<i>In-situ</i> catalytic pyrolysis of lignin in a bench-scale fixed bed pyrolyzer

Shafaghat, Hoda,Rezaei, Pouya Sirous,Ro, Donghoon,Jae, Jungho,Kim, Beom-Sik,Jung, Sang-Chul,Sung, Bong Hyun,Park, Young-Kwon Elsevier 2017 Journal of industrial and engineering chemistry Vol.54 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Thermal and <I>in-situ</I> catalytic pyrolysis of lignin were carried out in a bench-scale pyrolyzer. The yield and composition of the bio-oil produced were influenced largely by the type of lignin samples, pyrolysis temperature, and nitrogen carrier gas flow rate. The highest bio-oil yield of 35.95wt.% was achieved using kraft lignin at 500°C and a carrier gas flow rate of 600ml/min. <I>In-situ</I> catalytic pyrolysis resulted in a decrease of the bio-oil yield, but the aromatic product distribution was altered greatly depending on the types of catalysts. <I>In-situ</I> catalytic pyrolysis also showed enhanced selectivity to valuable aromatic hydrocarbons.</P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>

아세트알데히드의 촉매반응 시 초음파처리의 영향

( Hoda Shafaghat ),황유진,류수민,김지희,박영권 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

본 연구에서는 대기 중 오염물질인 아세트알데히드의 효과적인 저감을 위하여 상온에서 촉매반응을 실시하였다. 반응에 사용된 촉매는 금속활성종을 담지한 촉매로서, 대표적인 망간 금속을 적용하였다. 망간 금속 활성종의 경우 상온에서의 촉매활성이 가장 높은 금속으로 상온에서 플라즈마와 결합한 촉매반응에 적용되었다. 또한 촉매 지지체로는 Natural zeolite를 사용하였으며, Wet Impregnation 방법을 통해 망간 금속 활성종을 담지하였다. 이 후 건조과정에서 추가적으로 초음파전처리를 진행함으로써 지지체 표면에 금속활성종의 분산도를 향상시킬 수 있도록 하였다. 이 후 상온 플라즈마-촉매 반응 실험을 통해 초음파처리 유무에 따른 아세트알데히드 저감실험을 진행한 결과, 초음파 처리시 아세트알데히드 저감효율 이 더욱 높은 것으로 나타났다. 또한 촉매특성분석(XPS, BET)을 통해 초음파 처리 과정을 거친 촉매 표면상에 망간 금속활성종의 더욱 고르게 분포함을 확인할 수 있다.

CATALYTIC HYDRODEOXYGENATION OF BIO-OIL IN SUPERCRITICAL METHANOL USING NICKEL SUPPORTED CATALYSTS

Hoda SHAFAGHAT,In-Gu Lee,Young-Kwon PARK 한국신재생에너지학회 2017 AFORE Vol.2017 No.11

다양한 촉매를 이용한 EFB 열분해 및 촉매의 재사용

( Hoda Shafaghat ),김지희,정재훈,박영권 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

말레이시아 및 아열대 지방의 Palm oil 산업으로부터 발생하는 EFB(empty fruit bunches)는 FFB(fresh fruit bunches)로부터 형성된다. EFB는 대표적인 바이오매스로서 열화학적 공정인 열분해 공정을 통하여 바이오오일로 전환 될 수 있다. EFB의 열분해로 생산된 오일은 많은 산소 함량 때문에 연료로 사용되기에는 많은 문제점이 따른다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 촉매를 사용하여 바이오 오일을 효과적으로 개질하는 연구가 진행될 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 바이오오일의 부가가치를 높이기 위해 다양한 촉매를 사용하여 촉매 열분해를 수행하였다. 또한, 촉매의 재생가능성과 바이오일의 개질 성능의 확인을 위하여 촉매 재사용 열분해 공정을 수행하였다. ^** This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Education(2017R1D1A1B03028818).

조개류를 이용한 리그닌의 열분해 반응

( Hoda Shafaghat ),황유진,류수민,정재훈,박영권 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

리그닌 열분해 과정에서 리그닌의 구조적 특성에 의해 char의 melting 및 agglomeration에 의해 원활한 열분해 반응이 힘들어 연속적 반응 공정에 적용하기 어려움이 있다. 리그닌 열분해의 문제점을 해결하기 위해 리그닌에 다양한 첨가제를 추가하여 열분해 공정에 쓰는 등 다양한 연구들이 진행되고 있다. 한편, 조개 껍질류는 calcium을 다량 함유하고 있는 폐기물로 높은 온도에서 소성을 통해 calcium oxide로 전환 된다. 따라서 리그닌의 연속식 열분해 공정에서 조개 껍질류를 활용하면 char agglomeration 방지에 효과적일 것으로 기대된다. 이에 본 연구에서는 폐꼬막, 폐홍합의 껍질을 소성하여 리그닌과 함께 열분해 반응을 수행 하고 반응 후 생성물인 가스와 바이오 오일을 GC/TCD, FID 및 GC/MS로 분석하여 효과를 확인하였다. ^** 이 성과는 2017년도 정부(과학기술통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2017M1A2A2087674).

