CC BY
19ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ
УДК 621.3
К- Асцарулы1, С. Азат2'3 КУР1Ш КАУЫЗЫНАН ТАЗА КРЕМНИЙ ОКСИД1Н АЛУ ТЕХНОЛОГИЯСЫН ЖАСАУ
1Каныш Сэтбаев атындагы Казак ¥лттык техникалык зерттеу университет^ 050013, Сэтбаев к. 22а, Алматы, Казакстан 2 эл-Фараби атындагы Казак ¥лттык Университету 050040, эль-Фараби д., 71, Алматы, Казакстан 3 Жану проблемаларыныц институты, 050012, Бвгенбай батыр к., 172, Алматы, Казакстан, e-mail: seytkhan.azat@gmail.com Аннотация. Бул зерттеу Каза^станныц эртYрлi ещрлершен шьщк;ан ^рштщ к;ауызынан жогары сапалы, таза кремнии оксидш ендiрудщ жаца эдiсiн эзiрлеуге багытталган. ¥сынылган эдiс экологиялы; таза жэне эдебиетте сипатталган беиорганикалы; сытыер мен ;ыш;ылдардыц аитарлы;таи мелшерiн ;олдануда жэне тiкелеИ жару эдiсiмен салыстырылады. Коршаган ортага эсерiн азаиту Yшiн минералды ;ыш;ылмен алдын ала ецдеу сатысы жойылган немесе алдын ала ецдеуде органикалы; ;ыш;ылмен ауыстырылды. Термогравиметриялы; талдау негiзiнде 600°C кальцинация температурасы тацдалды. Эр тYрлi эдiстермен алынган кремнии оксидтершщ Yлriлершщ орташа тазалыгы 84,5-нан 99,66 %-га деИiн барды. Экологиялы; эдiстi паидалана отырып, алынган кремнии оксидшщ тазалыгы жогары болды жэне бетшщ ауданы 625 м2/г деИiн жеттi.
ТYйiндi свздер: ^рш ;ауызы, туз ;ыш;ылы, кремнии, оксид кремнии, БЭТ.
К1Р1СПЕ
КYрiш - элемдегi екiншi iрi асты; болып есептелiнедi. Азы;^лж жэне ауыл шаруашылы; уиымы мэлiметтерi боиынша 2016 жылы жаhанды; кYрiш ендiрiсi 748*106 тоннаны ;урады, ал Каза;станда ендiрiс H^aHi 291*103 тоннаны ;урады. КYрiш ендiрiсi жаhанды; экономиканыц аграрлы; секторындагы жумыс кYшiнiц 50 % -ынан астамын алады, ал кYрiш тутынушыларыныц сураныстары жыл саиын артып келед^ ФАО болжамдарына сэикес, 2020 жылга ;араи сураныс 781*106 тоннаны курайды жэне бидайга цараганда сураныс 2-3 % артады. Каза;станда кYрiш еару негiзiнен оцтYстiкте, Кызылорда облысыныц Сырдария езенiнiц теменгi жа;тауларында дамыган. Каза;стан Республикасы Ауыл шаруашылыгы министрлiгiнiц мэлiметiнше, кYрiш ендiрiсiнiц негiзгi ецiрлерi - Кызылорда (784*102 м2), Алматы облысы (111*102 м2) жэне ОцтYстiк Каза;стан облысы (30*102 м2).
