فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

بیان مساله و اهداف: با توجه به بحران جهانی انرژی، ناپایداری بازار سوخت‌های فسیلی و افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی، بهره‌گیری از منابع زیست‌توده‌ای برای تولید انرژی، به‌ویژه سوخت‌های مایع زیستی، اهمیت فزاینده‌ای یافته است. لیگنین به‌عنوان یکی از مهم‌ترین اجزای لیگنوسلولزی، علی‌رغم ارزش حرارتی بالا، به دلیل ساختار پیچیده آروماتیک و محتوای بالای اکسیژن، در فرآیندهای حرارتی مانند پیرولیز چالش‌برانگیز است. سوخت حاصل از پیرولیز ساده لیگنین، معمولاً دارای پایداری پایین، اسیدیته زیاد، چگالی انرژی محدود و ناسازگار با زیرساخت‌های سوختی فعلی است. راهکار پیشنهادی برای بهبود این محدودیت‌ها، استفاده از کاتالیزورهای ناهمگن در فرآیند پیرولیز است که می‌تواند مسیرهای واکنش را به سمت تولید ترکیبات باارزش‌تر و پایداری بیشتر هدایت کند. این پژوهش با هدف بررسی نقش انواع کاتالیزورهای ناهمگن معدنی و فلزی در ارتقاء کیفیت نفت زیستی حاصل از پیرولیز سریع لیگنین کرافت طراحی و اجرا شد.مواد و روشها: ماده اولیه این تحقیق، لیگنین کرافت استخراج‌شده از مایع پخت سیاه صنایع خمیر و کاغذ کشور بود که پس از خشک‌سازی با اسپری درایر به پودر یکنواخت تبدیل شد. پیرولیز سریع در یک راکتور بستر سیال با بدنه فولادی و المنت گرمایشی داخلی، در دمای 600 درجه سلسیوس و تحت جریان گاز نیتروژن با دبی 660 لیتر در ساعت انجام شد. بیو اویل حاصل در مرحله دوم، به‌منظور ارتقاء کیفی، در یک راکتور بسته جداگانه در دمای 300 درجه سلسیوس و به مدت ۳۰ دقیقه در حضور یکی از چهار کاتالیزور سپیولیت، مونت‌موریلونیت، بازولیت ۱۲۰۰ و کربن-پالادیوم تیمار شد. برای ارزیابی جامع خواص محصولات، از آنالیز عنصری (CHNO)، آزمون تعیین ارزش حرارتی (HHV)، طیف‌سنجی جرمی کروماتوگرافی گازی (GC-MS) و تحلیل گرماوزنی (TGA) استفاده گردید.نتایج: آنالیز عنصری نشان داد که نمونه‌های کاتالیزوری به‌طور معنی‌داری نسبت به نمونه شاهد، دارای درصد بالاتر کربن و کمتر اکسیژن بودند که به بهبود ارزش حرارتی منجر شد. نمونه حاوی بازولیت ۱۲۰۰، بیشترین مقدار HHV برابر MJ/kg 02/31 را ثبت کرد. کاتالیزور سپیولیت با تولید ترکیبات فنولی متنوعی مانند فنول، متیل‌فنول، کروزول و مشتقات آلکیله، بازده فنولی بالایی برابر با 99/58٪ داشت که نشان‌دهنده هدایت موثر مسیرهای واکنش به سمت تولید ترکیبات ارزشمند است. همچنین، GC-MS ترکیبات سبک‌تر، فرارتر و با اسیدیته کمتر را در محصولات کاتالیزوری شناسایی کرد. به‌طور خاص، کربن-پالادیوم با ساختار متخلخل و حضور فلز پالادیوم، باعث تولید آروماتیک‌های سبک مانند استایرن، نفتالین و ایندن شد که برای سوخت‌های سریع‌الاحتراق بسیار مطلوب هستند. آنالیز TGA نیز نشان داد که سوخت‌های اصلاح‌شده دارای رفتار گرمایی پایدارتر، کاهش یکنواخت‌تر وزن و باقی‌مانده کربنی کمتری (حدود 10–15%) بودند که در مقایسه با باقی‌مانده 20 درصدی لیگنین خام، عملکرد بهتری داشتند. نتیجه­ گیری: نتایج این پژوهش به‌طور روشن نشان داد که استفاده از کاتالیزورهای ناهمگن در فرآیند پیرولیز سریع لیگنین می‌تواند به‌صورت معناداری ساختار شیمیایی، ارزش حرارتی، پایداری و کیفیت کلی نفت زیستی را ارتقاء بخشد. کاتالیزور سپیولیت به دلیل بازده بالا در تولید فنول‌ها و کاهش ترکیبات ناخواسته، به‌عنوان مؤثرترین گزینه شناخته شد. همچنین بازولیت ۱۲۰۰ با بیشترین افزایش در محتوای کربن و کاهش اکسیژن، بهترین عملکرد را در ارتقاء ارزش حرارتی ارائه کرد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که طراحی هدفمند ترکیب و ساختار کاتالیزور، نقش کلیدی در بهینه‌سازی مسیر پیرولیز و تولید سوخت‌های زیستی با کیفیت بالا ایفا می‌کند. بهره‌برداری از این رویکرد، امکان استفاده مؤثر از پسماندهای لیگنوسلولزی را فراهم ساخته و گامی در راستای توسعه پایدار، اقتصاد چرخشی و امنیت انرژی به شمار می‌رود.