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碳化

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一系列涉及碳化的過程。[1]

碳化(英語:carbonization)是通過破壞性蒸餾英語Destructive distillation將植物和動物屍體殘骸等有機物,轉化為的反應過程。

碳化的複雜性

碳化是一種熱裂解反應,因此被認為是一個複雜的過程,其中有許多反應會同時發生,如脫氫、冷凝、氫轉移和異構化。

碳化與煤化的不同之處,在於碳化發生得更快,因為它的反應速率快了許多數量級。

對於最終的熱解溫度,施加的熱量將會控制碳化程度,以及外來元素的殘餘含量。例如:在T~1200K的殘渣碳含量超過90wt.%,而在T~1600K時發現超過99wt.%的碳。[1] 碳化通常是放熱過程,這意味着它原則上可以自我維持,並被用作不產生二氧化碳的能源。[2]葡萄糖的情況而言,該反應可以每克釋放約237卡路里的熱量。

生物材料英語biomaterial暴露於突然的灼熱時,例如:在核爆炸火山碎屑流的情況下,可以被極快地碳化轉變為固體碳。赫庫蘭尼姆古城火山摧毀的過程中,包括家具在內的許多有機物都被高溫碳化。

木材如何轉化為木炭

木材在工業環境的碳化通常需要280°C以上的溫度,這將會釋放能量,因此這種反應稱為放熱過程。這種碳化也可以視為木材的自發分解,直到剩下稱為木炭的碳化殘留物。除非提供進一步的外部熱量,否則這個過程會停止,溫度最高達到約400°C。然而,這種木炭仍會含有相當數量的焦油殘留物,以及原始木材的灰燼[3]

碳化中的工業安全

碳化產生的物質可以被證明是有害物質,應該採取簡單的預防措施來降低風險。

碳化產生的氣體含有高含量的一氧化碳,吸入時有毒。因此在窯爐或坑周圍操作期間,以及窯爐開啟進行卸料時,必須注意提供適當的通風,以便在卸料過程中分散一氧化碳。

碳化產生的焦油和煙霧雖然沒有直接毒性,但可能對呼吸系統產生長期破壞性影響。在可能的情況下,住宅區的位置應定位在盛行風地區,將燒炭作業產生的煙霧帶離住宅區,並且窯爐工廠不應靠近住宅區附近。

木焦油和焦木酸可能對皮膚有刺激作用,應注意避免與皮膚長時間接觸,應採取護理措施減少接觸的工作程序,透過防護服儘量減少直接的接觸。

焦油和焦木酸還會嚴重污染溪流,並影響人類和動物的飲用水供應,魚類也可能受到不利影響。中大型木炭作業產生的液體流出物和廢水,應該收集在大型沉澱池中並讓其蒸發,以避免這些水進入當地的排水系統並污染溪流。窯爐通常不會產生液體廢水,其副產品大部分以蒸汽的形式分散到空氣中。在這種情況下,預防空氣污染的預防措施尤為重要。[4]

碳化和生物柴油燃料

碳化在一項研究[5]被用來創造一種新的催化作用,用於從乙醇脂肪酸中生產生物柴油。催化作用是通過葡萄糖蔗糖等一般食糖的碳化產生。將糖放在400°C的氮氣流下加工15小時,形成由多環芳香碳化合物組成的黑碳殘留物。然後用硫酸處理這種材料,用磺酸羧基羥基催化位點使材料功能化。

另見

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 Nic, M. Carbonization. IUPAC Gold Book. [2022-04-20]. (原始內容存檔於2016-11-19). 
  2. ^ "Burying biomass to fight climate change頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)" by Richard Lovett, New Scientist, 3 May 2008, pp. 32-5.
  3. ^ Emrich, Walter. Transformation of Wood into Charcoal. [2022-04-20]. (原始內容存檔於2019-02-11). 
  4. ^ Simple Technologies in Charcoal Making. Food and Agriculture Organization of the United Nations. [2022-04-20]. (原始內容存檔於2019-02-11). 
  5. ^ Green chemistry: Biodiesel made with sugar catalyst Masakazu Toda, Atsushi Takagaki, Mai Okamura, Junko N. Kondo, Shigenobu Hayashi, Kazunari Domen and Michikazu Hara Nature 438, 178 (10 November 2005) doi:10.1038/438178a Abstract頁面存檔備份,存於互聯網檔案館

外部連結