КYрiш ;ауызы (КК) - бул Кытаи, Yндiстан, Бангладеш, Бразилия, АКШ жэне Каза;стан сия;ты елдерде кец таралган ауыл шаруашылы; калдыктары болып саналады. ^рш ендiруде ;урамында шамамен 20 % салма;;а жуы; кYрiш ;ауызы бар. КК ^рш есiру аима;тарында ;алды;-тармен баиланысты проблема болып табылады, ал кYрiш есiру аимагын кецеиту Yшiн кYрiш ;ауызын бас;аруда [1] жаца тэалдерш эзiрлеудi талап етед^ Каза;станда кYрiш ;ауызыныц калдыктарыныц болжам-ды енiмi шамамен 64*102 тоннаны ;ураиды. КYрiш ;ауызын бас;ару мацызды жэне мультифакторлы; проблема болып табылады, ал кэдеге жарату жэне ;аита ецдеу непзп ма;сат болуга тшс. ДэстYP эдiсi боиынша, кYрiш ;ауызы ертелетiн немесе кокыска тасталатын болган, бiрак ;оршаган ортаны ;оргау ережелерi бул тэжiрибенi шектедi. Дегенменде, казiргi тацда элi кYнге деИiн бул эдк ;олданылады, эсiресе,
кедей жэне дамушы елдерде крршаган ортага жэне денсаулыкка керi эсерiн берiп жатыр [2]. Электр куатын eндiру Yшiн жанармайдыц орнына кYрiш кауызын пайдалану - кептеген салаларда колданылатын шешiм. Алайда, бул кYрiш кауызыныц кYлi сйякты калдьщтарды сыртка шыгару-да. КYрiш кауызыныц курамында кремнййдiц кeптiгiне байланысты сйлйкаттар мен кремнеземдiк матерйалдарды eндiру Yшiн
экономйкалык тйiмдi шйкiзат болып саналады. КYрiш кышкылы бiрнеше секторларда белсендiрiлген кeмiрдi сйнтездеу Yшiн бетон, электр станцйяларына арналган отын сйякты курылыс матерйалдарында пайдала-нылды, сонымен катар адсорбент ретiнде органйкалык боягыштар, фосфаттар, нйтраттар жэне агынды сулардан ауыр металдарды жою Yшiн пайдаланылды [3-9].
К^ темен коректiк кундылыкпен, хймйялык жэне фйзйкалык тeзiм-дШкпен, тeмен тыгыздыгы мен кYлдiц ^п мeлшерлiгiмен сйпатталады. ^ауыздыц негiзгi компоненттерi -органйкалык косылыстар (шамамен 75 %) целлюлоза, гемйкеллулоза, лйгнйн) жэне кремнйй дйоксйдi (шамамен 15 %) [10]. Кремнйй - К^-дыц негiзгi мйнералды компонентi болып табылады. Оныц курамында калйй, натрйй, магнйй, кальцйй, темiр, фосфор жэне тагы баска элементтердiц аз мeлшерi бар [11]. КYрiш кауызыныц кYлi мен курш кауызыныц курамын-дагы eзгерiстер [12] пайдаланылатын ауыл шаруашылыгы эдiстерiмен (пайдаланылатын тыцайткыштардыц кeлемi мен тYрi) клйматтык, географйялык факторларга байланысты болып табылады. Курш кауызы кYлiнiц курамы eзгерiп отырса да, кремнйй курамыныц мeлшерi 91-ден 93 %-га дейiн eзгередi. Кремнййдiц кeптiгiне байланысты кYрiш кауызы сйлйкаттар мен кремнеземдж
матерйалдарды eндiру Yшiн экономйкалык тйiмдi шйкiзат болуы мYмкiн [13]. ^ызу температурасы (кYЙдiру), тeзу уакыты жэне колданылатын алдын-ала eцдеу эдiстерi алынган кремнййдiц сапасына эсер етедi. 500-650°С температура кезшде 2,5-6 сагат бойы жанып турган кYрiш кауызынан алынатын кремнйй непзшен аморфты болып табылады, ал кыздыру температурасы 700°С жогары болган кезде крйсталлйдтерге жетедi. Крйсталды кремнйй керамйка, болат, жылу окшаулау жэне отка тeзiмдi кiрпiштер [14] жэне бетон eнеркэсiбiн-де [13] колданылады, аморфты кремнезем бетон eндiрiсiнде [15], целлюлоза жэне кагаз eнеркэсiбi [16], зертханалык шыны ыдыс [17], адсорбенттерде [18] колданудыц элдекайда кец спектрш табады. Аэрогель [19], кремнйй карбидi [20], зеолйт [21] жэне баска да тYрлi косылыс eнiмдерi курш кауызынан алынган [22]. Осылайша, курш кауызынан калган кYлдерi мен калдыктары кремнеземдi eндiру Yшiн экономйкалык тиiмдi шйкiзат ретiнде карастырылады [23]. Дегенменде, курш кауызыныц бiрнеше
матерйалдардыц кайнар кeзi ретiнде потенцйалды пайдаланылуына кара-мастан, оны eцдеу кейде Yнемсiз немесе экологйялык таза емес болып келедi [24]. Кремнййдi eцдеуде курш кауызы мен кYрiш кауызыныц кYлi аркылы eцделетiн эдiстерiнiц кыскаша сйпаттамасын [25] табуга болады жэне эдетте кышкыл мен термйялык eцдеудiц курамына негiзделген.
