stringtranslate.com

Древесная зола

Древесная зола от костра

Древесная зола — это порошкообразный остаток, остающийся после сгорания древесины , например, в камине , костре или на промышленной электростанции . Она в основном состоит из соединений кальция , а также других негорючих микроэлементов, присутствующих в древесине, и на протяжении всей истории использовалась для многих целей .

Состав

Изменчивость в оценке

Эмиль Вольф, [1] и другие провели комплексный анализ состава древесной золы многих видов деревьев . На состав оказывают большое влияние несколько факторов: [2]

  1. Мелкая зола: некоторые исследования учитывают твердые частицы, выбрасываемые через дымоход во время сгорания, а другие — нет.
  2. Температура сгорания. [3] Выход золы уменьшается с ростом температуры сгорания, что приводит к двум прямым эффектам: [2]
    • Диссоциация: Превращение карбонатов, сульфидов и т. д. в оксиды не приводит к образованию углерода, серы, карбонатов или сульфидов. Некоторые оксиды металлов (например, оксид ртути ) даже диссоциируют до своего элементарного состояния и/или полностью испаряются при температурах горения дров (600 °C (1112 °F)).
    • Улетучивание: В исследованиях, в которых не измеряется выделившаяся зола, некоторые продукты сгорания могут вообще не присутствовать. Например, мышьяк не летуч, а вот триоксид мышьяка летуч (температура кипения: 465 °C (869 °F)).
  3. Экспериментальный процесс: Если зола подвергается воздействию окружающей среды между сжиганием и анализом, оксиды могут снова превратиться в карбонаты, реагируя с углекислым газом в воздухе. Гигроскопичные вещества тем временем могут поглощать влагу из воздуха.
  4. Тип, возраст и среда произрастания древесного сырья влияют на состав древесины (например, лиственная и мягкая древесина ), и, таким образом, на золу. Лиственные породы обычно производят больше золы, чем мягкие [2], при этом кора и листья производят больше, чем внутренние части ствола. [2]

Измерения

В результате сжигания древесины в среднем образуется около 6–10% золы. [2] Остаточная зола в размере 0,43 и 1,82 процента от первоначальной массы сожженной древесины (предполагая сухую основу , что означает, что H 2 O удалена) образуется для некоторых пород древесины, если ее пиролизировать до тех пор, пока не исчезнут все летучие вещества , и сжигать при температуре 350 °C (662 °F) в течение 8 часов. [a] Условия сжигания также влияют на состав и количество остаточной золы, поэтому более высокая температура снизит выход золы. [4]

Элементный анализ

Обычно древесная зола содержит следующие основные элементы: [2] [ необходимо уточнение ] [5]

Химические соединения

При горении древесины образуются различные соединения в зависимости от используемой температуры. Некоторые исследования называют карбонат кальция ( CaCO3 ) основным компонентом, другие не находят карбоната вообще, а вместо него оксид кальция ( CaO ). Последний образуется при более высоких температурах (см. прокаливание ). [3] Равновесие реакции CaCO3 → CO2 + CaO смещено влево при 750 °C (1380 °F) и высоком парциальном давлении CO2 (например, при пожаре в дровах), но смещено вправо при 900 °C (1650 °F) или при снижении парциального давления CO2. [ 6]

Большая часть древесной золы содержит карбонат кальция (CaCO 3 ) в качестве своего основного компонента, составляющего 25% [7] или даже 45% от общего веса золы. [8] При 600 °C (1112 °F) в одном случае были идентифицированы CaCO 3 и K 2 CO 3 . [b] Менее 10% составляет поташ , и менее 1% - фосфат . [7]

