Biochar Synthesis from Mineral-and Ash-Rich Waste Biomass, Part 1: Investigation of Thermal Decomposition Mechanism during Slow Pyrolysis

Research output: Contribution to journal › Article › Research › peer review

Authors

  • Rahul Ramesh Nair
  • Moni Mohan Mondal
  • Shanmugham Venkatachalam Srinivasan
  • Dirk Weichgrebe

Research Organisations

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  • Central Leather Research Institute
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Details

Original languageEnglish
Article number4130
JournalMaterials
Volume15
Issue number12
Publication statusPublished - 10 Jun 2022

Abstract

Die Synthese von Biokohle aus mineral- und aschereicher Abfallbiomasse (MWB), einem Nebenprodukt menschlicher Aktivitäten in städtischen Gebieten, kann zu erneuerbaren und vielseitigen multifunktionalen Materialien führen, die auch den Anforderungen der Abfallwirtschaft gerecht werden können. Die Hybridisierung von Biokohle mit Mineralien, Silikaten und Metallen wird vielfach untersucht, um die Funktionalitäten der Ausgangsstoffe zu verbessern. MWB verfügt von Natur aus über solche Fremdstoffe. Die Pyrolyse solcher KVA ist kinetisch komplex und erfordert eine detaillierte Untersuchung. Mit Hilfe von TGA-FTIR untersucht und vergleicht diese Studie die Kinetik und den Zersetzungsmechanismus während der Pyrolyse von drei Arten von KVA: (i) mineralreicher Bananenstamm (BP), (ii) aschereicher Klärschlamm (SS) und (iii) mineral- und aschereicher anaerober Gärrest (AD). Die Ergebnisse zeigen, dass die Pyrolyse von BP, SS und AD exotherm ist, katalysiert durch den Mineralgehalt, mit einer Pyrolyse-Wärme von 5480, 4066 bzw. 1286 kJ/kg. Die Pyrolyse begünstigt die Kinetik der Holzkohlebildung, wobei hauptsächlich CO2 und H2O freigesetzt werden. Die sekundären Teerreaktionen setzen ab ≈318°C (BP), 481°C (SS) und 376°C (AD) ein. Darüber hinaus sind negative scheinbare Aktivierungsenergien für ihre Kinetik nach 313°C (BP), 448°C (SS) und 339°C (AD) charakteristisch. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die nachhaltige Biokohlesynthese aus der langsamen Pyrolyse von MWB zu optimieren und zu steuern.

Keywords

    apparent activation energy, waste biomass, thermal kinetics, pyrolysis mechanism, mineral-and ash-rich, evolved gas analysis, Biochar, biochar

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Biochar Synthesis from Mineral-and Ash-Rich Waste Biomass, Part 1: Investigation of Thermal Decomposition Mechanism during Slow Pyrolysis. / Nair, Rahul Ramesh; Mondal, Moni Mohan; Srinivasan, Shanmugham Venkatachalam et al.
In: Materials, Vol. 15, No. 12, 4130, 10.06.2022.

Research output: Contribution to journal › Article › Research › peer review

Nair RR, Mondal MM, Srinivasan SV, Weichgrebe D. Biochar Synthesis from Mineral-and Ash-Rich Waste Biomass, Part 1: Investigation of Thermal Decomposition Mechanism during Slow Pyrolysis. Materials. 2022 Jun 10;15(12):4130. doi: 10.3390/ma15124130
Nair, Rahul Ramesh ; Mondal, Moni Mohan ; Srinivasan, Shanmugham Venkatachalam et al. / Biochar Synthesis from Mineral-and Ash-Rich Waste Biomass, Part 1: Investigation of Thermal Decomposition Mechanism during Slow Pyrolysis. In: Materials. 2022 ; Vol. 15, No. 12.
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keywords = "Scheinbare Aktivierungsenergie, Abfall Biomasse, Thermische Kinetik, Pyrolyse Mechanismen, mineral- und aschereich, Gasanalyse, Biokohle, apparent activation energy, waste biomass, thermal kinetics, pyrolysis mechanism, mineral-and ash-rich, evolved gas analysis, Biochar, biochar",
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note = "Funding Information: Funding: The Open Access Publishing Fund of Leibniz Universit{\"a}t Hannover funded the publication of this article alongside the Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) PhD Fellowship (Program number 57381412). Some experiments were funded by Bundesministerium f{\"u}r Bildung und Forschung (BMBF) and Indo German Science and Technology Center (IGSTC) under the 2 + 2 research project PYRASOL (FKZ 01DQ18001A).",
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TY - JOUR

T1 - Biochar Synthesis from Mineral-and Ash-Rich Waste Biomass, Part 1: Investigation of Thermal Decomposition Mechanism during Slow Pyrolysis

AU - Nair, Rahul Ramesh

AU - Mondal, Moni Mohan

AU - Srinivasan, Shanmugham Venkatachalam

AU - Weichgrebe, Dirk

N1 - Funding Information: Funding: The Open Access Publishing Fund of Leibniz Universität Hannover funded the publication of this article alongside the Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) PhD Fellowship (Program number 57381412). Some experiments were funded by Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) and Indo German Science and Technology Center (IGSTC) under the 2 + 2 research project PYRASOL (FKZ 01DQ18001A).