Бул зерттеу ^азакстанныц курш eсiру аймактарында eсiрiлген кYрiш кауызынан жогары тазалык кремнййi eндiрiсiн сйнтездеудщ жаца эдiстерiн зерттеуге багытталган. Жаца, экологйялык эдк эдебйетте кабылданган дэстYрлi эдiспен салыстырылады. Крршаган ортаныц эсерiн азайту Yшiн алдын ала eцдеу сатысында мйнералды кышкылмен эдетте эдебйетте
калдыкты ке^ру Yшiн пайдаланылады [26], ал бул калдыктарды кетiру лймон кышкылымен немесе алдын ала eцдеумен ауыстырылады, бул сйнтез-деу жэне eцдеу кадамдарында колданылатын хймйялык заттардыц мeлшерiн азайтады. Баска баламалы сйнтез - бул кургак эдiс, ягнй лймон кышкылы ерiтiндiсiн 25 мл [27], 7.5100 мл [28] жэне 16.7-20 мл [29] лймон кышкылы ерiтiндiсiнiц 1 грамм курш кауызымен ерiтiндi етiп пайдалану. Мундай сйнтетйкалык тэсiлдердiц экономйкалык пайдасы да талкы-лануда.
ЗЕРТТЕУ НЫСАНЫ МЕН ЭД1СТЕР1
Курш цауызы
^рш кауызы ^азакстан Республйкасыныц Yш тYрлi кYрiш шаруашылыгынан алынган: кYрiш кауызы 1 - Алматы (Балкаш ауданы, сорты - Регул), курш кауызы 2 -^ызылорда (Сырдарйя ауданы, сорты -^шбасшы) жэне кYрiш кауызы 3 -ОцтYстiк ^азакстан (Жетiсай, сорты - 42). Алынган барлык кYрiш кауызын ластыгын кетiрiп ерiту Yшiн дейонйзацйяланган сумен жуылады, пеште кептiру кезшде буланбас Yшiн тYтiн соргыштыц ауасымен тYнi бойы кептiредi, содан кешн 105°С температурада 8 сагат бойы кеп^ру пешiнде кептiрiледi. Жуылган жэне кеп^рыген кYрiш кауыздарын полйэтйлендi капшыктарда колдан-ганга дейiн бeлме температурасында сакталады (СагЬо1^е, PF 300, Keison, ¥лыбрйтанйя).
