Древесная зола
Древесная зола — это порошкообразный остающийся после сгорания древесины остаток , , например, при сжигании древесины в камине , костре или на промышленной электростанции . Он в основном состоит из соединений кальция и других негорючих микроэлементов, присутствующих в древесине. На протяжении всей истории его использовали для многих целей.
Состав
[ редактировать ]Вариативность оценок
[ редактировать ]Комплексный анализ состава древесной золы многих пород деревьев был проведен Эмилем Вольфом, [1] среди других. На состав существенное влияние оказывают несколько факторов: [2]
- Мелкая зола: некоторые исследования учитывают твердые частицы, выходящие через дымоход во время сгорания, а другие — нет.
- Температура горения. [3] Выход зольности снижается с увеличением температуры сгорания, что приводит к двум прямым эффектам: [2]
- Диссоциация: Преобразование 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 температуре горения древесины (600 °C (1112 °F).)
- Испарение: В исследованиях, в которых не измеряется вылетевшая зола, некоторые продукты сгорания могут вообще отсутствовать. Например, мышьяк не летуч, а триоксид мышьяка летуч (температура кипения: 465 ° C (869 ° F)).
- Экспериментальный процесс: Если зола подвергается воздействию окружающей среды между сжиганием и анализом, оксиды могут снова превратиться в карбонаты в результате реакции с углекислым газом в воздухе. Между тем гигроскопичные вещества могут поглощать атмосферную влагу.
- Тип, возраст и условия произрастания древесины влияют на состав древесины (например, лиственных и хвойных пород ) и, следовательно, на состав ясеня. Лиственные породы обычно производят больше золы, чем хвойные. [2] кора и листья образуют не только внутренние части ствола. [2]
Измерения
[ редактировать ]По данным одного исследования, в среднем при сжигании древесины образуется около 6–10% золы. [2] Остаточная зола в размере 0,43 и 1,82 процента от исходной массы сожженной древесины (при условии сухого вещества , что означает H 2 O удаление ) образуется для некоторых видов древесины, если ее пиролизуют до исчезновения всех летучих веществ и сжигают при 350 °C. (662 °F) в течение 8 часов. [а] Также условия горения влияют на состав и количество золы, поэтому более высокая температура снижает выход золы. [4]
Элементный анализ
[ редактировать ]Обычно древесная зола содержит следующие основные элементы: [2] [ нужны разъяснения ] [5]
- Углерод (С) — 5–30%.
- Кальций (Ca) — 7–33%
- Калий (К) — 3–10%
- Магний (Mg) — 1–2%
- Марганец (Mn) — 0,3–1,3%
- Фосфор (Р) — 0,3–1,4%
- Sodium (Na) — 0.2–0.5%.
Химические соединения
[ редактировать ]Когда древесина горит, в зависимости от используемой температуры образуются различные соединения. Некоторые исследования называют карбонат кальция ( CaCO 3 ) основным компонентом, другие вообще не находят карбоната, а вместо него оксид кальция ( CaO ). Последний производится при более высоких температурах (см. прокаливание ). [3] Равновесная реакция CaCO 3 → CO 2 + CaO имеет смещение равновесия влево при 750 °C (1380 °F) и высоком CO 2 парциальном давлении (например, при лесном пожаре), но смещение вправо при 900 °C (1650 °F). или когда парциальное давление CO 2 снижается. [6]
Большая часть древесной золы содержит карбонат кальция (CaCO 3 ) в качестве основного компонента, что составляет 25%. [7] или даже 45% от общей массы золы. [8] При 600 °C (1112 °F) CaCO 3 и K 2 CO 3 были идентифицированы в одном случае. [б] Менее 10% составляет калий , и менее 1% — фосфат . [7]
Микроэлементы
[ редактировать ]Есть микроэлементы железа (Fe), марганца (Mn), цинка (Zn), меди (Cu) и некоторых тяжелых металлов . [7] Их концентрация в золе варьируется в зависимости от температуры горения. [3] Разложение карбонатов и улетучивание калия (K), серы (S) и следовых количеств меди (Cu) и бора (B) могут быть результатом повышения температуры. [3] Исследование показало, что при повышении температуры K, S, B, натрий (Na) и медь (Cu) уменьшаются, тогда как Mg, P, Mn, Al, Fe и Si не изменяются по сравнению с кальцием (Ca). Однако все эти микроэлементы присутствуют в виде оксидов при более высоких температурах горения. [3] Некоторые элементы древесной золы (все доли указаны в массе элементов на массу золы) включают: [2] : 304
- Fe 1,6-55 ‰
- Си 6-170 ‰
- Ал 1,2-45 ‰
- Мн 1-20 ‰
- Как 0,6-50 частей на миллион
- Cd 0,18-60 м.д.
