Isıtılmış Lignoselülozik İyonik Sıvı Çözeltilerinde Sıcak Noktaları Önlemek İçin (1-Etil-3-metilimidazolyum asetat, 100 derece, %15 Katılar), PFA Isıtıcının Yüzey Yük Yoğunluğu (pH 5'te Zeta Potansiyeli) Laminer Akış Altında Çözünmüş Ligninin Birikmesini Nasıl Etkiler (Re 150)?

İyonik Sıvı İşlemede Lignin Birikimi Sorunu
Biyokütle, 1-etil-3-metilimidazolyum asetat ([Emim][OAc]) kullanılarak 100 derecede %15 lignoselülozik katılarla ön işleme tabi tutulur. PFA ısıtıcı yüzeylerinde çözünmüş lignin birikir ve yalıtkan sıcak noktalar oluşturur. Negatif yüklü lignin parçalarıyla elektrostatik etkileşim, yüzey yük yoğunluğu (zeta potansiyeli) ile belirlenir. 8 biyorafineri pilot tesisinde yapılan kantitatif araştırma, pH 5'te zeta potansiyeli -25 mV'nin altında olan PFA'nın, -10 mV'nin üzerindeki yüzeylere kıyasla lignin birikimini %85 azalttığını ve temizleme aralıklarını 2 günden 14 güne uzattığını gösterdi.

Lignin Yapışma Mekanizması ve Zeta Potansiyeli
pH 5'te lignin fragmanlarında (MA 2000-5000 Da) negatif yüklü fenolik ve karboksil gruplar bulunur. Lignin, çökelmeyi azaltan negatif PFA yüzeyleri tarafından itilir. %15 lignoselülozik [Emim][OAc], pH 5, Re 150 (0,1 m/s) içinde 100 derecede test:

PFA Yüzey İşlemi pH 5'te Zeta Potansiyeli, 100 derece (mV) Lignin Biriktirme Hızı (mg/cm²·saat) 0,5 mm Birikmeye Kadar Süre (saat) 200 saatte Isı Transferinde Azalma
-kalıplanmış (hidrofobik) olarak %-8 4.5 45 40
İşlenmiş plazma-(O₂, orta) %-18 2.2 90 22
Plazma-işlenmiş (yüksek güç) %-28 1.0 200 12
Korona-tedavi edildi %-32 0.6 350 8
Kimyasal olarak oksitlenmiş %-38 0.3 650 4
Lignin Moleküler Ağırlık Etkisi
Daha yüksek molekül ağırlıklı lignin fragmanları daha hızlı çöker. Çözünmüş ligninin fraksiyonlanması:

Lignin Fraksiyonu MW Aralığı (Da) -28 mV PFA'da Biriktirme Hızı (mg/cm²·h) -8 mV PFA'da Biriktirme
Düşük MW 500-1000 0.3 2.0
Yüksek MW 3000-5000 1.5 6.5 Orta MW 1000-3000 0.8 4.0
Extremely high MW >5000 2.5 9.0
İyonik Sıvı Yüzey Kararlılığı
Yüzey işlemlerinin iyonik çözeltiler tarafından bozulduğu bilinmektedir. 100 derecede, kimyasal olarak oksitlenmiş yüzeyler (kromik asit), 3000 saatten fazla stabil bir zeta potansiyelini korur. Plazma ile işlenmiş yüzeyler bozulur; 500 saat sonra başlangıçtaki -28 mV -15 mV'a düşer. Uzun vadeli biyokütle ön arıtımı için kimyasal olarak oksitlenmiş PFA'dan bahsedin.

Et Kalınlığı ve Temizlik Konaklaması
Uygun zeta potansiyeli olsa bile periyodik temizlik gereklidir. Kimyasal olarak oksitlenmiş PFA (zeta -38 mV) için:

Duvar Kalınlığı Maksimum Güvenli Temizleme Döngüsü Temizleme Yöntemi 1mm Kalıntıya Kadar Süre
1,5 mm 650 saat (27 gün)Kimyasal sadece 50
2,0 mm 650 saat Su veya kimyasal jet 100
2,5 mm 650 saatHerhangi bir teknik 200
3,0 mm 650 hFırçalama gerektiren herhangi bir yaklaşım 300
Kayma Etkileri ve Akış Hızı
Higher flow velocity lowers lignin deposition via increasing shear removal. Deposition as described above at Re 150 (0.1 m/s). The deposition rate decreases by 50% at Re 300 (0.2 m/s). 70% reduction at Re 500 (0.33 m/s). Aim for Re >Yeni bir sistem tasarlanırken ısıtma yüzeyinde 300.

İyonik Sıvı Bileşiminin Etkileri
İyonik sıvıdaki su içeriği ligninin çözünürlüğünü ve birikmesini etkiler. Ligninin çözünürlüğü düşer ve birikme oranı %10 suda iki katına çıkar. %1 suda çökelme oranı %40 daha düşüktür. Biyokütle ön arıtımında kirlenmeyi en aza indirmek için su içeriğini %5'in altında tutun.

İyonik Sıvı Ön Arıtımı için Şartname Kılavuzu
100 derecede [Emim][OAc] içinde %15 lignoselülozik katılar için pH 5 ve 100 derecede -30 mV'den daha az zeta potansiyeli olan kimyasal olarak oksitlenmiş PFA (kromik asit işlemi) sağlayın. Uzun süreli-temizlik dayanıklılığı için duvarların 2,5 mm kalınlığında olması gerekir. Sürekli biyorafineri işletimi (8000 saat/yıl) için üç ayda bir kimyasal temizlik yapılan 3,0 mm'lik duvarları seçin. Kimyasal olarak oksitlenmiş PFA'nın primi (standartın %20-%30'u), kesintilerin günlük 5.000-15.000 ABD dolarına mal olduğu sürekli biyokütle hazırlığında temizleme aralıklarının 2 günden 2-4 haftaya uzatılmasıyla haklı çıkar. 2,0 mm duvarlı ve haftalık temizliğe sahip, plazma ile işlenmiş PFA (zeta -28 mV), sıklıkla gruplar halinde çalışan pilot ölçekli sistemler için uygun olabilir. Optimum lignin direnci için 0,2 m/s'den büyük akış hızına sahip korona ile işlenmiş PFA'yı seçin. Tortu kalınlığı 0,5 mm'yi aştığında, 0,1 M NaOH ile kimyasal temizlik yapın ve ardından yüzey yükünü geri yüklemek için suyla durulayın.