Investigation of Carbonization Mechanism of Wood(I)

목재의 탄화기구 해석(I)

  • Kwon, Sung-Min (College of Forest Sciences, Kangwon National University) ;
  • Kim, Nam-Hun (College of Forest Sciences, Kangwon National University)
  • 권성민 (강원대학교 산림과학대학) ;
  • 김남훈 (강원대학교 산림과학대학)
  • Received : 2006.03.21
  • Accepted : 2006.04.14
  • Published : 2006.05.25

Abstract

The object of this study was to investigate the carbonization of Quercus variabilis wood samples in pyrolysis system at temperature ranging from 250 to $740^{\circ}C$ to contribute to the knowledge of wood carbonization mechanism. Volume of wood sample decreased with increasing the carbonization temperature, and checks were developed along with radial direction. Weight loss increased with increasing carbonization temperature. During carbonization, tangential direction showed higher shrinkage of vessel diameter than radial direction. SEM observation indicated that the cell walls in wood fibers and parenchyma cells presented the layering structure at $250^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$. However, the cross section of cell walls at $340^{\circ}C$ and over showed an amorphous- like structure without cell wall layering. X-ray diffraction presented that the cellulose crystalline substance was still remained in carbonization temperature at $340^{\circ}C$, but it was not detected at $540^{\circ}C$ and over.

목재의 탄화기구를 이해하기 위하여 굴참나무재를 사용하여 $250{\sim}740^{\circ}C$의 온도조건에서 탄화하였다. 탄화온도가 높아질수록 시험체의 부피는 수축하였고, 방사 방향으로 할렬이 발생하였다. 탄화온도가 증가함에 따라 목탄의 중량감소율은 증가되었으며, 특히 탄화온도 $300{\sim}340^{\circ}C$에서 급격히 증가하는 경향이 나타났다. 목재의 도관은 탄화 시 방사방향보다 접선방향으로 매우 크게 수축하였다. 탄화온도 $250{\sim}300^{\circ}C$의 경우, 목섬유나 도관 주위의 유세포들이 탄화되지 않은 세포벽 형태를 보여주었다. 그러나 탄화온도 $340^{\circ}C$이상에서는 세포벽층이 매끄러운 비결정형인 목탄의 형태가 관찰되기 시작하였다. 탄화온도 $300^{\circ}C$까지는 목재 셀룰로오스의 결정성이 남아있었으나 $340^{\circ}C$ 이상에서는 비결정성으로 변화되고 있는 것이 관찰되었다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 학술진흥재단

References

  1. Angeles, G. 2001. New techniques for the anatomical study of charcoalfied wood. IAWA J. 22(3): 245-254 https://doi.org/10.1163/22941932-90000282
  2. Beall, F, C, P. R. Blankenhorn, and G. R. Moore. 1974. Carbonized wood-physical proporties and uses as an SEM preparation. Wood Science 6: 212-219
  3. Ercin, D. and T. Yuda. 2003. Carbonization of Fir(Abies bornmulleriana) wood in an open pyrolysis system at $5G-300^{circ}C$ Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 67: 11-22 https://doi.org/10.1016/S0165-2370(02)00011-6
  4. Kim, N. H. and R. B. Hanna. 2006. Morphological characteristics of Quercus varisbilis charcoal prepared at different temperatures. Wood Sci Technol. (in press)
  5. Kumar, M, R.C Gupta, and T. Sharma 1992 Effect of carbonization conditions on the yield and chemical composition of Acacia and Eucalyptus wood chars. Biomass and Bioenergy. 3(16): 411-417 https://doi.org/10.1016/0961-9534(92)90037-Q
  6. Kumar, M and R. C Gupta. 1995. Scanning electron microscopic study of acacia and eucalyptus wood chars. Journal of Materials Science.30: 544-551 https://doi.org/10.1007/BF00354423
  7. Prior, J. and K. L. Alvin, 1983. Structure changes on charring of dichrostashys and salix from southern Africa IAWA J. 4(4): 197- 206 https://doi.org/10.1163/22941932-90000782
  8. Prior, J. and P. Gasson. 1993. Anatomical changes on charring six African hardwoods. IAWA J. 14(1): 77-86 https://doi.org/10.1163/22941932-90000579
  9. Slocum, D. H., E. A. McGinnes, and Jr., F. C Beall. 1978. Charcoal Yield, Shrinkage, and Density Changes During Carbonization of Oak and Hickory Woods. Wood Science 11(1): 42-47
  10. 권구중, 황원중, 박형수, 이성재, 김병로, 김남훈 . 2001. 전 통식 탄화로에서 제탄된 목탄의 특성( I ). 2001학술발표 논문집. 한국목재공학회 309-314
  11. 김병로, 공석우. 1999. 마이용 목질폐잔재의 탄화이용개 발(I)- 수종의 간별재 탄화와 탄화물의 특성 - 한국목재 공학 27(2): 70-77
  12. 심종섭, 이화형, 임기표, 조남석, 조병묵. 1994. 임산화학. 향문사. 344-353
  13. 임업연구원 . 2000. 임업경제동향연차보고서. 임업연구원 연구자료 제 167호. 155-158
  14. 조남석, 이종윤, 윤병호, 황병호. 1992. 목재화학. 영남대 학교출판부 1-17
  15. 황병호 外 11人.. 1998. 목질바이오매스. 선진문화사 49-50, 70-87