CC BY
26
УДК 661.183.2
Со Вин Мьинт, Зин Мое, Нистратов А.В., Клушин В.Н.
АДСОРБЦИОННОАКТИВНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ РИСОВОЙ ШЕЛУХИ И ОБОЛОЧЕК СЕМЯН МАНГО
Со Вин Мьинт, докторант кафедры промышленной экологии;
e-mail: [email protected]
Зин Мое, аспирант кафедры промышленной экологии;
Нистратов Алексей Викторович, к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии; Клушин Виталий Николаевич, д.т.н., профессор кафедры промышленной экологии, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Охарактеризованы образующиеся в Мьянме отходы очистки зерна риса (рисовой шелухи - РШ) и переработки плодов одной из важнейших разновидностей выращиваемых фруктов (оболочек семян манго - ОСМ). Отмечена принципиальная возможность использования подобных отходов для получения углеродных адсорбентов. Выявлены рациональные условия пиролиза отходов и активации полученных карбонизатов водяным паром. Анализом свойств целевых продуктов установлено их сравнительно невысокое качество, как адсорбентов. Обработкой карбонизата РШ щелочью получен углеродный остаток, химическая активация которого с ZnCl2, как и таковая ОСМ, обеспечивает получение углеродных адсорбентов существенно более высокого качества. Приведены оптимальные условия реализации названных операций и технические показатели их целевых продуктов.
Ключевые слова: отходы пищевых производств Мьянмы, рисовая шелуха, оболочки семян манго, пиролиз, активация водяным паром, сепарация кремния из карбонизата рисовой шелухи его обработкой щелочью, химическая активация целевого продукта сепарации и оболочек семян манго хлоридом цинка, свойства полученных адсорбентов
ADSORPTIONALLY ACTIVE DERIVATIVES OF RICE HUSK AND MANGO SEED SHELLS
Saw Win Myint, Zin Moe, Nistratov Alexey Viktorovich, Klushin Vitaly Nikolaevich. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
The wastes generated in Myanmar for cleaning rice grains (rice husk - RH) and processing fruits of one of the most important varieties of cultivated fruits (shells of mango seeds - SM) are characterized. The fundamental possibility of using such waste to produce carbon adsorbents is noted. Rational conditions for the pyrolysis of wastes and activation of the resulting carbonizates with water vapor were revealed. An analysis of the properties of the target products revealed their relatively low quality as adsorbents. Processing alkaline carbonate of RH with alkali yielded a carbon residue, the chemical activation of which with ZnCl2, as well as that of SM, provides carbon adsorbents of substantially higher quality. The optimal conditions for the implementation of these operations and the technical indicators of their target products are given.
Keywords: waste products from Myanmar food production, rice husk, shells of mango seeds, pyrolysis, steam activation, silicon separation from rice husk carbonizate by alkali treatment, chemical activation of the target product of separation and shells of mango seeds with zinc chloride, properties of the obtained adsorbents .
Согласно имеющимся прогнозам [1], производство риса в Бирме (ныне называемой Республикой Союз Мьянма) в 2019/2020 г. увеличится в связи с привлекательными ценами на него, ожиданиями благоприятной погоды и расширением фермерами посевных площадей под эту важную для страны пищевую культуру. При этом вероятно, что общий объем экспорта риса из страны в 2019/2020 г. останется на том же уровне, что и в 2018/2019 г., составляя примерно 3,0 млн. тонн, хотя потенциал его рынка в Европейской корпорации будет несколько утрачен, но компенсирован увеличением рыночного потенциала в Китае. Ожидается также, что внутреннее потребление обмолоченного рисового зерна в 2019/2020 г.
вырастет до 10,25 млн. тонн из-за растущего спроса на него со стороны животноводства, особенно связанного с выращиванием домашней птицы, и более высоких цен на кукурузу. Кроме того, поскольку типичная пищевая диета в Мьянме диверсифицируется, годовое потребление риса населения претерпевает снижение до 175 кг для сельских и до 150 кг для городских домашних хозяйств. Наряду с этим, хотя население и потребляет меньше риса, торговые источники информации отмечают [2], что прогрессивно увеличивающийся спрос на рис высшего качества за последние три года (2017-2019 гг.) фактически обусловил рост внутренних цен на рис в целом.
