқа пресс шуд. Коркарди гармӣ дар ду марҳила анҷом ёфт:

1. Ҳарорат бо суръати 5 °C дар дақиқа то 550 °C бардошта ва як соат нигоҳ дошта шуд.
2. Сипас бо суръати 3 °C дар дақиқа то 1100 °C бардошта ва се соат нигоҳ дошта шуд.

Пеллетҳои синтершуда шикаста, ба андозаи 100–150 µm элак ва барои дур кардани қабати аморфии сатҳ дар 0,5 mol/L HF 10 дақиқа ултрасадоӣ коркард шуданд. Зарраҳои пас аз шустан ва хушккунӣ гирифташуда ҳастаи ZT ном гирифтанд.

Пӯсти HZSM-5 ба ҳаста чӣ гуна пайваст шуд?

Барои нигоҳ доштани кристаллҳои зеолит, ZT бо 3-аминопропилтриэтоксисилан дар этанол дар 80 °C шаш соат таҳти рефлюкс коркард шуд. Ҳастаҳо дар суспензияи дорои pH-и 4–5 ва тухмҳои HZSM-5 шаш соат омехта ва дар 105 °C 12 соат хушк шуданд.

Сипас чор гели синтезӣ бо таносубҳои номиналии Si/Al-и 30, 50, 100 ва 350 омода шуд. Гелҳо дар ҳарорати хона 12 соат кӯҳна, ҳастаҳои тухмдор илова ва дар 170 °C 48 соат кристаллизатсияи гидротермалӣ гузаронида шуд.

Пас аз шустану хушк кардани маҳсулот барои дур кардани қолаби органикӣ ҳарорат бо суръати 2 °C дар дақиқа то 550 °C расонда ва панҷ соат калсинатсия шуд. Катализаторҳо мувофиқи таносуби номиналии Si/Al-и пӯст ZT@HZ-30, ZT@HZ-50, ZT@HZ-100 ва ZT@HZ-350 ном гирифтанд.

Дар таҳқиқот ин таносубҳо қиматҳои номиналии гели синтезӣ мебошанд. Таҳлили миқдории унсурӣ, монанди ICP ё XRF, барои тасдиқи таносуби воқеии Si/Al-и пӯстҳо дода нашудааст.

Хусусиятҳои пояи рапс кадоманд?

Пояи рапс аз минтақаи Xiangtan ҷамъоварӣ, табиӣ хушк, майда ва ба фосилаи зарраҳои 0,25–0,42 mm элак шуд. Пеш аз истифода дар 105 °C ду соат хушк гардид.

Ҳиссаи баланди моддаи идорашаванда ва миқдори зиёди оксигени унсурӣ нишон медиҳад, ки ҳангоми пиролиз буғи зиёди оксигендор ҳосил шуда метавонад. Аммо таҳқиқот таносуби унсурии O/C-ро дар маҳсулоти катализатордор дубора чен накардааст.

Тасвирҳои SEM чиро нишон медиҳанд?

Саҳифаи 12, Расми 1 ҳастаи бепӯши ZT ва чор пӯсти гуногунро дар ду дараҷаи калонкунӣ нишон медиҳад. Сатҳи ZT аз тӯдаҳои минералии номунтазам, зич ва синтершуда иборат аст.

Пас аз парвариши пӯсти HZSM-5 дар ҳамаи намунаҳо кристаллҳои зеолити пӯшонандаи сатҳи ҳаста дида шуданд. Дар намунаи Si/Al-и 30 кристаллҳои хурд қабати зичтар сохтанд, дар сатҳи ZT@HZ-50 бошад кристаллҳои дарҳамрафта ва холигиҳои бештари байни кристаллҳо ҳосил шуданд.

Ҳангоми то 100 ва 350 баланд шудани Si/Al, кристаллҳои HZSM-5 калонтар, ҷудотар ва блокмонанд шуданд. Ин тағйири морфологӣ бо ҳаҷми баланди мезосӯрохи ZT@HZ-50 мувофиқ аст.

Тасвирҳои SEM ҳосил шудани пӯстро дар сатҳ дастгирӣ мекунанд, аммо тақсимоти ғафсии пӯст байни зарраҳо ё ҳиссаи сатҳи бепӯш бо таҳлили миқдории тасвир дода нашудааст.

Оё тасвирҳои TEM сохтори ҳастаю пӯстро тасдиқ карданд?

Саҳифаи 14, Расми 2 ZT-и бепӯш ва ZT@HZ-30-ро дар миқёсҳои 200, 50 ва 20 nm нишон медиҳад. Ҳастаи ZT аз зичии баланди электронӣ тира ва HZSM-5-и атрофаш равшантар менамояд.

Тасвирҳо қабати пайвастаи зеолитро гирди ҳастаи ZT ва марзи равшани контрастиро байни ҳаста ва пӯст нишон медиҳанд. Дар тасвири калонкунии баланд минтақаҳои HZSM-5 ва ZT алоҳида ишора шудаанд.

