The Mechanical Activation of Crystal and Wooden Sawdust Cellulose in Various Fine-Grinding Mills

Для выбора наиболее эффективного способа механической активации биомассы проведено предварительное исследование процесса измельчения и механической активации образцов кристаллической целлюлозы и лигноцеллюлозной биомассы (высушенные березовые опилки) в мельницах различных конструкций (вальцовая, планетарная, роторная, вихревая газодинамическая и вихревая с механическим разгоном материала) с изучением физико- химических характеристик продуктов помола. Методом рентгенофазового анализа (РФА) проведена идентификация фаз, определены индекс кристалличности (ИК) и средний размер областей когерентного рассеяния, определяющих эффективность активации биомассы. Методом оптической микроскопии исследована морфология и средний размер частиц (l). В качестве наиболее перспективного для последующего более детального изучения выбран метод активации лигноцеллюлозной биомассы в ударной вихревой мельнице с механическим разгоном материала, как обеспечивающий минимальные затраты энергии и времени при удовлетворительной степени измельчения и активации, продемонстрированных для высушенных берёзовых опилок (l ~ 22 мкм и ИК = 56 % при l ~ 3700 мкм и ИК =74 % для исходного сырья)The study is aimed to determine the most perspective and effective fine-grinding mills for lignocellulosic biomass mechanical activation. Physicochemical characteristics were studied for milled crystalline cellulose and milled dry birch sawdust after their treatment in various devices – ball, planetary, ring, vortex gas driven and vortex mechanically driven mills. XRD analysis method was used for phases identification, crystallinity index (CI) and mean size of coherent-scattering region (CSR) measuring. These values are suggested to be used for an assessment of the efficiency of mechanical activation process. Mean particle size (l) of milled materials was measured with help of optic microscopy as well. As the most perspective device for future detailed investigation to be done the vortex mechanically driven mill is selected. This type of mill provides both the least electrical power consumption and activation time at adequate particles destruction level and marked mechanical activation demonstrated for dry birch saw dust (it was detected the reduction of l and CI from l ~ 3700 μm/CI =74 % to l ~ 22 μm/CI = 56 %

The Mechanical Activation of Crystal and Wooden Sawdust Cellulose in Various Fine-Grinding Mills

Для выбора наиболее эффективного способа механической активации биомассы проведено предварительное исследование процесса измельчения и механической активации образцов кристаллической целлюлозы и лигноцеллюлозной биомассы (высушенные березовые опилки) в мельницах различных конструкций (вальцовая, планетарная, роторная, вихревая газодинамическая и вихревая с механическим разгоном материала) с изучением физико- химических характеристик продуктов помола. Методом рентгенофазового анализа (РФА) проведена идентификация фаз, определены индекс кристалличности (ИК) и средний размер областей когерентного рассеяния, определяющих эффективность активации биомассы. Методом оптической микроскопии исследована морфология и средний размер частиц (l). В качестве наиболее перспективного для последующего более детального изучения выбран метод активации лигноцеллюлозной биомассы в ударной вихревой мельнице с механическим разгоном материала, как обеспечивающий минимальные затраты энергии и времени при удовлетворительной степени измельчения и активации, продемонстрированных для высушенных берёзовых опилок (l ~ 22 мкм и ИК = 56 % при l ~ 3700 мкм и ИК =74 % для исходного сырья)The study is aimed to determine the most perspective and effective fine-grinding mills for lignocellulosic biomass mechanical activation. Physicochemical characteristics were studied for milled crystalline cellulose and milled dry birch sawdust after their treatment in various devices – ball, planetary, ring, vortex gas driven and vortex mechanically driven mills. XRD analysis method was used for phases identification, crystallinity index (CI) and mean size of coherent-scattering region (CSR) measuring. These values are suggested to be used for an assessment of the efficiency of mechanical activation process. Mean particle size (l) of milled materials was measured with help of optic microscopy as well. As the most perspective device for future detailed investigation to be done the vortex mechanically driven mill is selected. This type of mill provides both the least electrical power consumption and activation time at adequate particles destruction level and marked mechanical activation demonstrated for dry birch saw dust (it was detected the reduction of l and CI from l ~ 3700 μm/CI =74 % to l ~ 22 μm/CI = 56 %