- Pb 2-500 частей на миллион
- Кр 12-280 частей на миллион
- Ni 10-140 частей на миллион
- В 1,8-120 м.д.
Топливо
[ редактировать ]Одно исследование показало, 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 определенных пропорциях. [с] [9] Этен , ацетилен и бензол составляли основную часть эффективного сгорания. [9] C 3 -C 7 Установлено, что при тлении доля алкенов выше. [9] Бензол и 1,3-бутадиен составляли ~10–20 и ~1–2% по массе от суммы неметановых углеводородов. [9]
Использование
[ редактировать ]Удобрения
[ редактировать ]Древесную золу можно использовать в качестве удобрения, используемого для обогащения питания сельскохозяйственных почв . В этой роли древесная зола служит источником карбоната калия и кальция , последний действует как известкователь 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
[ редактировать ]Древесную золу обычно выбрасывают на свалки экологически чистые альтернативы, такие как использование в качестве компоста для сельскохозяйственных и лесных хозяйств . , но с ростом затрат на ее утилизацию все более популярными становятся [11] Поскольку древесная зола имеет высокое содержание угля , ее можно использовать в качестве средства контроля запаха, особенно при компостировании. [12]
Керамика
[ редактировать ]Древесная зола имеет очень долгую историю использования в керамических глазурях , особенно в китайской, японской и корейской традициях, хотя сейчас ее используют многие гончары. Он действует как флюс, снижая температуру плавления глазури. [13]
Мыло
[ редактировать ]На протяжении тысячелетий растительную или древесную золу выщелачивали водой, получая нечистый раствор карбоната калия . Этот продукт можно было смешать с маслами или жирами для получения мягкого «мыла» или продукта, подобного мылу, как это делалось 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 , содержащей гидроксид кальция , чтобы получить богатый гидроксидом раствор для мыловарения. [16] Однако только с изобретением процесса Леблана стало возможным массовое производство высококачественного гидроксида натрия , что сделало устаревшими более ранние формы мыла с использованием сырой древесины или растительной золы. [17] Это было революционное открытие, которое облегчило развитие современной мыловаренной промышленности. [18]
Биологическое выщелачивание
[ редактировать ]Эктомикоризные Suillus грибы granulatus и Paxillus involutus могут выделять элементы из древесной золы. [19]
Приготовление еды
[ редактировать ]Древесная зола иногда используется в процессе никстамализации , когда кукурузу замачивают и готовят в растворе щелочи для улучшения питательной ценности и снижения риска микотоксинов . Раствор щелочи исторически изготавливался из древесной золы.
Никстамализация первоначально практиковалась в Мезоамерике , откуда 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 . [20] Древесная зола также используется в качестве консерванта для некоторых видов сыра, таких как Морбье и Гумбольдт Фог. [21] [22]
Хлеб из ранней закваски пекли шумеры еще в 6000 году до нашей эры, помещая хлеб на раскаленные камни и покрывая его горячей золой. Минералы в древесной золе могли дополнить питательную ценность теста во время его выпекания. [23] В настоящее время количество древесной золы в хлебной муке , измеренное альвеографом Шопена , [24] строго регулируется Францией . [25]
См. также
[ редактировать ]- Зологорелка (традиционное занятие)
- Пепельница - место или фабрика по производству щелока из древесной золы.
- зольный остаток
- Древесный уголь
- Летучая зола
- бумага Джосса
- Открытое сжигание отходов
- Клей для дерева
- Консервант для древесины
- Деревянный шпон
Примечания
[ редактировать ]- ^ Щепа различных 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]
- ^ Щепа различных 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]
- ^ С помощью аналитического метода газовой хроматографии .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вольф, Эмиль (1871). Эш анализирует . Берлин: Вигандт и Гемпель.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Сиддик, Рафат (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.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Мисра М.К., Рэгланд К.В., Бейкер А.Дж. (1993). «Состав древесной золы как функция температуры печи» (PDF) . Биомасса и биоэнергетика . 4 (2): 103–116. дои : 10.1016/0961-9534(93)90032-Y .
- ^ Этьеньи Л., Кэмпбелл АГ (1991). «Физико-химические характеристики древесной золы». Биоресурсные технологии . 37 (2): 173–178. дои : 10.1016/0960-8524(91)90207-Z .
- ^ дос Сантос, Элвис Виейра; Лима, Майкл Дуглас Роке; Дантас, Келли дас Грасас Фернандес; Карвальо, Фабио Исраэль Мартинс; Гонсалвеш, Дельман де Алмейда; Сильва, Аристид Резенде; Сунь, Хунган; Феррейра, Марсиэль Хосе; Буфалино, Лина; Ха, 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 . дои : 10.1007/s12155-023-10679-3 . ISSN 1939-1242 . S2CID 263292916 .