Аммо TEM-и муфассал танҳо барои ZT@HZ-30 пешниҳод шудааст. Пайвастагии пӯсти ZT@HZ-50, ZT@HZ-100 ва ZT@HZ-350 бо ҳамин усул нишон дода нашудааст. Гарчанде матн пӯстро “ғафсии яксон” меномад, ғафсии рақамии он гузориш нашудааст.

Таҳлили XRD кадом фазаҳои кристаллиро нишон дод?

Саҳифаи 15, Расми 3 нақшҳои дифраксияи ZT-и бепӯш ва чор ZT@HZ-X-ро муқоиса мекунад. Дар намунаҳои пӯшида сигналҳои хоси HZSM-5-и сохтори MFI дида мешаванд.

Фазаҳои минералии ҳаста низ пас аз пӯшиши гидротермалӣ нигоҳ дошта шуданд. Таҳқиқот қуллаҳои атрофи 2θ = 28,2° ва 31,4°-ро ба ZrO₂; қуллаҳои дигари равшанро ба гурӯҳи кварс ва фелдшпати (Na,Ca)Al(Si,Al)₃O₈ нисбат дод.

Бо тағйири Si/Al шиддати нисбии қуллаҳои MFI тағйир ёфт, вале тибқи тафсири таҳқиқот дар ҳаста фазаи нави номатлуби кристаллӣ ҳосил нашуд. XRD мавҷудияти фазаҳои кристаллиро дастгирӣ мекунад, аммо ҳиссаи массавии пӯсти зеолит ё дараҷаи мутлақи кристаллизатсия ҳисоб нашудааст.

Дар сохтори сӯрохҳо чӣ фарқҳо ба вуҷуд омаданд?

Хатҳои адсорбсия-десорбсияи нитроген ҳам хусусияти Навъи I ва ҳам Навъи IV нишон доданд. Адсорбсияи тези фишори нисбии паст микросӯрохҳои HZSM-5 ва ҳалқаи гистерезиси фишори миёнаю баланд мезосӯрохҳо ва холигиҳои байни кристаллҳоро ифода мекунад.

Масоҳати умумии BET-и чор катализатор дар фосилаи танги тақрибан 403–408 m²/g монд. Фарқи асосӣ бештар дар тақсимоти микро ва мезосӯрохҳо буд, на масоҳати умумии сатҳ.

ZT@HZ-50 бо ҳаҷми 0,096 cm³/g ва масоҳати берунии 23,107 m²/g пешрафтатарин мезосӯрохро нишон дод. Ҳаҷми он нисбат ба ZT@HZ-30 тақрибан 5,3 баробар аст. Аммо баландтарин масоҳати хушбӯй на дар ZT@HZ-50, балки дар ZT@HZ-30-и туршитар буд.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки интихобпазирии маҳсулотро танҳо интиқоли масса муайян намекунад. Сохтори сӯрох ба интиқоли маҳсулоти калони мобайнӣ ёрӣ медиҳад, дар ҳоле ки барои марҳилаҳои минбаъдаи ҳосилшавии ҳалқаи хушбӯй зичии кофии марказҳои туршӣ низ зарур аст.

Туршии сатҳ чӣ гуна тағйир ёфт?

Дар хатҳои NH₃-TPD ду минтақаи асосии десорбсия дида шуд. Қуллаҳои тақрибан 100–250 °C ба марказҳои туршии заиф ва қуллаҳои 350–550 °C ба марказҳои туршии қавитари сохтори HZSM-5 нисбат дода шуданд.

Ҳангоми аз 350 то 30 кам шудани Si/Al, шиддати қуллаҳои ҳарорати пасту баланд ва масоҳати зери хат афзуд. Муҳаққиқон инро ба афзоиши зичии марказҳои туршӣ бо ворид шудани алюминийи бештар ба чаҳорчӯбаи зеолит вобаста карданд.

ZT@HZ-30 намунаи дорои баландтарин туршии умумӣ муайян шуд. Ба ҳарорати баландтар гузаштани қуллаи ҳарорати баланд низ ҳамчун қавитар шудани таъсири байни марказҳои туршӣ ва молекулаҳои адсорбшуда тафсир гардид.

Миқдори десорбсияи NH₃ дар таҳқиқот бо mmol/g ҷадвалбандӣ нашудааст. Аз ин рӯ, зичии умумӣ ва қавии марказҳои туршии катализаторҳоро рақаман муқоиса кардан мумкин нест. Ҳамчунин ченкуние монанди пиридин-FTIR барои ҷудо кардани марказҳои туршии Brønsted ва Lewis пешниҳод нашудааст.

Таҷрибаи пиролизи қабати собит чӣ гуна гузаронида шуд?