К,ышк,ылды вцдеу
Алдын ала кышкылмен eцдеу кYрiш кауызын жумсартады жэне оныц катты курылымыныц жумсаруы аркылы кальцйнацйяны жаксартады. КYрiш кауызын алдын ала eцдеу 2 сагат бойы 90°С температурада жYргiзiлiп Yздiксiз шыны реакторда араластырылады, ол 2М туз
кышкылын 10 % (салмагы/^лем^ [30] колдану аркылы eцделдi. Туз кышкылымен eцделгеннен кейiн ^рш кауызыныц Yлгiлерiн рН 7 дешн дейонйзацйяланган сумен жуылып, 105°С кезшде 8 сагат iшiнде кептiрiлген. Алдын ала лймон кышкылын eцдеуде керамйкалык ыдыска 50 г кYрiш кауызын (жуылган жэне кептiрiлген) жэне лймон кышкылын (лймон кышкылы/100г/кг кYрiш кауызы) араластыруымен жYргiзiлдi. Ыдыста кальцйнацйялану Yшiн пешке салынады. Alyosef айтуы бойынша [27] 80°С температурасында 40 г курш кауызын 5 %-ды 1000 мл лймон кышкылы ерiтiндiсiмен, Umeda [29] жасауы бойынша 50°С температурасында 20 г курш кауызын 5 %-ды 500 мл лймон кышкылы ерiтiндiсiмен жэне Umeda [31] жасауы бойынша 80°С температурасында 30 г ^рш кауызын 1-7 %-ды 500 мл лймон кышкылы ерiтiндiсiмен араласты-рылып кeрсетiл-ген эдiс дымкыл эдктерге караганда кургак эдiс болып есептелшед^
Кальцинациялау
Термогравйметрйялык аналйз-ден алынган эксперйменттiк непз-дерге сYЙенiп, 600°С температураны кальцйнацйя температурасы деп тацдалды. Жуылган жэне кеп^рглген кауызын керамйкалык ыдыска салып жэне пешт пайдаланып 4 сагат бойы ауада кальцйнацйяланды (Carbolite, CWF 1200, Keison, иК). Эр ыдыска 50 грамды кYрiш кауызымен толган. Таза сйлйкатты алу Yшiн, ак ^рш кауызы кYлi жйналды. Бул кальцйнацйя эдiсi туз кышкылымен (эдеттегi эдк) жэне лймон кышкылымен eцделген курш кауызынада пайдаланылды.
Сйнтездеу процедурасына сэйкес келесi белгiлер пайдаланылды:
Тжелей eртелген Yлгiлер К^Т1-3 ^цделген кYрiш кауызы) деп аталады
жэне ККК (курш к;ауызынын, ^л^ -нен алынган кремний Yлгiсi SiO2 Т1-3 деп аталады;
Туз ;ыш;ылынын ендеу Yлгiлерi КК_А1-3 (SiO2_A1-3) жэне лимон ;ыш;ылынын ендеу Yлгiлерi КК_СА1-3 (SiO2 _СА1-3) деп аталады.
Таза силикатты алу
Катты кремнийдi суда еритiн натрий силикатына (НС) аиналдыру Yшiн кальцинациядан кешн жиналган а; кYрiш ;ауызын 90°C температурада 100 мл 2М NaOH-мен 2 сагат Yздiксiз араластырды;. Натрии силикаты ерiтiндiлерi ерiмеИтiн ;алды;тарды жэне кемiртегi ;алды;тарын (;ара кYл) жою Yшiн целлюлозалы; мембрана сYзгiсiнен (Millipore, 0.45 м) сYзгiлендi. Содан кешн натрии силикатымен 2М туз ;ыш;ылын тура;ты араласты-румен ерiмеИтiн кремнии ;ыш;ылына аИналдырды;. Сонгы енiм ретшде оны ысты; деионизацияланган сумен рН 7 дешн жуып, содан кешн пеште 4 сагат боиы 105°С температурада кептiрдiк.
Сипаттамасы
Термалды анализ азот атмосфера-сында 50-ден 950°C деИiнгi температу-ралы; диапазонда минималды температура диапазонында 10°C ;ыздыру температурасымен Perkin Elmer STA 6000 кемепмен жYргiзiлдi. Рентгенограммалар (XRD) 2 10-90° диапазонында 0.02°С сканерлеу жылдамдыгы бар CuK сэулелену кезi бар Rigaku дифракция жYЙесi (SmartLab рентген) кемегiмен жазылган. Yлгiлердi ба;ылап отыру Yшiн электронды микроскопты сканерлеу (SEM, FEI Quanta 3D) паИдаланылды. Инфра;ызыл спектрлердi жинау Yшiн атласты тол;ыннын толы;тыгы темендеген (TTT) шаш;ышымен бiрге Nicolet 6700 FT инфра;ызыл спектрометрi (Thermo Scientific) паидаланылды. Brunauer-Emmett-Teller (BET) бетiнiн ауданы жэне кремнии кеуектiлiгi мелшерi N2 адсорбция-сынын елшемдерiнен аны;талды.
