CC BY
18
УДК 665.6:661.183.2
Зин Мое, Наинг Линн Сое, Со Вин Мьинт, В. Н. Клушин*
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., 9 * e-mail: [email protected]
АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ОТХОДОВ КОНСЕРВИРОВАНИЯ ПЛОДОВ МАНГО
Обсуждены термограммы отходов консервирования плодов манго, полученные при их нагревании в токе азота и в воздушной атмосфере. Выявлены особенности процессов термической деструкции и термического окисления этих материалов. Приведены предложения по величине целесообразной температурной области пиролитического воздействия на такие отходы с позиций возможного получения карбонизата для производства активных углей. Дана количественная оценка последствий случайного кратковременного контакта подвергаемого термической деструкции материала с атмосферным воздухом.
Ключевые слова: отходы консервирования плодов манго; пиролиз; термическое окисление; термогравиметрия: дифференциальный термический анализ.
При разделывании плодов манго в процессах их консервирования в пищевых производствах республики Союз Мьянма образуются значительные массы не находящих полезного использования и по этой причине обременительных отходов, требующих затрат на их удаление и обезвреживание. Наряду с этим имеются сведения о возможности использования подобных отходов для получения активных углей, ориентированных на очистку производственных сточных вод [1, 2]. Это обстоятельство предопределяет рациональность оценки пригодности для названного производства указанных отходов республики Союз Мьянма. Важную исходную информацию для этого обеспечивает использование термографического анализа. Полученные нами термограммы растертого до состояния порошка воздушно-сухого отхода переработки (разделывания) плодов манго перед их консервированием представлены на рис. 1.
Рис. 1. Термограммы отхода
Нагрев осуществлен до 900 оС в течение 100 минут в токе азота (1, навеска 458,8 мг) и воздуха (2, навеска 377,2 мг), на шкале ТГ цена каждого деления составляет 50мг.
Кривая термогравиметрии ТГ1 в нижней части термограммы, цена деления которой составляет 50 мг, свидетельствует, что в защитной атмосфере испытуемый образец начинает терять массу (согласно температурной кривой Т1 в верхней части термограммы, каждая горизонталь которой соответствует 100 оС) при ~30 оС. Эта потеря вначале прогрессивно ускоряется (в интервале —3070 оС), а затем еще более (но практически равномерно) увеличивается до ~125 оС. В районе этой температуры интенсивность сокращения массы образца резко замедляется, а при ~240 оС вновь резко увеличивается, приобретая на участке —260350 оС практически обрывной линейный характер. На отрезке ~350-640 оС масса образца сокращается существенно более медленно, но прогрессивно, трансформируясь выше ~640 оС практически в прямолинейную вплоть до ~900 оС.
Суммарная потеря образцом массы за весь период нагревания в соответствии с кривой ТГ1 составляет ~455 мг, обусловливая остаток в раскаленном тигле равным ~3,8 мг и степень деструкции испытуемого материала 99,17 %. Наряду с этим в остывшем в воздушной атмосфере тигле масса остатка составила 9,6 мг, что указывает на окисление раскаленного материала при его остывании до комнатной температуры.
Кривая ДТГ1 имеет два отклонения вниз от основной линии в области, соответствующей прогрессивно увеличивающейся потере образцом массы. Минимум первого из них соответствует —100 оС. Форма второго более сложна: ее характеризуют перегибы при —250, 305 и 325 оС и минимум, соответствующий —295 оС. Выше —370 оС эта кривая следует основной линии.
Кривую дифференциального термического анализа ДТА1 в низкотемпературной области нагревания образца характеризуют два
эндотермических отклонения. Первое из них весьма слабое. Его плавный выгиб имеет место при практически комнатной температуре. Второе существенно более глубоко и имеет четко выраженный минимум при —110 оС. Это эндотермическое отклонение перекрывает в районе —180 оС гораздо больший по величине экзотермический эффект сложной формы. Этот эффект характеризует целый ряд перегибов кривой ДТА1 (при —230, 335, 530, 620, 660, 695, 730, 780, 810, 860 и 890 оС) и два абсолютных максимума при —300 и 365 оС. Многочисленность этих проявлений указывает на комплексный характер термической деструкции анализируемого материала
Зависимость от температуры и времени кривой ТГ2 весьма схожа с таковой для кривой ТГ1. Наиболее существенные ее отличия заключаются в некотором смещении ряда перечисленных выше характеристик кривой ТГ1 в сторону увеличения температуры и длительности процесса, а также в различии форм кривых ТГ1 и ТГ2 в высокотемпературной области термограмм. Кривая ТГ2 здесь последовательно демонстрирует прогрессивно замедляющееся сокращение массы образца (в интервале —360-580 оС), ее равномерное падение (в области —580-715 оС), а также три завершающих отрезка прогрессивно затухающей интенсивности (в области —715-770, —770-790 и —790-900 оС соответственно). Убыль массы образца при его испытании составляет согласно кривой ТГ2 —382,5 мг, что очевидно связано с определенным ее приростом вследствие окисления содержащихся в нем элементов. Остаток в остывшем тигле составил 7 мг.