Дар таҷриба 2–3 грамм пояи рапс дар қаиқи кварсии даромадгоҳи реактор ва катализатори хока дар минтақаи марказии изотермӣ ҷойгир шуд. Дар ду тарафи қабати катализатор пашми кварсӣ истифода гардид.

Система бо 100 mL нитроген дар дақиқа тоза шуд. Намуна аввал бо суръати 2 °C дар дақиқа то 200 °C расонда ва барои хориҷ кардани намӣ як соат нигоҳ дошта шуд. Сипас ҳарорат бо суръати 20 °C дар дақиқа то 500 °C баланд ва панҷ дақиқа нигоҳ дошта шуд. Фишори гузоришшудаи система 5,0 kPa буд.

Маҳсулоти конденсатшаванда дар конденсаторҳои думарҳилаи оби яхдор ҷамъ шуданд. Моеъҳо бо дихлорметан дар таносуби массаи 1:5 30 дақиқа ултрасадоӣ истихроҷ ва фазаи органикӣ дар 40 °C консентратсия шуд.

Био-ойли органикӣ, фазаи обӣ ва маҳсулоти сахт аз фарқи масса; гази конденсатнашаванда аз фарқи тавозуни умумии масса ҳисоб шуданд. Гузориш шуд, ки таҷрибаҳои қабати собит бо се такрор анҷом ёфтанд.

Камбудии муҳими такрорпазирӣ ин аст, ки массаи катализатори дар реактор гузошташуда ва таносуби катализатор/биомасса дода нашудааст. Ин таносуб параметри асосии таҷрибавиест, ки метавонад мустақиман ба вақти тамоси каталитикӣ, дараҷаи табдил ва интихобпазирии маҳсулот таъсир расонад.

Тақсимоти массавии маҳсулот чӣ гуна тағйир ёфт?

Барои пояи рапси бе катализатор ҳосили био-ойли органикии беоб 25,12 фоиз, биочар ё маҳсулоти умумии сахт 33,14 фоиз ва газ 27,18 фоиз дода шудааст.

Бо ZT@HZ-350 маҳсулоти сахт то 28,92 фоиз коҳиш, газ то 32,25 фоиз афзоиш, био-ойли органикии беоб 23,72 фоиз ва фазаи обӣ 15,11 фоиз шуд. Ин тағйир нишон медиҳад, ки катализатор пораҳои биомассаро ба маҳсулоти хурдтару идорашаванда табдил додааст.

Ҳангоми аз 350 то 30 кам шудани Si/Al, ҳосили био-ойли органикии беоб аз 23,72 фоиз то 17,51 фоиз поён ва фазаи обӣ аз 15,11 фоиз то 19,69 фоиз боло рафт. Муҳаққиқон ин тамоюлро бо тақвияти вокунишҳои дегидратсия ва деоксигенатсия аз ҷониби марказҳои туршӣ шарҳ доданд.

Маҳсулоти сахт, ки дар ZT@HZ-100 28,83 фоиз буд, дар ZT@HZ-30 то 31,22 фоиз афзуд. Таҳқиқот ин афзоишро ба ҳосилшавии кокси бештар аз ҳисоби даврашавӣ ва полимершавии маҳсулоти мобайнии нопурра дар туршии қавӣ вобаста кард.

Аммо биочари ибтидоӣ, кокси рӯи катализатор ва бақияҳои эҳтимолии минералӣ дар маҳсулоти сахт ҷудогона чен нашудаанд. Азбаски таҳлили термогравиметрии кокс ё миқдори карбони катализатори истифодашуда нест, ҳиссаи кокс дар афзоиши ҳосили сахт мустақиман нишон дода нашудааст.

Чаро бо зиёд шудани туршӣ ҳосили моеъи органикӣ кам шуд?

Марказҳои туршӣ метавонанд молекулаҳои калони оксигендорро шикаста, об, оксидҳои карбон, газҳои хурдтар ва пайвастагиҳои хушбӯй ҳосил кунанд. Аз ин рӯ, табдили қавитари каталитикӣ метавонад массаи умумии моеъи органикии боқимондаро кам карда, ҳиссаи нисбии пайвастагиҳои ҳадафро дар моеъ зиёд намояд.

ZT@HZ-30 равшантарин намунаи ин созиш аст. Катализатор баландтарин масоҳати нисбии қуллаи хушбӯйро дод, аммо ҳосили био-ойли органикии беоб то пасттарин сатҳ фаромад. Афзоиши дубораи маҳсулоти сахт низ нишон медиҳад, ки туршии аз ҳад зиёд метавонад вокунишҳои номатлуби дуюмдараҷаро тезонад.

Аз ин рӯ, интихоби “беҳтарин катализатор” танҳо ба фоизи моддаҳои хушбӯй вобаста нест. Агар ҳадаф нигоҳ доштани миқдори умумии моеъ бошад, сохторҳои мувозинатноктар монанди ZT@HZ-50 ё ZT@HZ-100 метавонанд оптимуми дигар диҳанд. Таҳқиқот оптимизатсияи бисёрҳадафаи ҳосил-интихобпазириро анҷом надодааст.

