بررسی پودرهای چوب ساخته شده از چوب سبز با استفاده از فناوری تک مرحله ای جدید
-
پودرهای تولید شده دارای اندازه ذرات بسیار ظریف تری نسبت به تکنیک های آسیاب سایشی بودند.
- خواص ذرات شامل سطح بزرگ، شکل کروی بیشتر و تخلخل زیاد است.
•
ذرات ریزتر با اشکال کروی بر چگالی ظاهری تأثیر داشتند.
-
این فناوری توزیع اندازه ذرات سفارشی را برای فرآیندهای پایین دستی امکان پذیر می کند
کیفیت پودرهای چوب بستگی به فناوری کاهش سایز مورد استفاده برای تولید آنها دارد. مراحل کاهش اندازه قبل از خشک کردن، خرد کردن و معمولی (ضربه و ساییدگی) که معمولاً در صنعت استفاده می شود، باعث تخریب چوب و کاهش پتانسیل کامل آن به عنوان یک ماده اولیه تجدیدپذیر می شود. در این مطالعه، تأثیر استفاده از تکنولوژی جدید آسیاب سبز (یعنی تازه برداشت شده)، آسیاب شفت چند تیغه ای (MBSM)، بر خواص پودر چوب مورد بررسی قرار گرفت. توزیع اندازه ذرات (PSD) و خواص شکل با آنالیز تصویر دو بعدی اندازهگیری شد و آنالیز سطح سطح انجام شد. نتایج نشان داد که MBSM میتواند پودرهای بسیار ظریفتری را در مقایسه با آسیاب چکشی تولید کند، با ذرات مورفولوژی منحصر به فرد و سطح ویژه بالا. آسیاب چوب سبز ذراتی را با بیشترین کرویت (0.64)، نسبت ابعاد (0.58) و قطر ریز منافذ (4.5 نانومتر) تولید کرد. ذرات ریزتر با اشکال کروی چگالی ظاهری را افزایش دادند. علاوه بر این، تنظیمات آسیاب به پودرهای سفارشی مطابق با PSD مورد نظر اجازه می دهد.
گذار از اقتصاد مبتنی بر فسیل به یک اقتصاد زیستی دایره ای و پایدار متکی بر استفاده بیشتر از مواد زیستی تجدیدپذیر و حذف تدریجی مواد اولیه مبتنی بر فسیل است. پودرهای چوب در بسیاری از کاربردهای صنعتی مختلف مانند پالایش مواد شیمیایی پلت فرم زیستی ، ساخت افزودنی (چاپ سه بعدی) ، تولید مقوا ، ساخت کاغذ ، تصفیه آب استفاده می شود. ,، تولید گلوله سوخت و ساخت کامپوزیت های مبتنی بر چوب، کامپوزیت های چوب پلاستیک (WPC) و تخته خرده چوب . در این کاربردها، ساختار فیزیکی و ترکیب شیمیایی آنها اغلب ملاحظات مهمی هستند.
پودر چوب از ذرات با اشکال و اندازه های مختلف تشکیل شده است. برنامه الزامات مشخصات ذرات مورد نظر را تعیین می کند. روش کاهش اندازه امضای خود را بر مورفولوژی ذرات، از جمله توزیع سطحی اجزای ماکرومولکولی چوب، عاملی تاثیرگذار در کاربردها، بر جای می گذارد . سطح ویژه بزرگ و تخلخل بالا، شیمی واکنش را با تسهیل نفوذ مواد شیمیایی و آنزیم ها افزایش می دهد . با کاهش اندازه ذرات، بلورینگی سلولز نیز کاهش می یابد و این باعث افزایش سطح ویژه می شود و مزایایی دارد، به عنوان مثال، هنگام تبدیل سلولز به گلوکز از طریق هیدرولیز. تبدیل بهبود یافته گلوکز نیز از بلوط ریز آسیاب شده و کاج لوبلی در مقایسه با پودرهای کوره مشاهده شده است. جداسازی بهبود یافته اجزای ماکرومولکولی با ظرافت ذرات چوب مرتبط است و برای استخراج لیگنین مهم است .اندازه ذرات همچنین برای فرآیندهای تبدیل حرارتی با استفاده از چوب مهم است، زیرا بر انتقال حرارت و سرعت تبخیر شدن تأثیر می گذارد. عملکرد موثر دیگ بخار (سوخت پودر شده) در پخت همزمان چوب، مستلزم آن است که قطر ذرات کمتر از 1 میلی متر برای بازده احتراق بهینه باشد . در طی پیرولیز، اندازه ذرات بر سرعت واکنش و حرارت تأثیر می گذارد و به طور مستقیم بر عملکرد کربن در محصول زغال سنگ تأثیر می گذارد . قطر ذرات کوچکتر به دلیل کاهش زمان ماند در فاز بخار و سرکوب واکنشهای تشکیل زغال، منجر به افزایش تولید روغن زیستی و تولید قطران میشود.