Hydrogenolysis of Birch Ethanol-Lignin in Supercritical Over Bifunctional Ru and Ni Catalysts Bifunctional Supported on Oxidized Carbon

Проведено исследование каталитического процесса гидрогенолиза органосольвентного лигнина березы белой (Betula alba) в среде сверхкритического этанола в присутствии бифункциональных катализаторов, содержащих наноразмерныеметаллические частицы Ru и Ni, закрепленные на окисленном углеродном материале Сибунит. Приготовленные катализаторы изучены физико-химическими методами (ПЭМ, адсорбция N2, рН суспензии) и испытаны в процессе гидрогенолиза в мягких условиях при 260 °C, 6-8 МПа. Состав жидких и газообразных продуктов процесса гидрогенолиза анализировали методами ГХ и ГХ-МС. Обнаружено, что присутствие в реакционной среде катализаторов, содержащих металлические частицы Ru и Ni, приводит к увеличению выходов жидких продуктов (с ростом выходов мономеров) и уменьшению выходов газа и кокса. Максимальный выход жидких продуктов в присутствии катализатора, содержащего 3 мас. % Ru, составил 81 мас. %, из которых выход мономеров 36 %. Показано, что использование углеродного носителя с высокой концентрацией кислотных центров увеличивает выход продуктов этанолиза. Применение Ni- и Ru-содержащих катализаторов приводит к существенному увеличению выходов продуктов гидрогенолиза лигнина. Однако в присутствии Ni-катализаторов наблюдается образование продуктов крекинга С-С-связи алифатического заместителя, в то время как в присутствии Ru-катализатора наблюдаются продукты гидрированияHere we studied the process of catalytic hydrogenolysis of organosolvent birch wood lignin (Betula alba) in supercritical ethanol under soft conditions – 260 ºC, 6-8 МPa. We use the nanoscale Ru and Ni metallic particles supported on oxidized carbon material Sibunit like bifunctional catalysts. We characterized the catalysts by TEM, N2 adsorption (BET), suspension pH. We analyze the liquid and gaseous reaction products by gas chromatography (GC) and gas chromatography with mass spectrometry (GC-MS). We found that Ru- and Ni-contained catalysts increase the liquid products yields (significant increasing of yields of monomeric components) and prevent formation of gas and char. The maximal yield of products (81 wt. %) was obtained in presence of catalyst contained 3 wt. % of Ru, moreover the monomer yield was 36 %. The use of carbon support with high concentration of acid sites allows us to enhance the process of lignin ethanolysis. The sametime we found that use of Ni catalysts leads to formation of C-C bond cracking products. The use of Ru catalysts results in formation of hydrogenation product

Hydrogenolysis of Birch Ethanol-Lignin in Supercritical Over Bifunctional Ru and Ni Catalysts Bifunctional Supported on Oxidized Carbon

Проведено исследование каталитического процесса гидрогенолиза органосольвентного лигнина березы белой (Betula alba) в среде сверхкритического этанола в присутствии бифункциональных катализаторов, содержащих наноразмерныеметаллические частицы Ru и Ni, закрепленные на окисленном углеродном материале Сибунит. Приготовленные катализаторы изучены физико-химическими методами (ПЭМ, адсорбция N2, рН суспензии) и испытаны в процессе гидрогенолиза в мягких условиях при 260 °C, 6-8 МПа. Состав жидких и газообразных продуктов процесса гидрогенолиза анализировали методами ГХ и ГХ-МС. Обнаружено, что присутствие в реакционной среде катализаторов, содержащих металлические частицы Ru и Ni, приводит к увеличению выходов жидких продуктов (с ростом выходов мономеров) и уменьшению выходов газа и кокса. Максимальный выход жидких продуктов в присутствии катализатора, содержащего 3 мас. % Ru, составил 81 мас. %, из которых выход мономеров 36 %. Показано, что использование углеродного носителя с высокой концентрацией кислотных центров увеличивает выход продуктов этанолиза. Применение Ni- и Ru-содержащих катализаторов приводит к существенному увеличению выходов продуктов гидрогенолиза лигнина. Однако в присутствии Ni-катализаторов наблюдается образование продуктов крекинга С-С-связи алифатического заместителя, в то время как в присутствии Ru-катализатора наблюдаются продукты гидрированияHere we studied the process of catalytic hydrogenolysis of organosolvent birch wood lignin (Betula alba) in supercritical ethanol under soft conditions – 260 ºC, 6-8 МPa. We use the nanoscale Ru and Ni metallic particles supported on oxidized carbon material Sibunit like bifunctional catalysts. We characterized the catalysts by TEM, N2 adsorption (BET), suspension pH. We analyze the liquid and gaseous reaction products by gas chromatography (GC) and gas chromatography with mass spectrometry (GC-MS). We found that Ru- and Ni-contained catalysts increase the liquid products yields (significant increasing of yields of monomeric components) and prevent formation of gas and char. The maximal yield of products (81 wt. %) was obtained in presence of catalyst contained 3 wt. % of Ru, moreover the monomer yield was 36 %. The use of carbon support with high concentration of acid sites allows us to enhance the process of lignin ethanolysis. The sametime we found that use of Ni catalysts leads to formation of C-C bond cracking products. The use of Ru catalysts results in formation of hydrogenation product