Микроэлементы

В состав золы входят следовые элементы: железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu) и некоторые тяжелые металлы . [7] Их концентрация в золе варьируется в зависимости от температуры сгорания. [3] Разложение карбонатов и улетучивание калия (K), серы (S) и следовых количеств меди (Cu) и бора (B) может быть результатом повышения температуры. [3] Исследование показало, что при повышении температуры содержание K, S, B, натрия (Na) и меди (Cu) уменьшилось, тогда как содержание Mg, P, Mn, Al, Fe и Si не изменилось по отношению к содержанию кальция (Ca). Однако все эти следовые элементы присутствуют в форме оксидов при более высокой температуре сгорания. [3] Некоторые элементы в древесной золе (все фракции указаны в массе элементов на массу золы) включают: [2] : 304 

Топливо

В одном исследовании было установлено, что выбросы медленно горящей древесины (100–200 °C (212–392 °F)) обычно включают 16 алкенов , 5 алкадиенов , 5 алкинов и несколько алканов и аренов в пропорциях. [c] [9] Этилен , ацетилен и бензол были основной частью при эффективном сгорании. [9] Было обнаружено, что доля алкенов C 3 -C 7 выше при тлении. [9] Бензол и 1,3-бутадиен составляли ~10–20% и ~1–2% по массе от общего количества неметановых углеводородов. [9]

Использует

Удобрения

Древесная зола может использоваться в качестве удобрения, используемого для обогащения питания сельскохозяйственных почв . В этой роли древесная зола служит источником калия и карбоната кальция , причем последний действует как известковое вещество для нейтрализации кислых почв . [7]

Древесную золу также можно использовать в качестве добавки к органическим гидропонным растворам , обычно заменяя неорганические соединения, содержащие кальций, калий, магний и фосфор. [10]

Компосты

Древесная зола обычно выбрасывается на свалки , но с ростом затрат на утилизацию экологически чистые альтернативы, такие как использование в качестве компоста для сельскохозяйственных и лесных нужд, становятся все более популярными. [11] Поскольку древесная зола имеет высокое содержание угля , ее можно использовать в качестве средства для контроля запаха, особенно при компостировании. [12]

Керамика

Древесная зола имеет очень долгую историю использования в керамических глазурях , особенно в китайской, японской и корейской традициях, хотя в настоящее время используется многими гончарами. Она действует как флюс, снижая температуру плавления глазури. [13]

Мыло

В течение тысяч лет растительная или древесная зола выщелачивалась водой, чтобы получить нечистый раствор карбоната калия . Этот продукт можно было смешивать с маслами или жирами, чтобы получить мягкое «мыло» или мылоподобный продукт, как это делали в Древнем Шумере , Европе и Египте . [14] Однако только определенные виды растений могли производить мыло, которое действительно пенилось. [15] Позже средневековые европейские мыловары обрабатывали раствор древесной золы гашеной известью , которая содержит гидроксид кальция , чтобы получить богатый гидроксидом раствор для мыловарения. [16] Однако только с изобретением процесса Леблана высококачественный гидроксид натрия можно было производить массово, что сделало устаревшими более ранние формы мыла с использованием сырой древесной или растительной золы. [17] Это было революционное открытие, которое способствовало развитию современной мыловаренной промышленности. [18]

Биовыщелачивание

Эктомикоризные грибы Suillus granulatus и Paxillus involutus могут выделять элементы из древесной золы. [19]

Приготовление пищи

Древесная зола иногда используется в процессе никстамализации , когда определенные виды кукурузы (обычно маис или сорго ) [20] [21] замачиваются и готовятся в щелочном растворе для улучшения содержания питательных веществ и снижения риска микотоксинов . Исторически щелочной раствор изготавливался из щелока древесной золы.