- ^ Тарун Р. Найк; Рудольф Н. Краус и Ракеш Кумар (2001), Древесная зола: новый источник пуццоланового материала , факультет гражданского строительства и механики, Колледж инженерных и прикладных наук, Университет Висконсина - Милуоки
- ^ Jump up to: а б с д Лернер Б.Р. (16 ноября 2000 г.). «Древесная зола в саду» . Университет Пердью , факультет садоводства и ландшафтной архитектуры . Проверено 21 октября 2023 г.
- ^ Хьюм Э. (11 апреля 2006 г.). «Древесная зола: как использовать ее в саду» . Эд Хьюм Сидс. Архивировано из оригинала 5 июля 2019 года.
- ^ Jump up to: а б с д Баррефорс, Гуннар; Петерссон, Йоран (апрель 1995 г.). «Летучие углеводороды от сжигания древесины в бытовых целях» . Хемосфера . 30 (8): 1551–1556. Бибкод : 1995Chmsp..30.1551B . дои : 10.1016/0045-6535(95)00048-D .
- ^ Шолто Дуглас, Джеймс (1985). Расширенное руководство по гидропонике: (выращивание без почвы) . Лондон: Книги Пелхэма. стр. 345–351. ISBN 9780720715712 .
- ^ Демейер А., Вунди Нкана Дж.К., Верлоо М.Г. (2001). «Характеристики древесной золы и влияние на свойства почвы и поглощение питательных веществ: обзор». Биоресурсные технологии . 77 (3): 287–95. дои : 10.1016/S0960-8524(00)00043-2 . ПМИД 11272014 .
- ^ Розенфельд П. и Генри К. (2001). «Сорбция активированным углем и древесной золой сточных вод, компоста и одорантов твердых биологических веществ». Исследования водной среды . 7 (4): 388–393. дои : 10.2175/106143001X139425 . S2CID 93782154 .
- ^ Роджерс, Фил (2003). Ясеневые глазури (2-е изд.). Лондон: A&C Black. ISBN 978-0-7136-57821 .
- ^ Макнил, Ян (2002). Энциклопедия истории техники . Рутледж. п. 203. ИСБН 978-1-134-98165-6 .
- ^ Макнил, Ян (2002). Энциклопедия истории техники . Рутледж. п. 214-215. ISBN 978-1-134-98164-9 .
- ^ Юнгерманн, Эрик (2018). Глицерин: ключевой косметический ингредиент . Рутледж. п. 316. ИСБН 978-1-351-44458-3 .
- ^ Кук, Э. (1925). Американский журнал фармацевтики и наук, поддерживающих общественное здравоохранение . Филадельфийский колледж фармацевтики и науки. п. 401.
- ^ Юнгерманн 2018 , с. 316.
- ^ Джеффри Майкл Гэдд (март 2010 г.). «Металлы, минералы и микробы: геомикробиология и биоремедиация» . Микробиология . 156 (Часть 3): 609–643. дои : 10.1099/mic.0.037143-0 . ПМИД 20019082 .
- ^ Гомес-Миссериан, Габриэла (13 декабря 2022 г.). «Малышка из древесного ясеня: от местной пищи до южного стыда и секрета шеф-повара» . Сад и оружие . Проверено 25 марта 2024 г.
- ^ «Гори, детка, гори: съедобный пепел дополняет вкус ресторана» . В Милуоки . 19 сентября 2012 года . Проверено 25 марта 2024 г.
- ^ Ньюман, Хизер (11 мая 2023 г.). «Сгоревшие дотла овощи неожиданно оказались кулинарным шедевром – ежедневным блюдом» . Ежедневное питание . Проверено 25 марта 2024 г.
- ^ Арзани А.: Мука и хлеб из эммера (Triticum turgidum spp. dicoccum) . В Preedy VR, Watson RR, Patel VB (ред. 2011 г.), Мука и хлеб и их обогащение для здоровья и профилактики заболеваний , Academic Press, Калифорния, стр. 69-78.
- ^ Ли Вини, М.: Мониторинг эффективности муки при выпечке хлеба . В Preedy VR, Watson RR, Patel VB (ред. 2011 г.), Мука и хлеб и их обогащение для здоровья и профилактики заболеваний , Academic Press, Калифорния, стр. 69-78.
- ^ «Постановление № 63-720 от 13 июля 1963 года о составе пшеничной, ржаной и меслиновой муки» . Официальный журнал Французской Республики. Законы и указы № 0169 от 20.07.1963 . 169 :6722. 20 июля 1963 г.