پودر چوب را می توان از طیف وسیعی از انواع آسیاب تولید کرد که معمولاً با مواد اولیه از پیش خشک شده کار می کنند. توزیع اندازه ذرات حاصل (PSD) یک پودر به فناوری خرد کردن به کار گرفته شده بستگی دارد . به عنوان مثال، اندازه ذرات را می توان تا حدی با استفاده از سرعت های چرخش و محرک های مختلف در آسیاب های چکشی کنترل کرد (به عنوان مثال تعداد چکش ها . آسیاب چکشی دو مرحله ای معمولی می تواند پودر چوب با PSD کمتر از 1 میلی متر (الک، بر اساس جرم) را از خرده های چوب از پیش خشک شده تولید کند . آسیاب های چاقو همچنین می توانند تراشه های از پیش خشک شده را به پودر با PSD کمتر از 1.5 میلی متر تبدیل کنند .
پودر آسیاب چکشی دارای ذرات باریک دراز با پروفیل های زاویه ای است. این شکل را می توان به عنوان یک شکل معمولی برای پودرهای چوب طبقه بندی کرد. از سوی دیگر، آسیاب های چاقو ذراتی با اشکال مستطیلی تولید می کنند . چگالی ظاهری پودرها تحت تأثیر مورفولوژی ذرات آنها است. ذرات نازک و بلند یا قلابی شکل تمایل پودر را به پل شدن افزایش می دهند . این و حفره های بزرگ بین ذرات می تواند منجر به راندمان بسته بندی پایین شود. اگرچه بسته بندی بهینه یک مشکل پیچیده است، قطر ذرات کوچکتر که به سمت اشکال کروی تمایل دارند، بسته بندی را به دلیل توانایی آنها در حرکت آزادتر و پر کردن شکاف ها افزایش می دهند . بنابراین علاوه بر چگالی ذرات و تخلخل، شکل نیز در چگالی ظاهری پودر چوب نقش دارد.
با توجه به مجموعه داده های بزرگی که با مطالعه PSD پودرها همراه است، از ابزارهای آماری برای توسعه مدل های کیفیت پودر استفاده شده است. نرم افزار MODDE Pro-12 برای بررسی خواص پودر چوب، یعنی PSD و چگالی ظاهری با استفاده از مدل های رگرسیون چند خطی (MLR) استفاده شده است . نویسندگان از مدل های MLR برای بررسی اثر رطوبت، سرعت تغذیه و سرعت تیغه اره بر نیاز انرژی، PSD و چگالی ظاهری استفاده کرده اند. مدل توکی با نرم افزار SAS 9.0 توسط جیانگ و همکاران استفاده شده است. برای بررسی اثر رطوبت در مواد اولیه بر PSD پودر. برخی دیگر از مدل رگرسیون غیر خطی لونبرگ-مارکوارت برای بررسی همبستگی و تناسب مدل برای مصرف انرژی، نسبت هازنر و شاخص تراکم پذیری Carr در رابطه با اندازه ذرات استفاده کرده اند. مدلهای شبکه عصبی مصنوعی (ANN) با استفاده از الگوریتمهای انتشار معکوس (Levenberg-Marquardt) برای درک رابطه بین مصرف انرژی، محتوای رطوبت پودر و اندازه پودر توصیف شدهاند .
