Hydrothermal carbonization of glucose in saline solution: sequestration of nutrients on carbonaceous materials

Reza, M. Toufiq; Nover, Jessica; Wirth, Benjamin; Coronella, Charles J.

doi:10.3934/energy.2016.1.173

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“…Ekpo et al (2016) demonstrated that increasing temperature, highest levels of Ca and Mg in the hydrochar were obtained with the addition of NaOH, formic acid and acetic acid in the HTC of swine manure. Results presented by Reza et al (2016) from the HTC of glucose in a saline medium corroborated with the previous study showing increased nutrient concentrations (N, Fe and P) in hydrochars produced at higher temperatures. In recent work done by our research group, the effect of reaction time, temperature and the presence of phosphoric acid on phosphorus incorporation in hydrochar produced by the HTC of vinasse and bagasse mixture was evaluated (Melo et al, 2016).…”

Section: Introductionsupporting

confidence: 90%

“…Phosphorus immobilization has also been observed in the HTC of animal manure and attributed to the presence of metal cations such as aluminum, calcium, magnesium and iron, which led to the formation of insoluble phosphates such as Ca 3 (PO 4 ) 2 and Mg 3 (-PO 4 ) 2 in the hydrochar (Heilmann et al, 2014). Reza et al (2016) reported the immobilization of phosphorus in the hydrochar when glucose was hydrothermally carbonized in the presence of NH 4 H 2 -PO 4 , and suggested that phosphorus is chemo-adsorbed on the surface of the hydrochar. In this work, the phosphorus was probably immobilized in the hydrochar due to the formation of precipitates.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…HTC is considered to be an ecofriendly process, since it employs aqueous media, moderate temperatures (150-350°C) and self-generated pressure, and produces a solid material called hydrochar (Kruse et al, 2013). Some authors have estimated the effect of the reaction medium at different temperatures and for different times, varying the pH and using additives, on the incorporation and recovery of nutrients from the HTC using different biomasses (Dai et al, 2015;Ekpo et al, 2016;Reza et al, 2016;Smith and Ross, 2016). Ekpo et al (2016) demonstrated that increasing temperature, highest levels of Ca and Mg in the hydrochar were obtained with the addition of NaOH, formic acid and acetic acid in the HTC of swine manure.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Effect of the reaction medium on the immobilization of nutrients in hydrochars obtained using sugarcane industry residues

Silva

Melo

Soares

et al. 2017

Bioresource Technology

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In this study, nutrients were immobilized on the hydrochars obtained by hydrothermal carbonization (HTC) of a vinasse and sugarcane bagasse mixture, in the presence of acid, base and salt additives at temperatures of 150, 190 and 230°C. The increase in temperature caused higher immobilization of Ca, Mg, K, N, Cu, Mn, Zn, B, P and Fe in all hydrochars produced. HPO and NaOH immobilized higher amounts of P, Mg and Mn, while Ca was immobilized in higher quantities in the presence of HPO and (NH)SO. The addition of HSO, HPO and (NH)SO was responsible for an increased immobilization of P, N, Ca, Mg and K. The immobilization of B, not present in the starting raw material, was possible with the addition of HBO. The results showed that it is possible to alter the reaction medium to immobilize nutrients on hydrochars produced from vinasse and sugarcane bagasse, for agricultural applications.

show abstract

Section: Introductionsupporting

confidence: 90%

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Effect of the reaction medium on the immobilization of nutrients in hydrochars obtained using sugarcane industry residues

Silva

Melo

Soares

et al. 2017

Bioresource Technology

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“…Figure 2 shows the FTIR spectra for Cs, Cs-SO 3 H and Cs-PhSO 3 H catalysts. All of them show a band around 1590 cm −1 , which can be attributed to the stretching of the C=C bonds formed as a consequence of the carbonization process (Zong et al 2007;Toufiq Reza et al 2016). Besides, a broad band located at 3440 cm −1 is found, which is associated with the -OH stretching mode.…”

Section: Catalyst Characterizationmentioning

confidence: 95%

Acid functionalized carbons as catalyst for glycerol etherification with benzyl alcohol

Chiosso

Lick

Casella

et al. 2020

Braz. J. Chem. Eng.

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In this paper, the catalytic behaviour of two different carbonaceous systems, commercial carbon (Cc) and synthetic carbon (Cs) functionalized with concentrated sulfuric acid (-SO 3 H) and with reduced aryl diazonium salt (-PhSO 3 H), was studied in the etherification of glycerol (Gly) with benzyl alcohol (BA). The catalytic activity and selectivity were studied varying the catalyst percentage (5, 10 and 15 wt%) and the initial reactant mass ratio. Taking into account the results obtained, the experimental conditions selected to continue with the catalytic studies were: temperature 393 K, Gly:BA molar ratio 3:1 and a catalyst loading of 10 wt%. Mono-and diethers were the main products. For the Cc-based catalysts, higher conversion (66%) and selectivity (90%) were obtained with the most acidic system, Cc-PhSO 3 H. Changing the carbon functionalization method (-PhSO 3 H for -SO 3 H groups) produced a considerable increase in glycerol conversion (from 23 to 66%) and in selectivity to ME + DE (from 62 to 90%). On the other hand, for both Cs-based systems a great increase in performance was obtained, about 95% conversion after 360 min of reaction. Monoether was the major product of the reaction with a selectivity of 79% for Cs-SO 3 H and 87% for Cs-PhSO 3 H, which was maintained with reuse.