Вид кривой ДТГ2 также весьма схож по форме с кривой ДТГ1. Однако минимум первого отклонения вниз от основной линии для кривой ДТГ2 на —3 -4 оС сдвинут вправо, форму второго отклонения характеризуют перегибы при —260 и 310 оС и минимум, соответствующий —290 оС. Выше —365 оС эта кривая следует основной линии, претерпевая очередное слабое и довольно размытое (в области —780-970 оС) отклонение вниз с нечетко выраженным минимумом при —795 оС.
Существенные отличия от кривой ДТА1 характеризуют и кривую ДТА2, особенно
проявляющиеся в высокотемпературной области обеих термограмм. В основном они сводятся к некоторым смещениям на кривой ДТА2 в сторону более высоких температур минимумов первых двух эндотермических эффектов, соответствующих потере испытуемым образцом влаги, и абсолютных максимумов нисходящей ветви кривой ДТА2, размеру проявляемого экзотермического эффекта и форме его нисходящей ветви с отличными от кривой ДТА1 перегибами при ~340, 460, 520, 580, 620, 685, 785, 800, 810, 840, 865 и 880 оС. В сопоставлении с отмеченными выше особенностями кривой ДТА1 эти факты указывают на существенные различия в механизмах термической и термоокислительной деструкции характеризуемых отходов.
Более четкое представление о сопоставляемых зависимостях ТГ от температуры обеспечивают данные табл. 1.
Охарактеризованные данные позволяют констатировать, что, во-первых, содержание влаги в испытуемом воздушно сухом порошке близко 7,2 %, во-вторых, его зольность достаточно низка и близка 2 % и, в-третьих, испытуемый материал весьма легко окисляем, так как даже в защитной атмосфере баллонного азота, содержащего до 0,5 % кислорода, потери им массы сопоставимы с таковыми при его термическом окислении. Весьма скромные по массе остатки последнего - серо-белые сыпучие крупицы, для защитной атмосферы их цвет светло-серый. Эти же данные указывают на необходимость жесткого контроля герметичности пиролитического реактора при экспериментальном изучении термической переработки характеризуемого отхода в атмосфере паров и газов, обусловленных собственной деструкцией. При этом наиболее целесообразно проведение исследований пиролитического разложения характеризуемого сырья при температурах не ниже 400 оС и, вероятно, в области выше ~500 оС с ожидаемым выходом целевого продукта, не превышающим ~23 % по массе. Следует подчеркнуть, что область температур в интервале 300-600 оС и достаточно близких к нему весьма характерна для пиролиза с указанной целью широкого круга растительных отходов сельскохозяйственного происхождения, а также разнообразных древесных отходов [3-5].
Таблица 1. Выраженные в процентах величины потери массы испытуемым образцом в зависимости от температуры и
Атмосфера испытания Деструкция образца (% масс.) при температуре (оС):
20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Азот 0 4,14 7,95 34,11 68,98 77,05 85,11 87,51 91,87 99,20
Воздух 0 4,24 7,82 33,40 68,27 77,54 83,51 88,02 93,72 +1,40
Зин Мое, аспирант кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Наинг Линн Сое, аспирант кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Со Вин Мьинт, аспирант кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Клушин Виталий Николаевич, д.т.н., профессор, профессор кафедры Промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Akpen G.D., Nwaogazie I.L., Leton T.G. Optimum condition of color removal from waste water by mango sеed shell based activated carbon // Indian Journal of Sience and Tеchnology, 2011, vol. 4, No. 8, pp. 890-894.
2. Akpen G.D., Nwaogazie I.L., Leton T.G. Adsorption characteristics of mango sеed shell activated carbon for removing phenol from wastewater // Journal of applied science and technology, 2014, vol, 19, No. 1-2, pp. 43-48.
3. Активированный уголь: производство из косточек фруктов, опилок, отходов с/х. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.asia-business.ru/torg/mini-factory/coal/activated/ activated 1147.html (дата обращения 18.04.14).
4. Хоанг К.Б., Тимофеев В.С., Темкин О.Н., Шафаров И.Г. Патент РФ № 2237013 Способ приготовления активированного угля из растительного сырья. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://bankpatenttov.ru/node/96409. http://www.findpatent.ru/patent/223/2237013.html (дата обращения 20.05.16).
5. Голубев В.П., Мухин В.М., Тамамьян А.Н. и др. Патент РФ № 2111923 Способ получения активного угля из косточек плодов и скорлупы орехов. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.findpatent.ru/pftent/211/2111923.htnl (дата обращения 27.11.15).
ZinMoe, NaingLinn Soe, Saw WinMyint, V.NKhluchin*
D. Mendekev University of Chemical Technology of Russia 124047, Moscow, Miusskaya Square, 9 *e-mail: [email protected]
ANALYSIS OF PROCESS OF THERMAL AND THERMO-OXIDATION DEGRADATION OF CANNING OF MANGO FRUITS' WASTE
Abstract
Discussion about thermogram of waste canning mango fruits obtained by heating in a stream of nitrogen and in air. Special detection for the process of thermal degration and thermal oxidation of these materials. Offers on the value of the temperature range suitable pyrolytic effects on the waste from the point of receipt carbonizate possible for the production of activated carbons. A quantitative assessment of the consequences of inadvertent short-term contact subjected to thermal degradation of the material with the ambient air.
Key words: waste canning mango fruits; pyrolysis; thermal oxidation; thermogravimetry; differential thermal analysis.
