Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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no.2
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pp.53-61
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2023
Most of the sewage sludge is organic waste containing a large amount of organic substances decomposable by microorganisms by biological treatment. As for existing sewage sludge treatment methods, reduction and fuel conversion are being carried out using technologies such as drying, incineration, torrefaction, carbonization. However, the disadvantage of high energy consumption has been pointed out as latent heat of 539 kcal/kg is consumed based on drying. Therefore, in this study, we intend to produce solid fuel through hydrothermal carbonization(HTC), which is a thermochemical treatment. To evaluate the value of solid fuel, the characteristics of carbonization and fuel ratio were analyzed. As a result, as the hydrothermal carbonization reaction temperature increased, the lower heating value also increased by about 500 kcal/kg due to the increase in the degree of carbonization. H/C, O/C, ratio showed a decreasing trend from 1.78, 0.46 to 1.57, 0.32. When the ratio of ash to combustible content (fixed carbon + volatile) of dry sludge was 0.25 or more, it was derived that the degree of carbonization and calorific value did not increase even when hydrothermal carbonization was performed.
This study was carried out to evaluate the correlations among degree of carbonization, chemical components and chromatic characteristics, and to establish the criterion of carbonizaion in leaf tobacco during aging storage. The flue-cured (B2O) and burley (B2T) leaf tobaccos were redried with conventional practices for each other type, and moisture contents of leaf tobaccos were adjusted to 13, 15, 17 and 19% after redrying. The leaf tobaccos were packed in carton box and stored for 8 months in the controlled-environment rooms($35^{\circ}C$, 65% R.H. and $40^{\circ}C$, 80% R.H.). Degree of carbonization, chemical components, and chromatic characteristics(L ; black-white, a ; red to green, b ; yellow to blue) were invetigated every month. Carbonization Index (C.I.) was established as (equation omitted) in accordance with degree of carbonization in two types. The C.I. value of flue-cured leaf(56.5) for slight carbonization was higher than that of burley leaf(48.0). C.I. and rate of usable leaf, L and b were positively correlated in two types. C.I. was significantly shown positive correlation with pH in two types. The correlations between the predicted and the observed values of slight carbonizating times(month after storage) using C.I. and pH were positive significant in two types. The results suggest that cabonization index may be useful to forecast and prevent the carbonization, and pH may be useful to estimate cabonization indirectly for flue-cured and burley leaves during aging storage.
It is well known that the fabrication process of carbon/carbon composites is very complex. Above all, the carbonization process have major effect on the morphology development of carbon matrix. Carbon/carbon composites of 4-directional fiber preform were fabricated using the coal tar based pitch as a matrix precursor in this study. According to carbonization pressure of 1 bar, 100 bar, 600 bar, and 900 bar, morphological changes of cokes and matrix of composites were discussed. As the carbonization pressure increased to 600 bar, the flow pattern morphology of bulk mesophse was well developed. On the contrary, mosaic pattern morphology was found in case of 900 bar of carbonization pressure. It is confirmed that the carbonization pressure have profound effect on the degree of graphitization and crystal size of carbon matrix. Even in the highly densified carbon/carbon composites, large voids were still found in the matrix pocket region.
This study was carried out to investigate the influences of environmental condition in storage room, moisture content and packing weight of leaf on the carbonization of processed flue-cured leaf tobacco, and find out a regression model able to pre-estimate the degree of carbonization. The influence of temperature and humidity in storage room on the carbonization was high,, while that of packing weight was relatively low, However, high moisture content and packing weight of leaf accelerated the carbonization under the high temperature and humidity condition. Thus the leaf tobacco under the condition of 4$0^{\circ}C$, 7$0^{\circ}C$ R.H. in storage room, 16% moisture content and 286 kg/box of packing weight could be carbonized within one month. The pH, total sugar content, lightness(L) and yellowness(b) of leaf were closely related to carbonization of leaf during storage. There were significant regression and yellowness of leaf. It is considered that the certification and/or pre-estimation of carbonization during storage may be possible by applying the regression equation.
Characteristics of charcoals manufactured in each temperature as 400, 600 800, 1,000 and $1,200^{\circ}C$ were examined. Sapwood and heartwood of Quercus variabilis that one of major species in charcoal materials were used for this experiment. Charcoal density was decreased highly 38-60% compared with wood density and density of sapwood was slightly decreased but heartwood was not changed with increasing carbonization temperature increase. Weight loss of sapwood and heartwood charcoal increased as carbonization temperature increases, and there is no difference between sapwood and heartwood charcoal. Refining degree of sapwood and heartwood charcoal was zero in charring over $800^{\circ}C$. Moisture and ash of sapwood and heartwood charcoal in each carbonization temperature were not differed between sapwood and heartwood. Volatile of sapwood charcoal was slightly higher than that of heartwood, and decreased as carbonization temperature increases. As the carbonization temperature increased, fixed carbon of sapwood and heartwood charcoal increased. Calorific values of charcoal prepared at $600^{\circ}C$ were 7,200-7,300 cal/g and then decreased slightly as carbonization temperature increased.