Таҳлили Py-GC/MS чӣ гуна гузаронида шуд?

Тақрибан 0,5 mg пояи рапс бо катализатор дар найчаи кварсӣ ҷойгир, бо суръати 20 °C дар миллисония то 500 °C расонда ва 60 сония нигоҳ дошта шуд. Буғҳои ҳосилшуда бо гелии тозагии баланд ба системаи GC/MS бурда шуданд.

Масс-спектрометр дар реҷаи ионизатсияи электронии 70 eV, ҳарорати манбаи ионии 230 °C ва фосилаи сканкунии m/z 50–550 кор кард. Пайвастагиҳо бо спектрҳои китобхонаи NIST мувофиқ ва ҳиссаи гурӯҳҳои химиявӣ бо меъёрсозии масоҳати қулла ҳисоб шуд.

Меъёрсозии масоҳати қулла равиши ниммиқдориест, ки омилҳои ҷавоби пайвастагиҳои гуногунро дар масс-спектрометр яксон мешуморад. Аз ин рӯ, қимати 43 фоизи хушбӯй набояд ҳосили мутлақи молӣ, карбонӣ ё массавӣ дониста шавад.

Дар бахши усул андозаи сутуни HP-5MS “30 mm × 0,25 mm × 0,25 µm” навишта шудааст. Таҳқиқот шарҳ намедиҳад, ки дарозии сутун воқеан 30 mm аст ё хатои воҳид вуҷуд дорад.

Маҳсулоти мобайнии фуранӣ чӣ гуна тағйир ёфтанд?

Дар ZT@HZ-350-и туршияш заиф масоҳати нисбии қуллаи фуранҳо ба тақрибан 38,8 фоиз расид. Аммо ҳосилшавии карбогидридҳои хушбӯи якҳалқа хеле паст монд.

Ин нишон медиҳад, ки пӯсти дорои Si/Al-и баланд метавонад маҳсулоти аввалини селлюлоза ва гемиселлюлозаро то фуранҳо табдил диҳад, аммо барои гузарондани онҳо ба ароматизатсияи минбаъда зичии кофии марказҳои туршӣ надорад.

Бо то 30 кам кардани Si/Al масоҳати нисбии фуранҳо тақрибан ба сифр расид ва масоҳати хушбӯйҳои якҳалқа то 43,0 фоиз афзуд. Муҳаққиқон ин тағйири баръаксро бо табдили пайдарпайе шарҳ доданд, ки фуранҳо пешгузаштаи маҳсулоти хушбӯянд.

Дар роҳи пешниҳодшуда фуранҳо бо олефинҳои сабук ба пайвастшавии даврии Diels–Alder медароянд; маҳсулоти мобайнии пули оксигендор об ва оксидҳои карбонро хориҷ карда, ба хушбӯйҳои якҳалқа монанди бензол ва толуол табдил меёбанд.

Механизм бо тақсимоти маҳсулот мувофиқ аст, вале таҷрибаи пайвастагии моделӣ, нишонгузории изотопӣ ё ченкунии вобаста ба вақти маҳсулоти мобайнӣ гузаронида нашуд. Пропилени фазаи газ ҳам мустақиман миқдоран гузориш нашуд. Аз ин рӯ, ин ягона роҳи исботшуда не, балки роҳи пешниҳодшуда барои шарҳи тамоюлҳои таҷрибавӣ аст.

Фенолҳои аз лигнин ҳосилшуда чӣ гуна тағйир ёфтанд?

Пиролизи лигнин аввал фенолҳои сирингил ва гваяcили бой аз гурӯҳҳои метокси ҳосил кард. Дар ҳастаи бепӯши ZT таносуби сирингил/гваяcил 2,65 буд ва навъи p-гидроксифенил ошкор нашуд.

Бо афзоиши туршӣ ҳиссаи сирингил ва гваяcил кам ва ҳиссаи p-гидроксифенили содатар зиёд шуд. Ҳангоми истифодаи ZT@HZ-30:

• Масоҳати нисбии фенолҳои сирингил то 0 фоиз коҳиш ёфт.
• Фенолҳои гваяcил то 3,2 фоиз поён рафтанд.
• Навъҳои p-гидроксифенил то 26,5 фоиз афзуданд.
• Таносуби p-гидроксифенил/(гваяcил + сирингил) аз 0 то 8,28 баромад.

Муҳаққиқон ин табдилро бо шикастани пайвандҳои эфирӣ ва гурӯҳҳои паҳлуии метокси дар фенолҳои лигнинӣ аз ҷониби марказҳои туршии HZSM-5 шарҳ доданд. Гуфта шуд, ки деметоксилонӣ ва деметилонӣ навъҳои фенолии хурдтару камоксиген ҳосил мекунанд.