The Production of Formic Acid from Polysaccharides and Biomass via One-pot Hydrolysis-Oxidation in the Presence of Mo-V-P Heteropoly Acid Catalyst

Проведено исследование одностадийного гидролиза-окисления различного лигноцеллюлозного сырья (гемицеллюлоз: ксилан и арабиногалактан, а также образцов лигноцеллюлозы: сульфатная целлюлоза, газетная бумага, мискантус, древесина осины) в муравьиную кислоту – ценный продукт, перспективный восстановитель и/или источник водорода. Исследования выполнены в растворе бифункционального катализатора Mo-V-P гетерополикислоты (ГПК) Co0.6H3.8PMo10V2O40. Муравьиная кислота получена из гемицеллюлоз с выходом до 40-43 мол. % при 90-120 °C. При 150 °C достигнуты выходы муравьиной кислоты 53, 45, 29 и 24 мас. % для древесины осины, мискантуса, сульфатной целлюлозы и газетной бумаги соответственноThe aim of the work is to investigate the one-pot hydrolysis-oxidation of different lignocellulose feedstocks: hemicelluloses xylan and arabinogalactan as well as lignocellulose biomass (sulfate pulp, waste paper, silver grass and aspen wood). The target product of the process is formic acid. It is a valuable product which seems to be very perspective reducing agent or hydrogen source. The experiments have been carried out in the solutions of bifunctional Mo-V-P heteropoly acid catalyst which has the composition Co0.6H3.8PMo10V2O40. The yield of formic acid equal to 40-43 mol % has been reached from hemicelluloses at 90-120 °C. At temperature 150 °C the formic acid yields 53, 45, 29 and 24 m/m % have been achieved from aspen wood, silver grass, sulfate cellulose and waste paper, respectivel

Isolation, Study and Application of Organosolv Lignins (Review)