در این مطالعه تاثیر نوع جدیدی از تکنولوژی آسیاب سبز بر خواص پودر چوب بررسی شد. تاثیر خواص شکل بر چگالی ظاهری پودرها مورد مطالعه قرار گرفت. اثر رطوبت چوب، در زمان آسیاب، بر خواص پودر چوب و رابطه بین خواص شکل و چگالی ظاهری پودر چوب با استفاده از ابزار آماری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. شکل، اندازه، سطح و تخلخل پودرها مشخص شد. اثر آسیاب سبز در مقابل خشک چوب بر خواص ذرات و چگالی ظاهری پودرها نیز مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش ها
پودرهای چوب کاج (Pinus sylvestris L.) مورد استفاده در این مطالعه از یک سری آزمایشات طراحی شده با استفاده از نمونه اولیه آسیاب شفت چند تیغه ای (MBSM) [30] به دست آمد. نه نوع پودر مربوط به نه تنظیمات مختلف آسیاب وجود داشت. محدوده پارامترهای آزمایشی مورد استفاده برای محتوای رطوبت چوب، سرعت تغذیه و سرعت تیغه به ترتیب 10-50٪ (بر اساس مرطوب)، 1.3-2.6 متر در دقیقه و 52-72 متر بر ثانیه-1 بود. پودر آسیاب چکشی از یک تنظیم واحد به منظور مقایسه تولید شد.
تحلیل آماری
ویژگیهای پودر چوب، یعنی نسبت ابعاد و چگالی ظاهری با پیشبینی حداقل مربعات جزئی متعامد به ساختارهای نهفته (OPLS) و تحلیل تفکیک حداقل مربعات جزئی متعامد (OPLS-DA) با استفاده از نرمافزار SIMCA 16 (Umetrics، اومئو، سوئد). قبل از ساخت مدل فاکتورهای شکل، PSD به دلیل داشتن آمار ضعیف فراتر از محدوده (پیشنهاد کارشناس Microtrac RETSCH GMBH) به 50 تا 500 میکرومتر محدود بود. تمام دادهها متعاقباً بهطور میانگین در مرکز قرار گرفتند و تا واریانس برابر مقیاسبندی شدند (مقیاسگذاری UV در SIMCA مشخص میشود). در مدلسازی زیر، دادههای تحلیل تصویر (نسبت ابعاد) در یک ماتریس (X) قرار گرفت و پاسخهای اندازهگیریشده، یعنی چگالی ظاهری پودر، در یک ماتریس (Y) مرتب شدند. همچنین مشاهدات بر اساس رطوبت اولیه چوب به دو گروه (با کلاس 1 و 2) تقسیم شدند. تجزیه و تحلیل مولفه اصلی اولیه (PCA) بر روی هر مجموعه داده خاص (X) برای ارزیابی روندها و الگوهای کلی در داده ها و تشخیص موارد دور از دسترس انجام شد. اعتبارسنجی متقاطع (پرده های ونیز) برای ارزیابی کالیبراسیون (OPLS) و مدل های متمایز (OPLS-DA) با تشخیص زیر استفاده شد. R2 (ضریب تعیین، توصیف مقدار تغییرات توضیح داده شده در X)، Q2 (ضریب تعیین چندگانه، توصیف مقدار تغییرات در زیر مجموعههای اعتبار متقابل پیشبینیشده توسط مدل) و RMSECV (ریشه میانگین مربعات خطا با استفاده از اعتبارسنجی متقابل). با استفاده از هفت گروه اعتبارسنجی متقاطع و تعداد تکرار مشابه).
توزیع اندازه ذرات
توزیع اندازه ذرات پودرهای MBSM و پودر آسیاب چکشی در شکل 2 ارائه شده است. پیک توزیع های MBSM در محدوده 30 تا 300 میکرومتر رخ می دهد. بزرگی پیک ها برای پودرهای MBSM بسیار بیشتر و به طور قابل ملاحظه ای باریک تر از پودر آسیاب چکشی است که نشان دهنده پودرهای بسیار ریزتر است. درصد حجم تجمعی (گراف درج) ذرات <0.5 میلی متر در پودرهای MBSM بسیار بالاتر بود. 68.4 تا 87.5 درصد برای MBSM در مقابل 48.2 درصد برای آسیاب چکشی. به عبارت دیگر، تقریباً دو برابر ذرات ریزتر در پودرهای MBSM وجود داشت. ذرات بیش از 1.0 میلی متر برای پودرهای MBSM فقط 5 تا 18 درصد بسته به تنظیمات آسیاب و رطوبت چوب بود.
تاریخ انتشار: 1403/03/29
پر فروش ترین محصولات پوشال آیدین