Тақсимоти маҳсулоти фенолӣ ин тафсирро дастгирӣ мекунад, аммо метанол, метан, формалдегид ё дигар маҳсулоти ҷудошуда миқдоран пайгирӣ нашуданд. Аз ин рӯ, ҳар роҳи шикасти пайванд мустақиман бо тавозуни масса тасдиқ нашудааст.

Оё диаграммаҳои Sankey ҷараёни воқеии массаро нишон медиҳанд?

Дар саҳифаҳои 28 ва 29, Расми 10 табдили гурӯҳҳоро барои ZT ва чор ZT@HZ-X бо диаграммаҳои Sankey нишон медиҳад. Дар ZT ҷараён ба кислотаи равғанӣ, эфир, алифатӣ ва фенолҳои вазнин тақсим шудааст.

Дар ZT@HZ-350 гум шудани ҷараёни эфир; фуранҳо бо 38,75 фоиз ва кислотаҳои органикӣ бо 21,68 фоиз таркиби нисбӣ сохтанд. Дар ZT@HZ-30 ҷараёни фуран тамом ва моддаҳои хушбӯй ба гурӯҳи ниҳоии бартари 43,0 фоиз табдил ёфтанд.

Аммо ин диаграммаҳо аз рӯи тавозуни массавии карбон, гидроген ё оксиген сохта нашудаанд. Паҳнои ҷараёнҳо ба масоҳатҳои нисбии қуллаи GC/MS асос ёфтааст. Аз ин рӯ, тасвири “ҷараёни мавод” бояд ҳамчун харитаи ниммиқдории тағйири таркиби нисбии гурӯҳҳои химиявӣ хонда шавад; он ҷараёни воқеии карбон ё массаи маҳсулот нест.

Механизми пешниҳодшудаи ҳастаю пӯст чист?

Дар саҳифаи 29, Расми 11 вокунишро ба се модул ҷудо мекунад:

1. Пиролизи аввалия: Селлюлоза, гемиселлюлоза ва лигнин гармӣ вайрон шуда, маҳсулоти калони мобайнии оксигендор месозанд.
2. Микромуҳити ҳастаю пӯст: Маҳсулоти калони мобайнӣ аз сӯрохҳои васеи ҳаста ба марказҳои туршии пӯсти HZSM-5 интиқол меёбанд.
3. Табдили молекулавӣ: Фуранҳои холоселлюлозӣ ба хушбӯйҳо ва фенолҳои метоксилии лигнинӣ ба фенолҳои содатар табдил меёбанд.

Барои роҳи холоселлюлоза фуранҳо ва олефинҳои сабук ба пайвастшавии Diels–Alder медароянд; баъд бо дегидратсия, декарбонилонӣ ва ароматизатсия маҳсулоти бензолу толуолмонанд ҳосил мешаванд.

Барои роҳи лигнин фенолҳои сирингил ва гваяcил аз деметоксилонӣ ва деметилонӣ гузашта, ба фенол, крезол ва пайвастагиҳои содатари синфи p-гидроксифенил табдил меёбанд.

Тафсири асосӣ ин аст, ки роҳҳои васеи интиқоли ҳаста ва марказҳои туршии қавию шаклинтихобии пӯст пайдарпай кор мекунанд. Аммо барои ҷудо кардани саҳми инфиродии ҳаста ва пӯст кварс, танҳо ZrO₂, HZSM-5-и тиҷорӣ, омехтаи физикии ZT–HZSM-5 ё назорати бепартови ZrO₂@HZSM-5 истифода нашуд.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро дастгирӣ мекунад?

• Аз партови кони литий ва nano-ZrO₂ ҳастаи композитии синтершуда омода шуд.
• Дар рӯи ҳастаи ZT пӯсти HZSM-5-и сохтори MFI ҳосил шуд.
• Бо тағйири Si/Al-и номиналии пӯст тақсимоти сӯрох ва туршии сатҳ тағйир дода шуд.
• ZT@HZ-50 баландтарин ҳаҷми мезосӯрох ва масоҳати беруниро дод.
• ZT@HZ-30 дар хатҳои NH₃-TPD пурқувваттарин ва зичтарин хислати турширо нишон дод.
• Si/Al-и пасттар бо камшавии фуранҳо ва афзоиши масоҳати нисбии хушбӯй дар Py-GC/MS вобаста буд.
• Масоҳати нисбии қуллаи хушбӯйҳои якҳалқа дар ZT@HZ-30 ба 43 фоиз расид.
• Дар ZT@HZ-30 сирингилҳо гум, гваяcилҳо то 3,2 фоиз кам ва p-гидроксифенилҳо то 26,5 фоиз зиёд шуданд.
• Туршии баландтар байни ҳосили моеъи органикӣ ва интихобпазирии хушбӯй созиш ба вуҷуд овард.
• Таҷрибаҳо нишон доданд, ки композити аз партови кон ҳосилшуда метавонад такягоҳи катализатор бошад.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро исбот намекунад?