Проведен анализ последних литературных источников, посвященных методам выделения растворимых органосольвентных лигнинов, их изучению физико-химическими методами и способам переработки в пористые аэрогели и жидкие углеводороды. Выполненный обзор литературы позволил обосновать выбор наиболее актуальных направлений исследований. Для выделения из древесины растворимых лигнинов, не содержащих серу, использованы методы каталитической пероксидной делигнификации в мягких условиях (температура ≤ 100 °С, атмосферное давление) и методы экстракции сверхкритическими органическими растворителями. Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение образцов этаноллигнина, выделенных из древесины осины и пихты, исследованы с помощью метода гель-проникающей хроматографии. Средневесовая молекулярная масса этаноллигнина пихты равна 478 Да, а этаноллигнина осины – 750 Да. Таким образом, изученные образцы этаноллигнина имеют довольно низкую молекулярную массу, что должно облегчить их дальнейшую переработку в жидкие углеводороды и аэрогели. Для деполимеризации органосольвентных лигнинов в жидкие углеводороды перспективно использовать процессы их каталитической конверсии в сверхкритических низших спиртах. В процессах термической конверсии лигнинов спирты не только экстрагируют продукты термической деполимеризации лигнина, но и способны их алкилировать, предотвращая вторичные реакции образования высокомолекулярных веществ. Твердые кислотные катализаторы позволяют повысить конверсию лигнина и выход жидких углеводородов. Для получения на основе лигнина нового класса нанопористых материалов использованы методы синтеза органических аэрогелей из смесей лигнина с другими природными полимерами и сшивающими агентами типа формальдегида. Установлено, что на строение и свойства пористых материалов аэрогельного типа оказывает влияние не только компонентный состав реакционной смеси, но и способ сушки. Сушка в докритических условиях приводит к образованию ксерогелей, в сверхкритических условиях – аэрогелей, лиофильная сушка – криогелей. Полученные пористые материалы могут иметь очень низкую плотность (около 0,2 г/см3), высокую удельную поверхность (около 500 м2/г) и объем пор около 5 см3/гThe analysis of the literature on the methods of soluble organosolv lignins isolation, their physicalchemical study and on the method of their processing to porous aerogels and liquid hydrocarbons was carried out. A review of the literature allowed us to choice of the most important areas of research. For isolation from wood the soluble lignins free from sulfur the methods of catalytic peroxide delignification at mild conditions (temperature ≤ 100 °C, atmospheric pressure) and methods of lignin extraction by supercritical organic solvents were used. Molecular mass and molecular-mass distribution of ethanol-lignin samples isolated from aspenwood and abies-wood were studied by gel-permeation chromatography. Weighted molecular mass of ethanol-lignin from abies wood is 478 Da and that from aspen wood ethanol-lignin – 750 Da. Thus, the studied samples of ethanol-lignin have rather low molecular mass, what should facilitate their further processing to liquid hydrocarbons and aerogels. For the depolymerization of organosolv lignins to liquid hydrocarbons the processes of their catalytic conversion in supercritical alcohols have good prospects for the use. In the processes of lignin thermal conversion alcohols can to extract the products of lignin depolymerization and to alkylate these products, preventing their repolymerization to high molecular mass substances. To obtain a new class of nanoporous materials based on lignin the methods of organic aerogels synthesis from mixtures of lignin with other natural polymers and crosslinking agents were applied. It was found that the structure and properties of porous materials of aerogel type depend not only from the reaction mixture composition but from the method of drying. Drying in subcritical conditions leads to the formation of xerogels, in supercritical conditions – to the formation aerogels and the freezdrying – of cryogels. Obtained porous materials can have very low density (around 0.2 g/cm3), high specific surface area (to 500 m2/g) and the pore volume near 5 cm3/

The Production of Formic Acid from Polysaccharides and Biomass via One-pot Hydrolysis-Oxidation in the Presence of Mo-V-P Heteropoly Acid Catalyst

Проведено исследование одностадийного гидролиза-окисления различного лигноцеллюлозного сырья (гемицеллюлоз: ксилан и арабиногалактан, а также образцов лигноцеллюлозы: сульфатная целлюлоза, газетная бумага, мискантус, древесина осины) в муравьиную кислоту – ценный продукт, перспективный восстановитель и/или источник водорода. Исследования выполнены в растворе бифункционального катализатора Mo-V-P гетерополикислоты (ГПК) Co0.6H3.8PMo10V2O40. Муравьиная кислота получена из гемицеллюлоз с выходом до 40-43 мол. % при 90-120 °C. При 150 °C достигнуты выходы муравьиной кислоты 53, 45, 29 и 24 мас. % для древесины осины, мискантуса, сульфатной целлюлозы и газетной бумаги соответственноThe aim of the work is to investigate the one-pot hydrolysis-oxidation of different lignocellulose feedstocks: hemicelluloses xylan and arabinogalactan as well as lignocellulose biomass (sulfate pulp, waste paper, silver grass and aspen wood). The target product of the process is formic acid. It is a valuable product which seems to be very perspective reducing agent or hydrogen source. The experiments have been carried out in the solutions of bifunctional Mo-V-P heteropoly acid catalyst which has the composition Co0.6H3.8PMo10V2O40. The yield of formic acid equal to 40-43 mol % has been reached from hemicelluloses at 90-120 °C. At temperature 150 °C the formic acid yields 53, 45, 29 and 24 m/m % have been achieved from aspen wood, silver grass, sulfate cellulose and waste paper, respectivel

Isolation, Study and Application of Organosolv Lignins (Review)

