Lignoceliuliozinės žematemperatūrės bioanglies hidrofiliškumo didinimo tyrimai ir technologijos kūrimas

Abstract

Disertacijoje aprašoma bioanglies fizikinių ir cheminių savybių priklausomybė nuo pirolizės temperatūros, laiko ir pradinės žaliavos. Tiriamas ryšys tarp bioanglies drėkumo bei kitų jos fizikinių ir cheminių savybių. Vertinama, kaip kinta bioanglies drėkumas po jos modifikacijos skirtingų tirpalų garais. Teoriškai ir eksperimentiškai analizuojamas skysčių kapiliarinis pakilimo aukštis esant skirtingiems pradinių žaliavų, drėkumo ir dalelių dydžio bioanglies tipams. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados ir rekomendacijos, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai, priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas ir uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, pateikiami ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose, pateikiama disertacijos struktūra bei pareiškiamos padėkos. Pirmasis skyrius skirtas mokslinės literatūros analizei. Jame pateikiama informacija apie fundamentinę bioanglies ir vandens sąveiką, ją lemiančius veiksnius, skirtingus bioanglies sudrėkimo vertinimo metodus, oro taršą lakiaisiais organiniais teršalais, biofiltracijos būdą užterštam orui valyti, drėgmės įtaką biofiltrų veikimui, kapiliarumo reiškinių deformuojamoje poringojoje medžiagoje ir mišinių teorinius modelius. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados ir tikslinami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje aprašoma atliktų tyrimų metodologija. Pristatyti metodai, kuriais vertinamos bioanglies fizikinės ir cheminės savybės, analizuojamas bioanglies drėkumas remiantis vandens lašelio skverbimosi laiko testu, etanolio lašelio molingumo testu bei kontakto laipsnio analize, nagrinėjama bioanglies modifikacija gamtos procesais pagrįstais būdais bei jos fizikinių ir cheminių savybių pokyčiai, nustatoma modifikuotos bioanglies geba šalinti lakiuosius organinius ir neorganinius teršalus biofiltracijos sistemoje, įvertinama bioanglies geba didinti smėlingojo rudžemio fizikines ir chemines savybes. Skyriaus pabaigoje suformuotos išvados. Trečiasis skyrius skirtas atliktų tyrimų rezultatams apibendrinti, ryšiams tarp skirtingų bioanglies savybių atskleisti bei bioanglies naudojimo biofiltracijos sistemoje ir dirvožemyje galimybėms įvertinti. Visų tyrimų rezultatai lyginti su kitų autorių darbais. Rezultatų skyrius baigiamas išvadomis.

The dissertation describes dependence of biochar’s physical-chemical properties on pyrolysis temperature, holding time, and primary feedstock. The connection between biochar wettability and its physical-chemical properties was analysed. It was shown how biochar wettability alters after its modification with steam of different solutions. Height of solutions capillary rise of biochar (in the case of different sizes of particles, primary feedstock, and wettability) was analysed theoretically and experimentally. The dissertation consists of an introduction, three chapters, general conclusions and recommendations, references, as well as a list of the author’s publications and annexes. Introduction consists of the research problem, relevance of the thesis, the research object, wordings of the aim and objectives of the thesis. It also includes scientific novelty and practical value of the thesis, presents the defended propositions. At the end of the introduction, the author’s publications on the topic of the dissertation as well as the structure of the dissertation and acknowledgements are provided. The first chapter is dedicated to the review of scientific literature. Fundamental interaction of biochar with water as well as the controlling factors, various methods for determination of biochar wettability, application of biochar in biofiltration technology, effect of moisture content on biofilters’ operation, mathematical models of capillarity phenomena in deformable porous media and mixture theoretical models. At the end of the chapter, the conclusions are drawn and the objectives of the thesis are revised. The second chapter is devoted to the description of the research methodology. It presents methods used to evaluate physico-chemical properties of biochar, biochar wettability according to water drop penetration time test, the molarity of ethanol droplet test and contact angle analysis, modification of biochar by nature-based methods, and evaluation of changes in physico-chemical properties, modified biochar’s ability to remove volatile organic and inorganic contaminants in the biofiltration system, its ability in enhancing physical-chemical properties in sandy loam. Conclusions are made at the end of the chapter. The third chapter deals with summarizing the results of the research, revealing the relationships between different biochar’s properties and its application in the biofiltration system and soil. The results of all studies are compared with the works of other authors. The section of conclusion sums up the key findings.