Production of an upgraded lignin-derived bio-oil using the clay catalysts of bentonite and olivine and the spent FCC in a bench-scale fixed bed pyrolyzer

Ro, Donghoon,Shafaghat, Hoda,Jang, Seong-Ho,Lee, Hyung Won,Jung, Sang-Chul,Jae, Jungho,Cha, Jin Sun,Park, Young-Kwon Academic Press 2019 Environmental research Vol.172 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Lignocellulosic biomass is an abundant renewable energy source that can be converted into various liquid fuels <I>via</I> thermochemical processes such as pyrolysis. Pyrolysis is a thermal decomposition method, in which solid biomass are thermally depolymerized to liquid fuel called bio-oil or pyrolysis oil. However, the low quality of pyrolysis oil caused by its high oxygen content necessitates further catalytic upgrading to increase the content of oxygen-free compounds, such as aromatic hydrocarbons. Among the three different types of lignocellulosic biomass components (hemicellulose, lignin, and cellulose), lignin is the most difficult fraction to be pyrolyzed because of its highly recalcitrant structure for depolymerization, forming a char as a main product. The catalytic conversion of lignin-derived pyrolyzates is also more difficult than that of furans and levoglucosan which are the main pyrolysis products of hemicellulose and cellulose. Hence, the main purpose of this study was to develop a bench-scale catalytic pyrolysis process using a tandem catalyst (both <I>in-situ</I> and <I>ex-situ</I> catalysis mode) for an efficient pyrolysis and subsequent upgrading of lignin components. While HZSM-5 was employed as an <I>ex-situ</I> catalyst for its excellent aromatization efficiency, the potential of the low-cost additives of bentonite, olivine, and spent FCC as <I>in-situ</I> catalysts in the Kraft lignin pyrolysis at 500 °C was investigated. The effects of these <I>in-situ</I> catalysts on the product selectivity were studied; bentonite resulted in higher selectivity to aromatic hydrocarbons compared to olivine and spent FCC. The reusability of HZSM-5 (with and without regeneration) was examined in the pyrolysis of lignin mixed with the <I>in-situ</I> catalysts of bentonite, olivine, and spent FCC. In the case of using bentonite and spent FCC as <I>in-situ</I> catalysts, there were no obvious changes in the activity of HZSM-5 after regeneration, whereas using olivine as <I>in-situ</I> catalyst resulted in a remarkable decrease in the activity of HZSM-5 after regeneration.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Production of aromatic hydrocarbons from bench-scale catalytic pyrolysis of lignin. </LI> <LI> Combined <I>in-situ</I> and <I>ex-situ</I> pyrolysis configurations. </LI> <LI> <I>In-situ</I> catalysts of bentonite, olivine and spent FCC; <I>ex-situ</I> catalyst of HZSM-5. </LI> <LI> Maximum selectivity to aromatic hydrocarbons using bentonite catalyst. </LI> </UL> </P>

Enhanced stability of bio-oil and diesel fuel emulsion using Span 80 and Tween 60 emulsifiers

Farooq, Abid,Shafaghat, Hoda,Jae, Jungho,Jung, Sang-Chul,Park, Young-Kwon Elsevier 2019 Journal of Environmental Management Vol.231 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Bio-oil (biomass pyrolysis oil) has some undesirable properties (e.g., low heating value, high corrosiveness, and high viscosity) that restrain its direct use as a transportation fuel. The emulsification of bio-oil and diesel is an effective and convenient method to use bio-oil in the present transportation fuel infrastructure. The addition of an emulsifying agent (emulsifier or surfactant) to two immiscible liquids of diesel and bio-oil is an important step in emulsification. The hydrophilic–lipophilic balance (HLB) value, according to the chemical structure and characteristics of the emulsifier, is a key parameter for selecting a surfactant. In this study, an ether treatment of raw bio-oil was carried out to separate the ether-soluble fraction of bio-oil from its heavy (dark brown and highly viscous) fraction, and the ether-extracted bio-oil (EEO) was processed further for emulsification into diesel fuel. The effects of the HLB value of the emulsifier and the contents of EEO, diesel, and emulsifier on the stability of the EEO/diesel emulsion were investigated. To optimize the HLB value of the emulsifier, different HLB values (4.3–8.8), which were prepared by mixing different amounts of Span 80 and Tween 60 as surfactants, were used for the EEO and diesel emulsification. A HLB value of 7.3 with diesel, EEO, and emulsifier contents of 90, 5, 5 wt%, and 86, 7.4, 6.6 wt% resulted in EEO/diesel emulsions (without phase separation) stable for 40 and 35 days, respectively. Measurement of the high heating value (HHV) of the emulsified fuels gave a 44.32 and 43.68 MJ/kg values for the EEO to emulsifier mass ratios of 5:5 and 7.4:6.6, respectively. The stability of emulsified EEO and diesel was verified by TGA and FT-IR methods.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Emulsification of ether-extracted bio-oil (EEO) in diesel was done at room temperature. </LI> <LI> Span 80 and Tween 60 in individual or combination form were used as emulsifiers. </LI> <LI> EEO/diesel emulsion was stable for 40 days, while no stratification was happened. </LI> <LI> Stability of EEO/diesel emulsion after 40 days was confirmed by TGA and FTIR. </LI> <LI> HHV of EEO/diesel emulsion was as high as 44 MJ/kg (near to diesel HHV of 45 MJ/kg). </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>