Yлгiлер кез-келген ылгалды немесе сiнiрiлетiн ластауыштарды жоюга деИiн 150°C температурада 10 сагат боиы газсыздандырылды. Алынган кремниИдщ химиялы; ;урамы PANalytical Axious mAX куралы ар;ылы рентген флуоресценциясы (XRF) ар;ы-лы зерттелдi.
ЗЕРТТЕУ НЭТИЖЕЛЕР1 ЖЭНЕ ОЛАРДЫ ТАЛКЫЛАУ 1 суретте курш ;ауызынын салмагы термогравиметриялы; ана-лизден кеИiн жогалганы керсетiлген. Бастап;ы салма; жогалту 50-150°С температурада ылгалдьщ булануымен баИланысты. 210°С-дан 360°C температурасында салма; жогалту тез жэне манызды эрi негiзгi органикалы; компонент ретшде гемикеллулозды целлюлозанын термиялы; ыдырауына баИланысты [26]. Дифференциалды; термогравиметрия ;исы;тары барлы; Yлгiлер Yшiн 330-360°C ау;ымында шынды керсетед^ ал нэтижелер кYрiш ;ауызымен мен кYрiш ;ауызынын кYлi Yшiн эдебиеттерге [1] у;сас. Термалды талдаудын аИырмашылыгынын эно-термиялы; шыны 345°C температурасында аргон атмосферасындагы жылу целлюлоза унта;тары ар;ылы баИ;алады, бул кем1р;ышк;ылдандыру-дын кYИдiрмеуiне баИланысты [29]. Yшiншi жаппаИ жогалту, ягни шамамен 30 масса салмагы жалпы массадан алганда, бул 380°C-тан басталады, барлы; Yлгiлердегi температуралы; диапазонга цараганда ерекшеленедi жэне лингиннiн 380°C жэне 600 (КК2 Yшiн 800°C) бiртiндеп ыдырауымен баИланысты. КYрiш ;ауызынын 1 жэне 3 термиялы; профильдерi бiрдеИ жэне Yлгiлердiн салмагы 560°С жэне одан жогары температурада тура;танды-рылган. Курш ;ауызы 2-шi улгiсiнiн жылу профилшдеп аИырмашылыгы кYрiш сорттарынын аИырмашы-лыгымен, сондаИ-а; топыра;-климатты; есiм аИмагымен
тYсiндiрiледi. КYрiш ;ауызынын 3 Yлгiсi
ушш 560°C температурасында жаппай жогалуды турактандыру кубылмалы компоненттердiц толык KYЙдiрiлгенiн кeрсетедi жэне Yлгiлердi кальцийлеу Yшiн ауаныц атмосферасында шамамен 600°C температурасын усынады. Yлгiлердiц калдык массасы: 15.3 (кур™ кауызы 2), 17.04 (^рш кауызы) жэне 3 курш кауызы - 19.08 % салмагын курайды. Тацдалган кальцинация сйлйкагельдi тундыру Yшiн WRH NaOH жэне туз кышкылыныц стехйомет-рйялык мeлшерi пайдаланылды. температурасы баска зерттеулерде де колданылган [26]. Сйлйкагельдi тундыру Yшiн а; KYрiш кауызы KYлiнiц кышкылымен NaOH туз кышкылыныц стехйометрйялык саны пайдаланылды.
Процесс ею кезецдi камтйды: сiлтiлiк ерiтiндi жэне кышкылды туну.
2NaOH+xSiO2^Na2SiO3+H2O Na2SiO3+2HCl^SiO3(gel)l+2NaCl+H2O
СштШ ерiтiндiлердi туз кышкылымен тазарту сйланолды (R3Si-OH) топтардыц калыптасуына жэне конденсацйясына ыкпал етедь бул кецейтшген Yш eлшемдi Si-O-Si желiсiн калыптастыруга экеледi. КYрiш кауызы Yлгiсi 2 мен Si02 T2 рентгендi дйфракцйялык спектрлерi 3 суретте керсетшгендей ак KYрiш куызыныц KYлiнен алынган. Шыцдардыц 154°, 21° жэне 34° салыстырмалы ылгалдылыгы целлюлоза I-мен толык сэйкес келедi.