• Нишон дода нашуд, ки 43 фоизи массаи био-ойл аз карбогидридҳои хушбӯй аст.
• Ҳосили умумии карбони хушбӯй, ҳосили молӣ ё ҳосили маҳсулоти хушбӯй нисбат ба ашёи хом ҳисоб нашуд.
• Кам шудани мустақими миқдори оксигени унсурии маҳсулот чен нашуд.
• Қимати гармӣ, зичӣ, часпакӣ, рақами умумии кислота ва устувории нигоҳдории био-ойл муайян нашуд.
• Мутобиқати маҳсулот ба стандартҳои сӯзишвории нақлиётӣ нишон дода нашуд.
• Бартарии катализатор аз HZSM-5-и тиҷорӣ бо таҷрибаи назорати мустақим нишон дода нашуд.
• Саҳми каталитикӣ ё иқтисодии ҳастаи партовӣ бо ҳастаи ҳамарзиши бепартов муқоиса нашуд.
• Қавитар будани механикии катализатор чен нашуд.
• Фаъолияти дарозмуддат, истифодаи такрорӣ ва регенератсияи катализатор санҷида нашуд.
• Миқдор, таркиб ва суръати бастани сӯрохҳо аз ҷониби кокс мустақиман чен нашуд.
• Марҳилаҳои Diels–Alder, декарбонилонӣ, деметоксилонӣ ва деметилонӣ бо далели мустақими кинетикӣ ё спектроскопӣ тасдиқ нашуданд.
• Гузариши унсурҳои изии партови литий ба маҳсулот ё хатари ихроҷи муҳитӣ омӯхта нашуд.
• Бартарии энергия, хароҷот ва давраи ҳаёти синтеркунии 1100 °C, коркарди HF ва синтези гидротермалии 48 соат ҳисоб нашуд.
• Гирифтани ҳамон интихобпазирӣ ва умри катализатор дар реактори саноатӣ нишон дода нашуд.

Ин барои Туркия чӣ маъно дорад?

Ғояи асосии интиқолшаванда ба Туркия якҷо кардани ду ҷараёни партов дар як занҷири арзиш аст. Партови саноатии минералӣ метавонад ба такягоҳи функсионалии катализатор барои табдили биомасса табдил ёбад; бақияҳои кишоварзӣ низ ба ҷойи маҳсулоти оксигендори камарзиш ба маҳсулоти дорои ҳиссаи бештари моддаҳои химиявии хушбӯй равона шаванд.

Барои татбиқи равиш дар Туркия таркиби минералогӣ ва унсурии партовҳои маҳаллӣ бояд ҷудогона омӯхта шавад. Азбаски ҳар манбаи партов тақсимоти якхелаи силисий, алюминий, металли ишқорӣ ё унсурҳои изӣ надорад, интиқоли мустақими ҳамон протоколи синтез набояд интизор шавад.

Дар таҳқиқоти маҳаллӣ муқоисаи мустақим бо HZSM-5-и тиҷорӣ, бақияҳои гуногуни кишоварзӣ, ҳосили воқеии массавии хушбӯй, регенератсияи катализатор, ихроҷи металли вазнин, масрафи энергия ва арзёбии давраи ҳаёт бояд якҷо баррасӣ шаванд. Чунин тасдиқ нишон медиҳад, ки усул танҳо синтези маводи лабораторӣ аст ё роҳи аз назари муҳитию иқтисодӣ қобили татбиқи арзёбии партов.

Усул ва бозёфтҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии тарҳи таҳқиқот

Марҳилаҳои синтези катализатор

Шароити реактори қабати собит

Бозёфтҳои асосии сохторӣ

Натиҷаҳои асосии маҳсулот

Паёми техникии расмҳо

• Расми 1: Морфологияи SEM-и ҳастаи ZT ва пӯстҳои зеолитии чор Si/Al-и гуногунро нишон медиҳад.
• Расми 2: Контрасти TEM байни ҳастаи тираи ZT@HZ-30 ва пӯсти равшантари HZSM-5-ро нишон медиҳад.
• Расми 3: Ҳосилшавии фазаи MFI ва нигоҳдории ZrO₂, кварс ва фелдшпати ҳастаро нишон медиҳад.
• Расми 4: Рафтори адсорбсия-десорбсияи якҷокунандаи микро ва мезосӯрохҳоро дар ҳамаи катализаторҳо нишон медиҳад.
• Расми 5: Бо паст шудани Si/Al афзоиши сигналҳои десорбсияи NH₃-и марказҳои туршии заифу қавиро нишон медиҳад.
• Расми 6: Бо афзоиши туршӣ кам шудани био-ойли беоб, афзоиши фазаи обӣ ва болоравии дубораи маҳсулоти сахтро дар ZT@HZ-30 нишон медиҳад.
• Расми 7: Масоҳатҳои нисбии GC/MS-и фуран, кислота, фенол, алифатӣ ва хушбӯйро муқоиса мекунад.
• Расми 8: Муносибати баръакси камшавии фуранҳо ва афзоиши хушбӯйҳои якҳалқаро нишон медиҳад.
• Расми 9: Тағйири таркиб аз фенолҳои сирингилу гваяcил ба p-гидроксифенилро нишон медиҳад.
• Расми 10: Тағйири гурӯҳҳои маҳсулотро бо диаграммаҳои ниммиқдории Sankey-и масоҳатҳои нисбии GC/MS нишон медиҳад.
• Расми 11: Механизми пайдарпайи дусохаи пешниҳодшударо барои маҳсулоти холоселлюлоза ва лигнин нишон медиҳад.

