Hydrothermal carbonization of Miscanthus × giganteus: Structural and fuel properties of hydrochars and organic profile with the ecotoxicological assessment of the liquid phase

水热碳化 芒属 荧蒽 化学 纤维素 碳化 环境化学 固体燃料 制浆造纸工业 燃烧 生物燃料 生物能源 废物管理 有机化学 吸附 工程类
作者
Marija Mihajlović,Jelena Petrović,Snežana Maletić,Marijana Kragulj Isakovski,Mirjana Stojanović,Zorica Lopičić,Snežana Trifunović
出处
期刊:Energy Conversion and Management [Elsevier BV]
卷期号:159: 254-263 被引量:79
标识
DOI:10.1016/j.enconman.2018.01.003
摘要

In this study, hydrothermal carbonization (HTC) was employed for thermochemical conversion of energy crop Miscanthus × giganteus GREEF et DEU. The effect of process temperatures, in the range between 180 and 220 °C, on the relevant characteristics of the obtained products, hydrochars and process waters, was investigated. The obtained results showed that the HTC promotes fuel properties and energy density of the solids regarding the feedstock. Furthermore, temperature governs the lowering of the volatiles, ash, and moisture in hydrochars, making its potential use as solid fuels more beneficial than the miscanthus. FT-IR spectroscopy and thermal analysis confirmed degradation of hemicellulose at temperatures above 200 °C, and an increase of the total content of cellulose and lignin in the hydrochars. In general, hydrochar obtained at 220 °C exhibited the best combustion characteristics and is, therefore, the most suitable for use as a solid biofuel. However, in the residual liquids, some amounts of fluorene, phenanthrene, fluoranthene, and pyrene were detected. The polluting potential, visible through the growth of TOC, COD and BOD values, of the analyzed process waters, increases with the rise in carbonization temperature. The TOC values (5.8–9.9 gC L−1) were on average lower than those reported for organic wastewaters (>10 gC L−1). The proportion of hydrocarbons in the process water increases with the increase in the carbonization temperature from 2.92 to 20.9%. Consequently, bioassays with Vibrio fischeri showed a relatively high toxicity of the liquid phase, where a concentration of about 1% was causing bacteria inhibition of 50%.
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