7. TRÌNH TỰ LUẬN ÁN
3.1.3. Đặc trưng quá trình phân hủy nhiệt của bã mía
Kết quả phân tích nhiệt ở điều kiện: tốc độ gia nhiệt 5 oC/phút, lưu lượng dịng khí mang nitrogen 50 mL/phút, trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ mơi trường đến 800oC của ba mẫu cellulose, lignin và bã mía được thể hiện trên Hình 3.2. Cĩ thể
thấy, quá trình phân hủy của cellulose xảy ra mạnh nhất trong khoảng nhiệt độ từ 280
đến 400oC với khối lượng bị mất khoảng 80% và phần rắn cịn lại ở 800 oC khoảng 4,6% so với lượng cellulose ban đầu. Quá trình nhiệt phân của cellulose theo nghiên cứu của Mansaray và cộng sự xảy ra trong khoảng nhiệt độ từ 250 đến 380 oC [152], từ220 đến 315 oC theo cơng bố của Yang và cộng sự [153], từ260 đến 410 oC theo nghiên cứu của Quan và cộng sự [154]. Điều này cĩ thể là do cellulose được tách ra từ các nguồn sinh khối cĩ khối lượng phân tửvà độ dài mạch khác nhau nên dải nhiệt
độ nhiệt phân cũng khác nhau. Trong khi đĩ, lignin bị phân hủy chậm trong khoảng nhiệt độ từ 100 đến 800 oC, với tốc độ mất khối lượng thấp. Điều này cĩ thể là do cấu tạo của lignin chủ yếu gồm các đơn vị liên kết vịng thơm [56], khi gia tăng nhiệt độ
sẽ bẻ gãy các liên kết đơn giản trước và sau đĩ tiếp tục đến cấu trúc vịng thơm phức tạp [155], nên việc phá vỡ các liên kết trong lignin diễn ra chậm và khoảng nhiệt độ
rộng. Phần rắn cịn lại sau quá trình nhiệt phân đến 800 oC là 28,37%, cao hơn rất nhiều so với cellulose. Phần rắn cịn lại của quá trình nhiệt phân lignin cĩ thể là do quá trình polymer hĩa hoặc ngưng tụ các hydrocarbon đa vịng đã xảy ra.
100 200 300 400 500 600 700 800 0 20 40 60 80 100 T (oC) TG (%) Bã mía Cellulose Lignin = 5 oC/phút 100 200 300 400 500 600 700 800 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 DT G (%/phút ) T (oC) Bã mía Cellulose Lignin = 5 oC/phút
Đối với quá trình nhiệt phân bã mía xảy ra bốn giai đoạn mất khối lượng. Giai
đoạn thứ nhất từ 25 đến 170 oC mất khoảng 6,5% là giai đoạn thốt ẩm (ẩm hấp phụ
vật lý và ẩm hấp phụ hĩa học) hấp phụ trong bã mía [156]. Giai đoạn thứ hai từ 170
đến 318 oC với độ giảm khối lượng khoảng 36,26% và giai đoạn thứ ba từ 318 đến
400 oC mất khoảng 37%. Trong hai giai đoạn này, hai thành phần chính dễ phân hủy
hơn trong bã mía là hemicellulose và cellulose bị phân hủy, đồng thời một phần lignin
cũng sẽ bị phân hủy trong 2 giai đoạn này [157]. Từ 400 đến 800 oC lượng lignin cịn lại trong mẫu tiếp tục bị phân hủy chậm với độ giảm khối lượng khoảng 16% và phần rắn cịn lại sau khi nhiệt phân tại 800 oC là 15,16% (gồm cả tro). Kết quả nghiên cứu vềđặc trưng nhiệt cũng phù hợp với thành phần hĩa học cĩ trong bã mía đã được xác
định và trình bày ở Bảng 3.1.
Tĩm tắt kết quả mục 3.1: Thành phần kỹ thuật của bã mía bao gồm 5,36% ẩm;
80,92% chất bốc; 9,64% carbon cố định và 4,08% tro với tổng nhiệt trị 17,48 MJ/Kg. Thành phần nguyên tố hĩa học bao gồm 48,52% O; 43,79% C; 5,62% H; 0,58% N, 0,63% S và 0,86% các nguyên tố khác. Thành phần hĩa học của bã mía với 43,63% cellulose; 18,12% hemicellulose; 23,19% lignin và 5,62% hợp chất trích ly. Do đĩ, quá trình phân hủy của cellulose, hemicellulose và lignin ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của dầu nhiệt phân. Thành phần oxygen trong bã mía cao là nguyên nhân trực tiếp làm hạn chế cáctính chất của dầu nhiệt phân. Quá trình phân hủy nhiệt của bã mía gồm 4 giai đoạn. Giai đoạn 1 từ 25 - 170 oC chủ yếu là quá trình thốt ẩm và các hợp chất trích ly với 6,5% khối lượng. Giai đoạn 2 và 3 xảy ra quá trình phân hủy của
hemicellulose và cellulose từ 170 - 318 oC và 318 - 400 oC với 73,26% khối lượng. Giai đoạn 4 chủ yếu là sự phân hủy của lignin đến 800 oC với độ giảm khối lượng tương ứng 16%.