На недавней продовольственной выставке ТНАШЕХ (Международная выставка-продажа продуктов питания и напитков, общественного питания, технологий питания, гостиничного сервиса и розничной торговли и франшизы) в Бангкоке министерство сельского хозяйства Мьянмы представило три вида плодов местных сортов манго (Сейн Талон, Шве Хин Тар и Инь Кве), характеризующихся уникальными вкусовыми качествами. Мьянма располагает около 80 000 га плантаций манго, на которых выращивают примерно 500000 тонн в сезон плодов различных его сортов, что составляет около 1,9 % мирового производства манго [3, 4]. Следует отметить, что и другие компоненты манговых деревьев могут быть полезными. Так, в Мьянме их листья употребляют в пищу как овощи, хорошо сочетающиеся с рыбой. Древесина манго весьма красочна и имеет множество оттенков, что обусловливает ее использование при изготовлении мебели [5].
В отличие от других тропических плодовых растений, культура манго распределена в мире неравномерно, и большая часть общего объема ежегодного сбора урожая (~ 77 %) приходится на тропические регионы Азии [6]. Употребляют манго, главным образом, в свежем виде, а также используют для приготовления джемов, желе, коктейлей, соусов, соков. Большой популярностью на мировом рынке пользуются консервированные по современным технологиям плоды манго, в том числе замороженные и сушеные. Согласно последним медицинским исследованиям употребление манго препятствует развитию раковых клеток в организме. Плоды манго чрезвычайно полезны для больных ревматизмом, диареей и диабетом. Их ежедневное употребление обеспечивает организм всеми необходимыми минеральными веществами. Регулярное питье сока манго, смешанного с соком моркови, предотвращает образование камней в почках. Мякоть плодов способствует лучшему перевариванию пищи и рекомендуется при различных желудочных заболеваниях [7]. Приведенные факты указывают на значимость выращивания манго в Мьянме и сопредельных странах.
При указанном объеме урожая риса в республике масштабы образования наиболее
массовых отходов его переработки в виде рисовой шелухи (РШ) близки 600 тыс. т в год [8, 9]. Отходы предприятий и производств продовольственной ориентации, занятых переработкой плодов манго, значительная часть которых представлена оболочками их семян (ОСМ), гораздо менее масштабны, но столь же обременительны, как и названные отходы лущения риса, что обусловливает необходимость изыскания рациональных
направлений их использования.
Одним из таких направлений, как свидетельствуют доступные сведения [10-14], может являться получение углеродных адсорбентов. Это обстоятельство обусловило целесообразность оценки эффективности использования с этой целью названных отходов национальных пищевых производств путем их пиролиза и активации получаемых карбонизатов водяным паром. В выполненных с этой целью исследованиях авторов определены целесообразные условия осуществления стадий пиролиза и активации перерабатываемых материалов наряду с выходами и структурно-адсорбционными характеристиками получаемых продуктов [15, 16], выраженными для обоих карбонизатов в таблице 1 числителями соответствующих дробных показателей - величин адсорбции красителя метиленового голубого (МГ) и йода (12) из их растворов, суммарного объема пор по воде (У^), объемов сорбирующих пор (Vs) по парам Н20, СС14 и С6Н6. Полученные данные о названных величинах продуктов активации карбонизатов водяным паром свидетельствует о сравнительно невысоком качестве характеризуемых адсорбентов [17].
С целью установления перспектив улучшения качества активных углей на базе характеризуемых отходов в рекомендованных условиях [14] выполнена обработка карбонизата рисовой шелухи щелочью с получением концентрированного по содержанию углерода остатка. Путем химической активации с ZnQ2 этого остатка, как и таковой собственно ОСМ, при отношении пропитки «активатор:материал = 1:1» обеспечено получение углеродных адсорбентов существенно более высокого качества, о чем свидетельствуют данные знаменателей дробных показателей таблицы 1.
