Upload
dobao
View
218
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Wybrane aspekty badań spektroskopowych drewna upłynnionego
i surowca drzewnego poddanego upłynnieniu
Dominika Janiszewska, Anna Sandak, Jakub Sandak,
Iwona Frąckowiak, Karolina Mytko
Instytut Technologii Drewna
Zakład Tworzyw Drzewnych i Kompozytów Lignocelulozowych
XXX Międzynarodowa Konferencja Naukowa:
WYDZIAŁU TECHNOLOGII DREWNA SGGW W WARSZAWIE
„DREWNO-MATERIAŁ XXI WIEKU“
Rogów, 15 listopada 2016 r.
CEL PRACY
ocena możliwości zastosowania
spektroskopii bliskiej podczerwieni w badaniach
nad upłynnianiem drewna oraz zbadanie wpływu surowca
drzewnego poddanego upłynnieniu
na skład chemiczny upłynnionego drewna
MATERIAŁY
pył drzewny mieszany
kora
trociny sosnowe
trociny bukowe
Upłynnione drewno
METODYKA
Charakterystyka surowca drzewnego/ITD
skład frakcyjny wilgotność pojemność buforowa pH gęstość nasypowa zawartość formaldehydu
Upłynnianie surowca drzewnego/ITD
według metodyki opisanej przez Autorów*
Badania spektroskopowe/CNR-IVALSA
spektrofotometr Vektor 22-N (firmy Bruker Optics GmBH)
zakres spektralny 4000-12000 cm-1 (780-2500 nm) standardowa rozdzielczość 8 cm-1 każdy pomiar jest uśrednieniem 32 skanów (~ 30 sekund) 5 pomiarów dla każdej próbki
Przygotowanie widm NIR i analiza danych
wyliczanie drugiej pochodnej według algorytmu Savitzky-Golay i normalizacja widm analiza głównych składowych (PCA)
* Janiszewska D., Frąckowiak I., Mytko K. 2016: Exploitation of liquefied wood waste for binding recycled wood particleboards
Holzforschung, DOI 10.1515/hf-2016-0043
Skład frakcyjny
pył/kora
Skład frakcyjny
trociny sosnowe/bukowe
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
0,800 0,500 0,400 0,315 0,250 0,125 0,080 <0,08
Perc
en
tag
e o
f m
ass
[%
]
Mesh diameter [mm]
wood powder bark
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
8,00 4,00 2,00 1,00 0,50 0,25 <0,25 P
erc
en
tag
e o
f m
ass
[%
]
Mesh diameter [mm]
pine beech
Frakcja poddana upłynnieniu: 0,5<0,25 mm
Pojemność buforowa
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
bark pine beech wood powder
Alk
ali
ne
bu
ffe
r c
ap
ac
ity
[m
mo
l H
2S
O4
/10
0 g
z.s
.m.]
Type of waste
20°C 100°C
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
bark pine beech wood powder
Acid
bu
ffer
cap
acit
y
[mm
ol N
aO
H/1
00 g
z.s
.m.]
Type of waste
20°C 100°C
Wpływ rodzaju odpadu
na pojemność buforową
zasadową
Wpływ rodzaju odpadu
na pojemność buforową
kwasową
Frąckowiak I. (2005): ,,Wpływ zmian zachodzących podczas składowania trocin sosnowych
na właściwości płyt wytwarzanych z ich zastosowaniem’’, Drewno, 173 (48), 81
Tested
property
Measurement
unit
Type of raw material
bark pine sawdust beech sawdust wood powder
Bulk density kg/m3
218 57 62 96
Formaldehyde
content
mg/100 g
total dry mass
0.3 0.7 0.3 0.7
pH, tested in
20°C
-
3.7 4.3 4.7 4.3
Moisture
content
% 8.6 6.5 8.7 4.1
Charakterystyka surowca poddanego upłynnianiu
brak skomplikowanej procedury przygotowania próbek
niedestrukcyjność
stosunkowo szybki pomiar
możliwość detekcji wielu składników jednocześnie
wysoka precyzja pomiaru
bezpośredniość, niski koszt
skomplikowana interpretacja otrzymywanych widm
konieczność zastosowania zaawansowanych metod statystycznych do analizy danych
Zastosowanie FT-NIR w technologii drewna
badanie składu chemicznego drewna (celuloza, lignina, substancje ekstrakcyjne)
badanie fizycznych i anatomicznych właściwości drewna (gęstość, wilgotność, kąt mikrofibryl, długość cewek)
charakterystyka właściwości mechanicznych (wytrzymałość na ściskanie, zginanie, rozciąganie)
określanie i monitorowanie innych właściwości drewna (degradacja, termiczna i chemiczna modyfikacja)
zastosowanie w przemyśle papierniczym (gramatura, grubość, wilgotność, liczba Kappa)
NIR: dane źródłowe
Liczba falowa cm-1
absorb
ancja
2°
pochona a
bsorb
ancji
Widma NIR surowca drzewnego
Widma NIR upłynnionego drewna
Analiza głównych składowych (PCA)
Używana w celu zróżnicowania wysoce skorelowanych danych, zredukowania wielkowymiarowej macierzy danych do kilku głównych składowych;
pozwala na odseparowanie danych i ich podział na grupy o szczególnych podobieństwach.
x PC1
trociny bukowe trociny sosnowe kora pył drzewny
Liquefied wood products Raw materials
surowiec drzewny upłynnione drewno
PCA /Principal Component Analysis/ - wyniki
1. Skład frakcyjny i właściwości fizykochemiczne surowca takie jak: gęstość nasypowa, pojemność
buforowa, zawartość formaldehydu związane są z rodzajem odpadu poddawanego upłynnieniu.
2. Surowce drzewne przed upłynnieniem są łatwo rozróżnialne pod względem spektroskopowym,
natomiast po upłynnieniu ich skład chemiczny staje się bardziej zbliżony.
3. Ze wstępnych badań wynika, że typ materiału poddawanego upłynnianiu nie jest ograniczeniem
do przeprowadzenia procesu.
4. Obecnie prowadzone są badania mające na celu ocenę wpływu upłynnionego drewna
na właściwości płyt wiórowych wytworzonych z jego udziałem.
5. Testowany jest również nowy przenośny sensor (MicroNIR), pozwalający na pomiar bezpośrednio
na liniach produkcyjnych i umożliwiający w efekcie kontrolę produktów on-line.
PODSUMOWANIE
Dziękuję za uwagę
The research was carried out within the statutory project ST-2-BMD/2015/K: ,,Application of liquefied wood in wood-
based materials technology. Part 3. The use of liquefied lignocellulosic wastes as a binder for particleboards’’.
Part of the work was conducted within the STSM funded by COST Action FP1306 (LIGNOVAL) and BIO4ever
(RBSI14Y7Y4) project funded within a call SIR (Scientific Independence of Young Researchers) by MIUR.
Dominika Janiszewska
Instytut Technologii Drewna
Zakład Tworzyw Drzewnych
i Kompozytów Lignocelulozowych
Tel.: +48 61 8492452