In this paper, we investigated the carbonization characteristics of lignin hydrochar prepared by hydrothermal carbonization and established a model for predicting the carbonization degree using near-infrared spectroscopy and partial least squares regression. The carbon content of the hydrothermally carbonized lignin at the temperature of 200 ℃ was higher by approximately 3 wt% than that of the untreated sample, and the carbon content tended to gradually increase as the heating time increased. Hydrothermal carbonization made lignin more carbon-intensive and more homogeneous by eliminating the microparticles. The discriminant and predictive models using near-infrared spectroscopy and partial least squares regression approppriately determined whether hydrothermal carbonization has been applied and predicted the carbon content of hydrothermal carbonized lignin with high accuracy. In this study, we confirmed that we can quickly and nondestructively predict the carbonization characteristics of lignin hydrochar manufactured by hydrothermal carbonization using a partial least squares regression model combined with near-infrared spectroscopy.
Pitch-based carbon fiber tows were prepared from naphtha cracking bottom oil by reforming and carbonization. The relationship between exothermic heat and carbon contents of the fiber was investigated by changing the carbonization conditions. The carbon contents and the crystallinities of isotropic pitch-based carbon fibers were 86.8~93.8 wt% and 33.7~40.1%, respectively, which were linearly proportional to the increase of carbonization temperature from 700 to $1000^{\circ}C$. The exothermic heat (temperature increase) of fiber tows was measured in a short time, which was also linearly proportional to the increase of carbon contents due to the increase of crystallinity, even though the crystallinity was low. Therefore, the carbon contents or carbonization degree of fibers can rapidly and indirectly be estimated by measuring the surface temperature increase of fibers.
Lignin can be a valuable natural chemical resource. Structurally, lignin is a three-dimensional polymer made up of condensed C-C bonds and some ether linkages, most of which are not readily degraded. In this study, lignin carbonization under various electron beam pretreatment conditions was characterized through a thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. Lignin stabilization was controlled by various doses of electron beam irradiation corresponding to 50, 100, 200, 500 and 1,000 kGy; the carbonization process was performed under a nitrogen gas atmosphere at $1000^{\circ}C$ for 1 h. The TGA results showed that a 1,000 kGy lignin dose increased the residue weight from 39.96% to 45.23%, compared to non-irradiated lignin. This observation is in agreement with the XRD and Raman spectroscopy results, in which the two theta degrees and the degree of crystallization were improved by increasing the electron beam irradiation.
Today, the modification of carbon foam for high performance remains a major issue in the environment and energy industries. One promising way to solve this problem is the optimization of the pore structure for desired properties as well as for efficient performance. In this study, using a sol-gel process followed by carbonization in an inert atmosphere, hollow spherical carbon foam was prepared using resorcinol and formaldehyde precursors catalyzed by 4-aminobenzoic acid; the effect of carbonization temperature and re-immersion treatment on the pore structure and characteristics of the hollow spherical carbon foam was investigated. As the carbonization temperature increased, the porosity and average pore diameter were found to decrease but the compression strength and electrical conductivity dramatically increased in the temperature range of this study ($700^{\circ}C$ to $850^{\circ}C$). The significant differences of X-ray diffraction patterns obtained from the carbon foams carbonized under different temperatures implied that the degree of crystallinity greatly affects the characteristics of the carbon form. Also, the number of re-impregnations of carbon form in the resorcinol-formaldehyde resin was varied from 1 to 10 times, followed by re-carbonization at $800^{\circ}C$ for 2 hours under argon gas flow. As the number of re-immersion treatments increased, the porosity decreased while the compression strength improved by about four times when re-impregnation was repeated 10 times. These results imply the possibility of customizing the characteristics of carbon foam by controlling the carbonization and re-immersion conditions.
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no.2
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pp.45-52
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2023
As of 2020, 139,753 tons/day of livestock manure is generated. Most of the livestock manure is made of compost(75.3%) and Liquor(11.7%) and is spread on farmland. The compost and Liquor of these livestock manure are the main causes of water pollution. Therefore, it is necessary to convert livestock manure into energy. For this reason, hydrothermal carbonization technology was applied to evaluate the physical and chemical properties. Among livestock manure, cow manure was used. Through hydrothermal carbonization, it was confirmed that the HHV (Kcal/kg) of 3,101 kcal/kg of raw material rises to more than about 3,800 kcal/kg at 220℃ or higher. This result was judged to be influenced by carbonization through a clear trend of decrease in O/C and H/C ratios. As a result, the value of Bio-SRF was evaluated through hydrothermal carbonization of cow manure, and All other items except for chlorine showed satisfactory results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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