Никстамализация изначально практиковалась в Мезоамерике , откуда она распространилась на север через различные коренные племена Северной Америки. В восточной части Северной Америки никстамализованную кукурузу традиционно употребляли в кашах и рагу, блюде, которое европейцы назвали бы мамалыгой . [22] Древесная зола также используется в качестве консерванта для некоторых видов сыра, таких как Морбье и Гумбольдт Фог. [23] [24]

Ранний квасной хлеб выпекался еще в 6000 году до нашей эры шумерами , которые помещали хлеб на нагретые камни и покрывали его горячей золой. Минералы в древесной золе могли дополнять питательную ценность теста во время выпечки. [25] В настоящее время количество древесной золы в хлебопекарной муке , измеряемое альвеографом Шопена , [26] строго регламентируется Францией . [27]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Древесная щепа разных пород древесины ( осина , желтый тополь , белый дуб , кора белого дуба, кора пихты Дугласа ) подвергалась пиролизу в закрытом контейнере в печи при температуре 500 °C (932 °F). [3]
  2. ^ Древесная щепа разных пород древесины ( осина , желтый тополь , белый дуб , кора белого дуба, кора пихты Дугласа ) подвергалась пиролизу в закрытом контейнере в печи при температуре 500 °C (932 °F). [3]
  3. ^ С использованием аналитического метода газовой хроматографии.