Numerical comparison of bearing capacity of tapered pile groups using 3D FEM

Hataf, Nader,Shafaghat, Amin Techno-Press 2015 Geomechanics & engineering Vol.9 No.5

This study investigates the behavior of group of tapered and cylindrical piles. The bearing capacities of groups of tapered and cylindrical piles are computed and compared. Modeling of group of piles in this study is conducted in sand using three-dimensional finite element software. For this purpose, total bearing capacity of each group is firstly calculated using the load-displacement curve under specific load and common techniques. Then, the model of group of piles is reloaded under this calculated capacity to find group settlements, stress states on the lateral surfaces of group block, efficiency of group and etc. In order to calculate the efficiency of each group, single tapered and cylindrical piles are modeled separately. Comparison for both tapered and cylindrical group of piles with same volume is conducted and a relation to predict tapered pile group efficiency is developed. A parametric study is also performed by changing parameters such as tapered angle, angle of internal friction of sand, dilatancy angle of soil and coefficient of lateral earth pressure to find their influences on single pile and pile group behavior.

1P-338 고정층 열분해 반응기를 이용한 리그닌의 촉매열분해

오대준,박영권,김기훈,정재훈,노동훈,류혜원,박세용,( Shafaghat Hoda ),( Sirous Rezaei Pouya ) 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1

화석연료의 과도한 사용과 그로 인해 발생한 환경오염은 환경을 연구하는 학자로 하여끔 대체에너지를 개발하는데 많은 관심을 가지게 하였다. 많은 대체에너지 중 바이오매스를 열분해하여 만들어진 바이오 오일은 대체에너지로서의 발전가능성이 아주 높다고 평가받고 있다. 리그노셀룰로오스 바이오매스를 구성하는 세가지 요소 중 리그닌은 나머지 요소에 비해서 열분해 반응성이 낮아서 연구가 활발히 진행되고 있지 않다. 보다 원활한 리그닌의 열분해를 위해 반응기의 촉매층에 pellet 형태의 ZSM-5(20), ZSM-5(50), ZSM-5(200)등의 silica/alumina의 비가 각각 다른 제올라이트 촉매를 넣고 촉매열분해 실험을 진행하였다. 촉매열분해 후 오일을 포함한 bio-char, gas, coke의 수율을 측정하였고 가스 분석의 진행 및 오일의 개질정도를 알아보기 위해 GC/MS를 이용하여 오일분석을 추가적으로 진행하였다. ^**본 연구는 2015년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제임(No. 20153030101580)

1P-334 탄소 기반 촉매를 이용한 암모니아 제거

오대준,박영권,김기훈,정재훈,노동훈,박세용,류혜원,( Shafaghat Hoda ),( Sirous Rezaei Pouya ) 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1

인류는 산업의 발전과 더불어 각종 문명의 혜택을 누리고 있으며, 반면에 각종 오염원에 노출되어 인간의 건강을 위협받고 있다. 인간의 후각을 자극하여 삶의 질을 떨어뜨리는 악취물질은 그 수를 헤아릴 수 없이 다양하다. 그 중 암모니아는 대표적인 악취물질 중 하나이다. 흔히 우리가 분뇨냄새라고 칭하는 암모니아는 다량 흡입할 경우 불쾌감을 주는 것은 물론 기관지나 폐에 염증을 발생시키는 등 건강에 악영향을 끼치기 때문에 실생활에서 발생하는 암모니아를 제거할 필요성이 있다. 탄소 기반의 촉매는 흡착과 촉매 작용으로 암모니아를 저감시키는데 이용될 수 있다. 다양한 탄소 물질 중, 열분해 부산물인 바이오촤를 활성화하거나 금속을 담지시키면 촉매로 활용할 수 있다. 본 연구에서는 다양한 바이오촤를 이용하여 암모니아 저감효율을 비교하였다. 반응기로는 Tedlar Bag을 이용하였고, 반응기 속 암모니아 농도를 맞추기 위해 NH₃/N₂ Balance 가스를 이용하였다. ^**이 논문은 2015년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단-나노·소재 기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(No. NRF-2015M3A7B4049714)