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“…La Figura V.13 muestra los espectros FTIR para los catalizadores Cst, Cst-SO3H y Cst-PhSO3H. Todos ellos presentan una banda alrededor de 1590 cm -1 que puede atribuirse al estiramiento de los enlaces C=C formados como consecuencia del proceso de carbonización (Reza, Nover, Wirth, & Coronella, 2016). También se evidencia una banda ancha ubicada a 3440 cm -1 , que está asociada con el modo de estiramiento -OH.…”

Section: V23 Espectroscopía De Absorción En El Infrarrojounclassified

Desarrollo de catalizadores sólidos ácidos para la eterificación de glicerol obtenido en la producción de biodiésel

Chiosso¹

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En el presente trabajo de tesis se estudió el aprovechamiento de glicerol mediante la reacción de eterificación, utilizando sólidos ácidos como catalizadores heterogéneos. En los últimos años, el incremento de la demanda de energía y la necesidad de sustituir los combustibles fósiles por fuentes de energía renovables ha impulsado la producción del biodiésel. Este biocarburante se obtiene mediante transesterificación generando una mezcla de ésteres metílicos y glicerol como principal subproducto. Argentina se ha convertido en uno de los mayores productores de biodiésel a nivel mundial, con lo cual, cuenta con una importante sobreoferta de glicerol en el mercado interno. La alta disponibilidad de este compuesto y la combinación de sus propiedades físicas y químicas lo convierten en un bloque de construcción interesante para desarrollar productos de mayor valor agregado y de esta manera contribuir a la sustentabilidad de la producción del biodiésel. Este trabajo de tesis se ordena en ocho capítulos y dos anexos. Se inicia el Capítulo I realizando un recorrido desde las principales razones que impulsan el desarrollo de energías renovables, hasta la producción del biodiésel en particular, con los comportamientos que tiene su producción y comercialización a nivel mundial y local. Esto permite entender mejor la creciente oferta del glicerol y la importancia de trabajar en el desarrollo de nuevas formas de aprovechamiento. En el Capítulo II se aborda al glicerol desde un enfoque químico, para comprender sus características y potencialidades en las reacciones de valorización, se puntualiza en la eterificación, haciendo una revisión bibliográfica de esta reacción con diferentes catalizadores ácidos, principalmente heterogéneos, y luego la posibilidad de utilizar carbón como soporte catalítico. En el Capítulo III se detallan los procedimientos experimentales empleados en la preparación y caracterización fisicoquímica de los catalizadores, se enumeran los reactivos y equipos empleados, y el desarrollo experimental seguido en cada ensayo catalítico. Los siguientes capítulos se refieren a la presentación y discusión de resultados de caracterización de materiales ácidos en conjunto con su actividad y/o selectividad catalítica. En el Capítulo IV se presentan los resultados alcanzados en la determinación de las condiciones operativas óptimas para estudiar la reacción de valorización de glicerol. Las conclusiones obtenidas en este apartado permitieron realizar los análisis de los diferentes materiales carbonosos funcionalizados con grupos ácidos (Capítulo V) para determinar que método de síntesis resultara el más adecuado para conseguir un material con adecuadas características y desempeño en la eterificación de glicerol. Este material sirvió de referencia para estudiar en el Capítulo VI la actividad de un carbón ácido obtenido mediante co-síntesis. En este mismo capítulo se proyecta la aplicación de este catalizador en la eterificación de glicerol crudo con alcohol bencílico, proveniente de una planta productora de biodiésel (Biobin S.A.). Posteriormente, en el Capítulo VII se presentan los resultados que se obtuvieron con otros sistemas ácidos y en la reacción de eterificación de glicerol con otros alcoholes. Finalmente, el Capítulo VIII resume las conclusiones parciales obtenidas en cada etapa de este trabajo de investigación y resalta el material catalítico que permitió arribar con éxito al principal objetivo de esta tesis. También se presentan las perspectivas a fututo para continuar la investigación en el tema. En los anexos se mencionan los fundamentos teóricos de las técnicas de caracterizaciones fisicoquímicas y los métodos analíticos utilizados en la identificación de los productos y seguimiento del avance de reacción.

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Hydrothermal carbonization of glucose in saline solution: sequestration of nutrients on carbonaceous materials

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Acid functionalized carbons as catalyst for glycerol etherification with benzyl alcohol

Desarrollo de catalizadores sólidos ácidos para la eterificación de glicerol obtenido en la producción de biodiésel

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