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Titelaufnahme

Titel
Elemental and structural analysis with SEM-EDX of hydrochars obtained from hydrothermal carbonisation of different organic materials / von Andreas Clementi
VerfasserClementi, Andreas
GutachterPfeifer, Christoph ; Tondl, Gregor
ErschienenWien, 14.12.2015
Umfangvii, 48 Blätter : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Univ., Diplomarbeit, 2015
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Hydrothermale Karbonisierung, SEM-EDX, Makrokinetik, Diffusion, Thiele Modul
Schlagwörter (EN)hydrothermal carbonsiation, SEM-EDX, makrokinetics, diffusion, Thiele module
Schlagwörter (GND)Biomasseverarbeitung / Hydrothermalsynthese / Verkohlung
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-22679 Persistent Identifier (URN)
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Elemental and structural analysis with SEM-EDX of hydrochars obtained from hydrothermal carbonisation of different organic materials [3.33 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Hydrothermale Karbonisierung von Biomasse zu Hydrokohle hat das Potential ein umweltfreundlicher Prozess mit vielen Anwendungsmöglichkeiten zu werden. Neben der Verwendung als Energieträger, gibt es Ansätze Hydrokohle in umwelt-technischen-, katalytischen-, elektrotechnischen- und landwirtschaftlichen Bereichen zu verwenden. Da hydrothermale Karbonisierung von Biomasse ein äußerst komplexer Prozess ist, der noch nicht gänzlich charakterisiert ist, wird in dieser Studie versucht, einen Einblick in Reaktionsmechanismen und Vorgängen an und in Partikeln zu geben. Dafür wurden kohlenstoffhaltige Materialen mit einem 1,5 Liter Reaktor bei 180C und autogenem Druck erzeugt. Als Ausgangsmaterial wurden Pistazien Schalen, Bambus Stäbchen, Tannennadeln und Gärreste aus Biogasanlagen verwendet. Um einen detaillierten Einblick in die chemische und strukturelle Zusammensetzung der Kohlen zu erlangen, wurden die Materialien mit einem SEM-EDX analysiert. Strukturell konnten kohlenstoffhaltige Sphären an der Oberfläche der Kohlen identifiziert werden, die einzigartig für die hydrothermale Karbonisierung sind. Diese m große Sphären entstehen durch Dehydration, Kondensation und Polymerisation, ihre Form und Größe hängen dabei stark vom Ausgangsmaterial ab. Mit der energiedispersiven Röntgen Spektroskopie wurden Querschnitte von Partikeln mit unterschiedlichen Verweilzeiten auf O/C Verhältnisse analysiert. Als Modell wurde das Thiele Modul herangezogen, welches das Verhältnis von Reaktivität zu Diffusivität beschreibt. Es zeigt sich, dass das Modell zu den gemessenen O/C Profilen von Pistazienschalen und Bambusstäbchen passt und welches die Bestimmung der Thiele Module ermöglicht. Die gemessen Thiele Module liegen in einem Bereich von 1.61 0.027 bis 1.19 0.019. Dies soll beweisen, dass durch Diffusionsphänomene Reaktionsgeschwindigkeit der hydrothermalen Karbonisierung verringert wird. In Zukunft soll diese Methode durch den Einsatz von verschiedenen Partikelgrößen weiter abgesichert werden.

Zusammenfassung (Englisch)

The carbonisation of biomass to hydrochar has the potential to become an environmentally sound conversion process for the production of a wide variety of products. Besides the use for the production of hydrochars as energy carriers, there are discussions about using hydrochars for environmental, catalytic, electronic and agricultural applications. Since hydrothermal carbonisation of biomass is highly complex and not yet fully understood, this study aims to elucidate the reactions occurring during the process at specific process parameters. Therefore carbonaceous materials were synthesised with a 1.5 litre reactor at 180C and autogenic pressure using different feed materials such as pistachio shells, bamboo sticks, fir needles and biogas slurry. To gain a detailed insight into the chemical and structural properties, carbonaceous hydrochar materials were characterized by SEM imaging and EDX analysis. Structurally, carbon-rich spheres were detected on the surface of the hydrochars; size and shape of those carbon spheres strongly depend on the properties of the feed materials. The formation of these m-sized spheres through hydrothermal carbonisation of biomass is the consequence of dehydration, condensation, or polymerization and aromatization reactions. Chemically, the atomic O/C profiles of cross sections obtained from different hydrochars were determined. Then, the Thiele module is used as a model for the observed O/C profiles, which describes the relation of reactivity to diffusivity of a reactant into a pore. It is shown, that this model fits to the EDX data and therefore it was used to calculate the Thiele Modules, which range from 1.61 0.027 to 1.19 0.019. This should proof, that hydrothermal reactions are hindered by diffusion and thereby reducing its reaction rate. In order to further verify this method, an analysis of different particle sizes is proposed.