PY - 2022/6/10

Y1 - 2022/6/10

N2 - Die Synthese von Biokohle aus mineral- und aschereicher Abfallbiomasse (MWB), einem Nebenprodukt menschlicher Aktivitäten in städtischen Gebieten, kann zu erneuerbaren und vielseitigen multifunktionalen Materialien führen, die auch den Anforderungen der Abfallwirtschaft gerecht werden können. Die Hybridisierung von Biokohle mit Mineralien, Silikaten und Metallen wird vielfach untersucht, um die Funktionalitäten der Ausgangsstoffe zu verbessern. MWB verfügt von Natur aus über solche Fremdstoffe. Die Pyrolyse solcher KVA ist kinetisch komplex und erfordert eine detaillierte Untersuchung. Mit Hilfe von TGA-FTIR untersucht und vergleicht diese Studie die Kinetik und den Zersetzungsmechanismus während der Pyrolyse von drei Arten von KVA: (i) mineralreicher Bananenstamm (BP), (ii) aschereicher Klärschlamm (SS) und (iii) mineral- und aschereicher anaerober Gärrest (AD). Die Ergebnisse zeigen, dass die Pyrolyse von BP, SS und AD exotherm ist, katalysiert durch den Mineralgehalt, mit einer Pyrolyse-Wärme von 5480, 4066 bzw. 1286 kJ/kg. Die Pyrolyse begünstigt die Kinetik der Holzkohlebildung, wobei hauptsächlich CO2 und H2O freigesetzt werden. Die sekundären Teerreaktionen setzen ab ≈318°C (BP), 481°C (SS) und 376°C (AD) ein. Darüber hinaus sind negative scheinbare Aktivierungsenergien für ihre Kinetik nach 313°C (BP), 448°C (SS) und 339°C (AD) charakteristisch. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die nachhaltige Biokohlesynthese aus der langsamen Pyrolyse von MWB zu optimieren und zu steuern.

AB - Die Synthese von Biokohle aus mineral- und aschereicher Abfallbiomasse (MWB), einem Nebenprodukt menschlicher Aktivitäten in städtischen Gebieten, kann zu erneuerbaren und vielseitigen multifunktionalen Materialien führen, die auch den Anforderungen der Abfallwirtschaft gerecht werden können. Die Hybridisierung von Biokohle mit Mineralien, Silikaten und Metallen wird vielfach untersucht, um die Funktionalitäten der Ausgangsstoffe zu verbessern. MWB verfügt von Natur aus über solche Fremdstoffe. Die Pyrolyse solcher KVA ist kinetisch komplex und erfordert eine detaillierte Untersuchung. Mit Hilfe von TGA-FTIR untersucht und vergleicht diese Studie die Kinetik und den Zersetzungsmechanismus während der Pyrolyse von drei Arten von KVA: (i) mineralreicher Bananenstamm (BP), (ii) aschereicher Klärschlamm (SS) und (iii) mineral- und aschereicher anaerober Gärrest (AD). Die Ergebnisse zeigen, dass die Pyrolyse von BP, SS und AD exotherm ist, katalysiert durch den Mineralgehalt, mit einer Pyrolyse-Wärme von 5480, 4066 bzw. 1286 kJ/kg. Die Pyrolyse begünstigt die Kinetik der Holzkohlebildung, wobei hauptsächlich CO2 und H2O freigesetzt werden. Die sekundären Teerreaktionen setzen ab ≈318°C (BP), 481°C (SS) und 376°C (AD) ein. Darüber hinaus sind negative scheinbare Aktivierungsenergien für ihre Kinetik nach 313°C (BP), 448°C (SS) und 339°C (AD) charakteristisch. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die nachhaltige Biokohlesynthese aus der langsamen Pyrolyse von MWB zu optimieren und zu steuern.

KW - Scheinbare Aktivierungsenergie

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KW - Biokohle

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UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85132205067&partnerID=8YFLogxK

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