Арзёбии оморӣ ва усулӣ

Таҷрибаҳои қабати собит се такрор доштанд ва Расми 6 хатҳои хато дорад. Аммо қиматҳои рақамии инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод ё санҷишҳои аҳамиятнокии фарқи катализаторҳо дода нашудаанд.

Дар Py-GC/MS такрори таҷриба ва тағйирпазирии масоҳатҳои қулла равшан гузориш нашудаанд. Азбаски меъёрсозии масоҳати GC/MS ҷавобҳои гуногуни ионизатсияро ислоҳ намекунад, натиҷаҳо ниммиқдорианд.

Ҳисоби ҳосили газ бо фарқ метавонад тамоми номуайянии вазнкунии моеъ ва сахтро ба натиҷаи газ гузаронад. Таркиби газ бо GC, микро-GC ё таҳлили халтаи газ муайян нашудааст.

Кинетика, энергияи фаъолсозӣ, табдили карбон, тавозуни оксиген ё суръати мутлақи ҳосилшавии хушбӯйҳо ҳисоб нашудааст. Пас катализаторҳо аз рӯи таркиби маҳсулот ва ҳосили умумии фазаҳо муқоиса шуданд.

Маҳдудиятҳои асосии усулӣ

• Таносуби катализатор/биомасса дода нашудааст.
• Si/Al-и воқеии пӯстҳо мустақиман чен нашудааст.
• Ғафсии пӯст ва ҳиссаи массавии HZSM-5 гузориш нашудааст.
• NH₃-TPD бо mmol/g миқдорӣ нашудааст.
• Марказҳои Brønsted ва Lewis ҷудо нашудаанд.
• Танҳо ZT@HZ-30 бо TEM муфассал омӯхта шуд.
• Назоратҳои HZSM-5-и тиҷорӣ, омехтаи физикӣ ва ҳастаи бепартов нестанд.
• Як манбаи пояи рапс ва як ҳарорати пиролиз омӯхта шуд.
• Py-GC/MS ба ҳосили мутлақ табдил нашуд.
• Таҳлили унсурӣ ва хосиятҳои сӯзишвории био-ойл чен нашуданд.
• Таркиби газ муайян нашуд.
• Миқдор ва сохтори кокс мустақиман чен нашуд.
• Таҷрибаи истифодаи такрорӣ ва регенератсия анҷом нашуд.
• Устувории механикӣ ва фарсудашавии зарра чен нашуд.
• Унсурҳои изии партов ва ихроҷи эҳтимолӣ арзёбӣ нашуданд.
• Таҳлили энергия, хароҷот ва давраи ҳаёти синтез анҷом нашуд.
• Барои додаҳои хом ва кодҳо пайванди анбори кушода дода нашуд.

Нуқтаҳои техникии матн ва пешниҳод

• Бахш “тақсимоти семарҳилавии маҳсулот” ном дорад, аммо чор гурӯҳ: био-ойли органикӣ, фазаи обӣ, газ ва сахт дода шудааст.
• Дарозии HP-5MS 30 mm навишта шудааст; мақсад буданаш шарҳ дода нашудааст.
• Бо вуҷуди ибораи “деоксигенатсияи амиқ”, оксигени унсурии маҳсулот чен нашудааст.
• Ибораи “биосӯзишвории баландсифат” истифода шуд, аммо хосият ё мутобиқати стандартӣ санҷида нашуд.
• Диаграммаҳои Sankey “ҷараёни мавод” номида шудаанд; онҳо ба ҷойи тавозуни мутлақи масса ё карбон ба қуллаҳои меъёршудаи GC/MS асос ёфтаанд.
• Афзоиши сахт ба кокс вобаста шуд, аммо кокс ва биочар ҷудо чен нашуданд.
• Гуфта шуд ZrO₂ устувории механикиро зиёд мекунад, вале санҷиши механикӣ набуд.
• Дар механизм пропилен истифода шуд, аммо миқдори он дар фазаи газ гузориш нашуд.

