Characterization of Chemical Composition and Thermal Behavior of Biomass Originated from Tobacco Industry

The chemical compositions, cell wall biopolymers and non-isothermal behavior of the stem biomass of Nicotiana Tabacum originated from tobacco industry were investigated in depth. On a weight basis, the contents of total ash and total sugar are 19.1% and 20.7% respectively. Lignin content was around 3% of tobacco stem biomass while pectin was over 7%. The holo-cellulose content in cell wall biopolymer was around 13% and the $\alpha$-cellulose constitutes 60% of the total holo-cellulose. The thermal behavior of stem biomass showed different patterns depending on either inert (nitrogen) or oxidizing (air) atmospheric condition. In the air atmosphere, the rapid thermal decompositions at around $473^{\circ}C$ and $581^{\circ}C$ were recorded as the peaks in DTG curve, while the peaks were not shown in the nitrogen atmosphere condition. The thermal analysis of the freeze dried soluble obtained from hot water extraction of tobacco stem biomass showed that the rapid thermal decomposition at around $581^{\circ}C$ in the air atmosphere was due to the residual char originated from the soluble fraction. The distinct difference in thermal decomposition between hemicellulose and cellulose were easily found in the DTG curve obtained in the nitrogen atmosphere.

담배산업유래 바이오매스의 화학성분 및 열분해 특성 평가

본 연구에서는 잎담배처리공정 및 궐련제조공정에서 분리되어 배출되는 바이오매스 중에서 가장 많은 양을 차지하는 황색종 주맥 바이오매스의 화학성분, 세포벽 물질 조성 및 비등온 조건에서의 열분해 특성에 대해 분석평가 하였다. 주맥 바이오매스에는 전건시료 기준으로 조회분이 19.1%, 전당성분은 20.7%로 다량 함유되어 있었고, 무기원소 중에는 칼륨이 3.8%, 개별당 중에는 fructose 함량이 6.2%로 가장 많은 것으로 분석되었다. 세포벽 성분 중 리그닌 함량은 3%로 낮았지만 펙틴의 함량은 7%로 높았으며, 홀로셀룰로오스는 전체의 13% 정도를 차지하였고, 이중 $\alpha$-셀룰로오스의 함량은 약 60%, 나머지는 $\beta$와 $\gamma$-셀룰로오스로 나타났다. 공기기체 조건과 질소기체 조건에서 황색종 주맥의 열분해 특성은 서로 다르게 나타났는데, 특히 산소가 존재하는 공기기체 조건에서는 $473^{\circ}C$와 $581^{\circ}C$ 온도에서 질소기체 조건에서는 나타나지 않는 열감량 피크들이 DTG 곡선에서 나타났으며, 이 중 $581^{\circ}C$ 온도에서의 피크는 열수추출하여 용해성분을 제거한 주맥의 열분해 시에는 발생하지 않았다. 분리된 용해성 성분을 냉동건조 시킨 후 열감량 분석을 실시한 결과 이 피크가 용해성 성분에서 기인된 것임을 확인할 수 있었다. 주맥 바이오매스의 헤미셀룰로오스와 셀룰로오스 열분해 특성차이는 질소기체 조건에서 더욱 확실하게 구별되어 나타나는 것을 확인할 수 있었다.