Таблица 1. Технические показатели полученных на базе рисовой шелухи и оболочек семян манго в оптимальных условиях карбонизатов (числитель) и активных углей химической активации (знаменатель)
Сырье 12, мг/г МГ, мг/г У^, см3/г У^Н20, см3/г У^С6Н6, м3/г У^СС14, см3/г Выход, %
РШ 68/340 160/635 1,0/1,0 0,06/0,06 0,09/0,28 0,06/0,22 50/25
ОСМ 29/58 4/21 0,9/1,0 0,13/0,11 0,17/0,19 0,05/0,12 45/35
Таким образом, химическая активация представляется более перспективным направлением переработки рассматриваемых отходов на углеродные адсорбенты, в связи с чем требует дальнейших более детальных исследований, ориентированных на оптимизацию этой технологии.
Список литературы
1. Farmers work to grow export-quality mangoes [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.mmtimes.com/national-news/6345-farmers-work-to-grow-export-quality-mangoes.html (дата обращения: 13.07.2009).
2. Сорта и свойства манго [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www. activestudy.info/sorta-i-svoj stva-mango/ (дата обращения: 01.04.2018).
3. Mango Season Started in Myanmar [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.newswire.com/news/mango-season-started-in-myanmar-20471415 (дата обращения 10.03.2018).
4. Транспортировка и хранение тропических плодов [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www. activestudy.info/sorta-i-svoj stva-mango/ (дата обращения: 01.04.2018).
5. Rachel Nelson, agricultural affair officer. Swe Mon Aung, agricultural specialist. Global agricultural information network [Электронный ресурс] Режим доступа:
https://apps.fas.usda.gov/newgainapi/api/report/downloa dreportbyfilename?filename=Grain%20and%20Feed%2 OAnnual Rangoon Burma%20-%20Union%20of 4-11-2019.pdf (дата обращения: 28.03.2019).
6. Ефремова С.В., Сухарников Ю.И., Бунчук Л.В. и др. Переработка рисовой шелухи с получением новых материалов полифункционального назначения [Электронный ресурс] Режим доступа:
https://waste.ua/cooperation/2008/theses/efremova.html (дата обращения: 10.03.2019)
7. Яковлев В.А., Елецкий П.М., Пармон В.Н. Способ получения наноструктурированного углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью. Патент РФ № 2311227. Опубл. 27.11.2007. Бюлл. № 33.
8. Елецкий П.М. Синтез и исследование углерод-кремнеземных нанокомпозитов, мезо- и микропористых углеродных материалов из высокозольной биомассы. Дисс. к.х.н. Новосибирск, 2009. - 115 с.
9. Akpen G.D., Nwaogazie I.L., Leton T.G.. Adsorption characteristics of mango (Magnifera indica) seed shell activated carbon for removing phenol from wastewater // Journal of Applied Science and Technology, 2014, vol. 19, № 1 и 2, р. 43-48.
10. Aung Htut Thu, A.I. Zakharov. Preparation of inorganic binder for cold-hardening mixtures// Refractories and Industrial Cereamics. 2018, v. 59, Issue 3, pp. 313-317.
11. Тху Аунг Си, Вин Мьинт Со, Клушин В.Н. и др. Исследование пористой структуры активного угля из рисовой шелухи // Сорбционные и хроматографиические процессы. 2017, т. 17, № 1, с. 916-923.
12. Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт и др. Технологические аспекты и показатели переработки отходов древесины железного дерева и оболочек семян манго на углеродные адсорбенты // Химическая промышленность сегодня, 2018, № 4, с. 28-34.
13. Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт и др. Углеродные адсорбенты на базе растительных отходов Мьянмы как средства очистки производственных выбросов и сбросов // Сорбционные и хроматографические процессы, 2019, т. 19, № 5, с. 574-581.