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи аслӣ: Upcycling lithium mine tailings into hierarchical core-shell catalysts for cascade deoxygenation and aromatization during biomass pyrolysis

Муаллифон: Chuan Peng; Jin Song; Surong Bai; Jinjin Wan; Jin Huang; Junfeng Zhang.

Тартиби муаллифон: Рӯйхати боло тартиби аслиро нигоҳ медорад.

Ҳаммуаллифи аввал: Изҳороти ҳаммуаллифи аввал ё саҳми баробар нест.

Муаллифи масъул: Chuan Peng.

Почтаи муаллифи масъул: chuanpeng@xtu.edu.cn

Муассисаҳои зикршуда:

• College of Environment and Resources, Xiangtan University, Xiangtan, Hunan 411105, PR China.
• Hunan Ecology and Environment Department, Hunan Ecological and Environmental Affairs Center, Changsha, Hunan 410014, PR China.

Муносибати муассиса-муаллиф: Chuan Peng, Jin Song, Surong Bai, Jinjin Wan ва Junfeng Zhang дар Xiangtan University мебошанд. Jin Huang ба Hunan Ecological and Environmental Affairs Center-и Hunan Ecology and Environment Department вобаста аст.

Фарқи метадодаи SSRN: Саҳифаи SSRN ҳамаи шаш муаллифро ба Xiangtan University мепайвандад. Ин бо муассисаи Jin Huang дар саҳифаи аввал мувофиқ нест. Дар мақола мувофиқати аслии муассиса асос гирифта шуд.

DOI:10.2139/ssrn.6952646

Платформаи нашр: SSRN.

Санаи фиристодан ба SSRN: 16 июни 2026.

Соли нашр: 2026.

Маҷалла: Нашри ниҳоии тақризшаванда тасдиқ нашудааст.

Ношири аслӣ: Ношири ниҳоии маҷалла зикр нашудааст. Таҳқиқот дар SSRN ҳамчун пешчоп аст.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҷрибавии пешчоп бо синтези катализатор, тавсифи мавод, пиролизи қабати собит ва Py-GC/MS.

Вазъи тақриз: Таҳқиқот тақриз нашудааст. Саҳифаҳо огоҳии “This preprint research paper has not been peer reviewed” доранд.

Пайванди расмӣ:https://ssrn.com/abstract=6952646

Саҳми муаллифон: Chuan Peng таҳқиқот, танзими додаҳо, тарҳи аввал ва консепсияро анҷом дод. Jin Song ба усул, нармафзор ва тасдиқ саҳм гузошт. Surong Bai дар таҳқиқот ва усул кор кард. Jinjin Wan таҳқиқот ва таҳлили расмиро анҷом дод. Jin Huang захира дод. Junfeng Zhang таҳқиқот, захираҳо, идораи лоиҳа ва дарёфти маблағро бар дӯш гирифт.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот бо [2025]000916-03 дар Hunan Provincial Key Project of Ecological Environment, 24B0159 дар Excellent Young Scholars Program of Hunan Provincial Education Department, 2025JJ80204 дар Hunan Provincial Natural Science Foundation of China ва KZ08032 дар лоиҳаи Xiangtan University маблағгузорӣ шуд.

Бархӯрди манфиатҳо: Изҳороти равшани бархӯрди манфиатҳо нест.

Дастрасии додаҳо: Барои хроматограммаҳои хом, натиҷаҳои такрорӣ, тасвирҳои хоми SEM/TEM ё файлҳои ҳисоб пайванди анбори кушода нест.

Ин шарҳи илмии туркӣ пас аз баррасии матн, ҷадвалҳо, тасвирҳои SEM ва TEM, графикҳои XRD ва NH₃-TPD, тақсимоти маҳсулот, синфҳои GC/MS, диаграммаҳои Sankey ва механизми пешниҳодшуда омода шуд. Мазмун танҳо ба таҷрибаҳо ва тафсири муҳаққиқон асос ёфтааст. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи унвон, муаллифон, DOI, санаи SSRN ва ҳувияти библиографӣ истифода шуданд.

Натиҷаи асосӣ нишон медиҳад, ки ҳастаи ZT-и партови литий бо HZSM-5 пӯшида мешавад ва туршии пӯст таркиби маҳсулотро тағйир медиҳад. Дар ZT@HZ-30 қимати 43 фоизи хушбӯй ҳосили мутлақ не, масоҳати нисбии қуллаи Py-GC/MS аст.

Барои нишон додани бартарии воқеии муҳитию иқтисодӣ истифодаи такрорӣ, суръати коксшавӣ, хусусиятҳои унсурию сӯзишвории био-ойл, ҳосили воқеии массавии хушбӯй, ихроҷи металл, муқоисаи тиҷорӣ, хароҷоти истеҳсол ва таъсири давраи ҳаёт бояд арзёбӣ шаванд.