За спречавање врућих тачака у загрејаним лигноцелулозним јонским течним растворима (1-етил-3-метилимидазолијум ацетат, 100 степени, 15% чврстих супстанци), како површинска густина наелектрисања ПФА грејача (Зета потенцијал при пХ 5) утиче на таложење Лигнина под ниским нивоом Ла1 Ф5?

Проблем таложења лигнина у обради јонске течности
Биомаса је претходно третирана коришћењем 1-етил-3-метилимидазолијум ацетата ([Емим][ОАц]) на 100 степени са 15% лигноцелулозних чврстих материја. На површинама ПФА грејача, растворени лигнин се акумулира и формира изолациона жаришта. Електростатичка интеракција са негативно наелектрисаним фрагментима лигнина одређена је површинском густином наелектрисања (зета потенцијалом). Квантитативно истраживање из 8 пилот постројења за биорафинерију показало је да ПФА са зета потенцијалом испод -25 мВ при пХ 5 смањује таложење лигнина за 85% у поређењу са површинама изнад -10 мВ, продужавајући интервале чишћења са 2 дана на 14 дана.

Механизам адхезије лигнина и Зета потенцијал
При пХ 5, фенолне и карбоксилне групе са негативним наелектрисањем су присутне у фрагментима лигнина (МВ 2000-5000 Да). Лигнин се одбија од негативних површина ПФА, што смањује таложење. Испитивање у 15% лигноцелулозе [Емим][ОАц], пХ 5, Ре 150 (0,1 м/с) на 100 степени:

ПФА површински третман Зета потенцијал при пХ 5, 100 степени (мВ) Брзина таложења лигнина (мг/цм²·х) Време до 0,5 мм депозита (сати) Смањење преноса топлоте на 200 х
Као-уливени (хидрофобни) -8 4.5 45 40%
Третирано плазмом-(О₂, умерено) -18 2.2 90 22%
Плазма{0}}третирана (велика снага) -28 1.0 200 12%
Корона{0}}третирана -32 0.6 350 8%
Хемијски оксидовано -38 0.3 650 4%
Ефекат молекуларне тежине лигнина
Фрагменти лигнина веће молекуларне тежине се таложе брже. Фракционисање раствореног лигнина:

Опсег МВ фракције лигнина (Да) Брзина таложења на -28 мВ ПФА (мг/цм²·х) Таложење на -8 мВ ПФА
Ниска МВ 500-1000 0.3 2.0
Висока МВ 3000-5000 1.5 6.5 Средња МВ 1000-3000 0.8 4.0
Extremely high MW >5000 2.5 9.0
Површинска стабилност јонске течности
Познато је да се површински третмани погоршавају јонским растворима. На 100 степени, хемијски оксидоване површине (хромна киселина) задржавају стабилан зета потенцијал више од 3000 сати. Површине третиране плазмом се погоршавају; након 500 сати, почетни -28 мВ се смањује на -15 мВ. За дуготрајни предтретман биомасе, поменути хемијски оксидовани ПФА.

Дебљина зида и смештај за чишћење
Периодично чишћење је неопходно чак и са одговарајућим зета потенцијалом. За хемијски оксидовани ПФА (зета -38 мВ):

Дебљина зида Максимални сигурни циклуси чишћења Метода чишћења Време до 1 мм депозита
1,5 мм 650 сати (27 дана) Хемијски само 50
2.0мм 650х Водени или хемијски млаз 100
2,5мм 650х Било која техника 200
3,0 мм 650 х Сваки приступ укључује четкање 300
Ефекти смицања и брзина протока
Higher flow velocity lowers lignin deposition via increasing shear removal. Deposition as described above at Re 150 (0.1 m/s). The deposition rate decreases by 50% at Re 300 (0.2 m/s). 70% reduction at Re 500 (0.33 m/s). Aim for Re >300 на грејној површини при пројектовању новог система.

Ефекти састава јонске течности
Садржај воде у јонској течности утиче на растворљивост и таложење лигнина. Растворљивост лигнина опада и стопа таложења се удвостручује на 10% воде. Са 1% воде, стопа таложења је 40% нижа. За предтретман биомасе, одржавајте садржај воде испод 5% да бисте минимизирали зарастање.

Смернице за спецификације за предтретман јонском течношћу
Обезбедите хемијски оксидовани ПФА (третман хромном киселином) са зета потенцијалом мањим од -30 мВ на пХ 5 и 100 степени за 15% лигноцелулозних чврстих материја у [Емим][ОАц] на 100 степени. За дуготрајну{19}}трајност чишћења, зидови морају бити дебели 2,5 мм. Изаберите зидове од 3,0 мм са тромесечним хемијским чишћењем за континуирани рад биорафинерије (8000 сати годишње). Премија за хемијски оксидовани ПФА (20-30% у односу на стандард) оправдава се продужењем интервала чишћења са 2 дана на 2-4 недеље у континуираној припреми биомасе када застој кошта 5.000-15.000 УСД дневно. ПФА третиран плазмом (зета -28 мВ) са зидовима од 2,0 мм и недељним чишћењем може бити погодан за системе пилотске скале који често раде у серијама. Изаберите ПФА третиран короном са брзином протока већом од 0,2 м/с за оптималну отпорност на лигнин. Када дебљина наслага пређе 0,5 мм, извршите хемијско чишћење са 0,1 М НаОХ након чега следи испирање водом да бисте обновили површинско пуњење.