Проведен анализ последних литературных источников, посвященных методам выделения растворимых органосольвентных лигнинов, их изучению физико-химическими методами и способам переработки в пористые аэрогели и жидкие углеводороды. Выполненный обзор литературы позволил обосновать выбор наиболее актуальных направлений исследований. Для выделения из древесины растворимых лигнинов, не содержащих серу, использованы методы каталитической пероксидной делигнификации в мягких условиях (температура ≤ 100 °С, атмосферное давление) и методы экстракции сверхкритическими органическими растворителями. Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение образцов этаноллигнина, выделенных из древесины осины и пихты, исследованы с помощью метода гель-проникающей хроматографии. Средневесовая молекулярная масса этаноллигнина пихты равна 478 Да, а этаноллигнина осины – 750 Да. Таким образом, изученные образцы этаноллигнина имеют довольно низкую молекулярную массу, что должно облегчить их дальнейшую переработку в жидкие углеводороды и аэрогели. Для деполимеризации органосольвентных лигнинов в жидкие углеводороды перспективно использовать процессы их каталитической конверсии в сверхкритических низших спиртах. В процессах термической конверсии лигнинов спирты не только экстрагируют продукты термической деполимеризации лигнина, но и способны их алкилировать, предотвращая вторичные реакции образования высокомолекулярных веществ. Твердые кислотные катализаторы позволяют повысить конверсию лигнина и выход жидких углеводородов. Для получения на основе лигнина нового класса нанопористых материалов использованы методы синтеза органических аэрогелей из смесей лигнина с другими природными полимерами и сшивающими агентами типа формальдегида. Установлено, что на строение и свойства пористых материалов аэрогельного типа оказывает влияние не только компонентный состав реакционной смеси, но и способ сушки. Сушка в докритических условиях приводит к образованию ксерогелей, в сверхкритических условиях – аэрогелей, лиофильная сушка – криогелей. Полученные пористые материалы могут иметь очень низкую плотность (около 0,2 г/см3), высокую удельную поверхность (около 500 м2/г) и объем пор около 5 см3/гThe analysis of the literature on the methods of soluble organosolv lignins isolation, their physicalchemical study and on the method of their processing to porous aerogels and liquid hydrocarbons was carried out. A review of the literature allowed us to choice of the most important areas of research. For isolation from wood the soluble lignins free from sulfur the methods of catalytic peroxide delignification at mild conditions (temperature ≤ 100 °C, atmospheric pressure) and methods of lignin extraction by supercritical organic solvents were used. Molecular mass and molecular-mass distribution of ethanol-lignin samples isolated from aspenwood and abies-wood were studied by gel-permeation chromatography. Weighted molecular mass of ethanol-lignin from abies wood is 478 Da and that from aspen wood ethanol-lignin – 750 Da. Thus, the studied samples of ethanol-lignin have rather low molecular mass, what should facilitate their further processing to liquid hydrocarbons and aerogels. For the depolymerization of organosolv lignins to liquid hydrocarbons the processes of their catalytic conversion in supercritical alcohols have good prospects for the use. In the processes of lignin thermal conversion alcohols can to extract the products of lignin depolymerization and to alkylate these products, preventing their repolymerization to high molecular mass substances. To obtain a new class of nanoporous materials based on lignin the methods of organic aerogels synthesis from mixtures of lignin with other natural polymers and crosslinking agents were applied. It was found that the structure and properties of porous materials of aerogel type depend not only from the reaction mixture composition but from the method of drying. Drying in subcritical conditions leads to the formation of xerogels, in supercritical conditions – to the formation aerogels and the freezdrying – of cryogels. Obtained porous materials can have very low density (around 0.2 g/cm3), high specific surface area (to 500 m2/g) and the pore volume near 5 cm3/

The Distributed Informational System of Satellite Data Collecting, Storage and Processing for Siberia and the Far East Territories Monitoring

Рассматриваются распределенные геоинформационные системы, разработанные в СО РАН и ДВО РАН, а также вопросы их взаимодействия для решения задач мониторинга территорий Сибири и Дальнего Востока.Distributed geoinformational systems developed in the SB RAS and the FEB RAS and questions of their interaction for the decision of Siberia and the Far East territories monitoring problems are considered