Ссылки

  1. ^ Вольф, Эмиль (1871). Ашен-Аналисен. Берлин: Вигандт и Хемпель.
  2. ^ abcdefg Siddique, Rafat (2008), «Древесная зола», Отходы и побочные продукты в бетоне , Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg, стр. 303–321, doi :10.1007/978-3-540-74294-4_9, ISBN 978-3-540-74293-7, получено 24 июля 2022 г.
  3. ^ abcdefg Misra MK, Ragland KW, Baker AJ (1993). "Состав древесной золы как функция температуры печи" (PDF) . Биомасса и биоэнергия . 4 (2): 103–116. doi :10.1016/0961-9534(93)90032-Y.
  4. ^ Etiegni L, Campbell AG (1991). «Физические и химические характеристики древесной золы». Bioresource Technology . 37 (2): 173–178. doi :10.1016/0960-8524(91)90207-Z.
  5. ^ душ Сантос, Элвис Виейра; Лима, Майкл Дуглас Роке; Дантас, Келли дас Грасас Фернандес; Карвалью, Фабио Исраэль Мартинс; Гонсалвеш, Дельман де Алмейда; Сильва, Аристид Резенде; Сунь, Хунган; Феррейра, Марсиэль Хосе; Буфалино, Лина; Хейн, Пауло Рикардо Герарди; Протасио, Тьяго де Паула (29 сентября 2023 г.). «Неорганический состав древесины Tachigali vulgaris: значение для биоэнергетического и питательного баланса посаженных лесов в Амазонии». Биоэнергетические исследования . 17 : 114–128. дои : 10.1007/s12155-023-10679-3. ISSN  1939-1242. S2CID  263292916.
  6. ^ Тарун Р. Наик; Рудольф Н. Краус и Ракеш Кумар (2001), Древесная зола: новый источник пуццоланового материала , Кафедра гражданского строительства и механики, Колледж инженерии и прикладных наук, Университет Висконсина – Милуоки
  7. ^ abcd Lerner BR (16 ноября 2000 г.). «Древесная зола в саду». Университет Пердью , кафедра садоводства и ландшафтной архитектуры . Получено 21 октября 2023 г.
  8. ^ Хьюм Э. (11 апреля 2006 г.). «Древесная зола: как использовать ее в саду». Семена Эда Хьюма. Архивировано из оригинала 5 июля 2019 г.
  9. ^ abcd Баррефорс, Гуннар; Петерссон, Гёран (апрель 1995 г.). «Летучие углеводороды от сжигания бытовых дров». Chemosphere . 30 (8): 1551–1556. Bibcode : 1995Chmsp..30.1551B. doi : 10.1016/0045-6535(95)00048-D.
  10. ^ Шолто Дуглас, Джеймс (1985). Расширенное руководство по гидропонике: (выращивание без почвы). Лондон: Pelham Books. стр. 345–351. ISBN 9780720715712.
  11. ^ Демейер А., Вунди Нкана Дж. К., Верлоо МГ. (2001). «Характеристики древесной золы и ее влияние на свойства почвы и поглощение питательных веществ: обзор». Bioresource Technology . 77 (3): 287–95. doi :10.1016/S0960-8524(00)00043-2. ​​PMID  11272014.
  12. ^ Розенфельд, П. и Генри, К. (2001). «Активированный уголь и древесная зола сорбируют одоранты сточных вод, компоста и твердых биологических веществ». Water Environment Research . 7 (4): 388–393. doi :10.2175/106143001X139425. S2CID  93782154.
  13. ^ Роджерс, Фил (2003). Ash Glazes (2-е изд.). Лондон: A&C Black. ISBN 978-0-7136-57821.
  14. ^ Макнил, Ян (2002). Энциклопедия истории технологий. Routledge. стр. 203. ISBN 978-1-134-98165-6.
  15. ^ Макнил, Ян (2002). Энциклопедия истории технологий. Routledge. стр. 214-215. ISBN 978-1-134-98164-9.
  16. ^ Юнгерманн, Эрик (2018). Глицерин: ключевой косметический ингредиент. Routledge. стр. 316. ISBN 978-1-351-44458-3.
  17. ^ Кук, Э. (1925). Американский журнал фармацевтики и наук, поддерживающих общественное здравоохранение. Филадельфийский колледж фармацевтики и науки. стр. 401.
  18. ^ Юнгерманн 2018, стр. 316.
  19. ^ Джеффри Майкл Гэдд (март 2010 г.). «Металлы, минералы и микробы: геомикробиология и биоремедиация». Микробиология . 156 (ч. 3): 609–643. doi : 10.1099/mic.0.037143-0 . PMID  20019082.
  20. ^ Одукойя, Джулиана Олайеми; Де Саегер, Сара и др.: «Влияние выбранных кулинарных ингредиентов для никстамализации на снижение микотоксинов фузариума в кукурузе и сорго»: Национальный центр биотехнологической информации
  21. ^ Кабрера-Рамирес, АХ; Лусардо-Окампо И.; Рамирес-Хименес, АК; Моралес-Санчес, Э.; Кампос-Вега, Р.; Гайтан-Мартинес, М.: «Влияние процесса никстамализации на биодоступность белка муки белого и красного сорго во время желудочно-кишечного пищеварения in vitro»: Food Research International, том 134, август 2020 г.
  22. ^ Гомес-Миссериан, Габриэла (13 декабря 2022 г.). «Wood Ash Hominy: From Indigenous Nourishment to Southern Shame to Chef Secret». Garden & Gun . Получено 25 марта 2024 г.
  23. ^ «Гори, детка, гори: съедобный пепел дополняет ресторанные вкусы». OnMilwaukee . 19 сентября 2012 г. Получено 25 марта 2024 г.
  24. ^ Ньюман, Хизер (11 мая 2023 г.). «Овощи, сгоревшие дотла, неожиданно стали кулинарным шедевром — ежедневная еда». Daily Meal . Получено 25 марта 2024 г.
  25. ^ Арзани А.: Мука и хлеб из пшеницы эммер (Triticum turgidum spp. dicoccum) . В Preedy VR, Watson RR, Patel VB (ред. 2011), Мука и хлеб и их обогащение в здравоохранении и профилактике заболеваний , Academic Press, Калифорния, стр. 69-78.
  26. ^ Ли Виньи, М.: Мониторинг эффективности муки при выпечке хлеба . В Preedy VR, Watson RR, Patel VB (ред. 2011), Мука и хлеб и их обогащение в здравоохранении и профилактике заболеваний , Academic Press, Калифорния, стр. 69-78.
  27. ^ "Декрет № 63-720 от 13 июля 1963 года, относящийся к составу фаринов де бле, де сигль и др метей" . Официальный журнал Французской Республики. Lois et décrets № 0169 от 20.07.1963 . 169 :6722. 20 июля 1963 г.