Алынган баска кремнйй Yлгiлерiнiц радйографтары кез-келген реттелген крйсталдык курылымныц жоктыгын растайды. Белгiлi болгандай, KYрiш кауызынан алынган кышкылды ецдеу хймйялык крйсталды немесе аморфты курылымына емес, курамга эсер етедi; кремнййдщ тYрi кальцйнацйя температурасы аркылы аныкталады жэне крйсталдык формалар 700-900°C жогары температурада калыптасады [12]. СЭМ суретке сэйкес (3-сурет) ецделмеген Yлгi салыстырмалы ылгалдылыкка тэн курылымдык торды кeрсетедi [32], осы Yлгi туз кышкылымен ецделген, кышкыл ерiтiндiсi мен кремнййдщ шeгiндiсi салдарынан айтарлыктай курылымды жоюга йе. Туз кышкылынан алынган алдын ала eцделген KYрiш кауызы толыгымен 50 нм шамасымен болатын аморфты наноматерйалга айналаты-нын кeрсетедi.
SEM-нщ eцделмеген жэне алдын ала лймон кышкылымен eцделген KYрiш кауызынан алынган кремнйй Yлгiлерiнiц суретi 4 суретте ^рсетшген. Сйлйкатты шeгiндiлер наноeлшемдi массалык фазада шашырацкы тYPДi кeрсетедi. Кышкылдыц эсерiн алдын ала eцдеу термогравйметрйялык аналйз аркылы зерттелген. Термогравйметрйялык аналйз КК1 мен ККА1 1 суретте кeрсетiлген.
1 - Сурет. Термогравйметрйялык аналйз КК1 мен ККА1 жэне КК 3 ^стщп сол жак) мен термогравйметрйялык аналйз КК1 жэне ККА1 ^стщп оц жак)
2 - сурет. Курш к;ауызынын, рентгенограммасы_2 жэне SiO2vT2 улпа
К^ A1 Yлгiсiндегi алгаш;ы салма; жогалуы шамамен 100°C судын булануымен байланысты болган. Гемикеллулозанын жэне целлюлозанын термиялы; ыдырауы 220°С-тан басталса, ал лигниннщ ыдырауы 400°C басталды. Нэтижеде енделген жэне енделмеген Yлгiлер арасында жалпы салма; жогалтудын айырмашылыгы 3 %-га тен екенi керсетiлген. ^рш ;ауызымен SiO2 тунбасында болатын функционалды топтар FTIR-ATR спектрi ар;ылы аньщталган (6 суретте). 6 суретте керсетыгендей 3500 см-1 шын -O-H-валентл тербелiстерiне сэикес. 2926 см-1-дегi шын, целлюлозада, гемикеллюлозада жэне лигнин курылымдарында -СНз жэне CH2 топтарындагы симметриялы; жэне асимметриялы; валенттi тербелiстерге сэикес ал -CH-созылу метилен топтары 2114, 1423 жэне 1383 см-1 шынына сэикес келед^ 1632 см-1 бижтжтеп шынмен альдегидтер мен
кетондардагы -C-O карбонил топтарымен тYсiндiрiледi. 1515 см-1 шыны -C-O карбоксилатынын созылу топтарына сэикес келедi. 1095, 898, 796, 662, жэне 471 см-1-деп кен шындар силоксан топтарынын созылу тербелiстерiне ;атысты. 6 Суреттеп айтарлы;тай шынды (теменгi) 1055 см-1 ;ашы;ты;тагы силоксин (Si-0-Si) желiсiнiн дiрiлдеу режймдерiне жат;ызылуы мYмкiн, ол жогары
конденсирленген кремнии желiсiн [33] керсетумен ;атар эдебитке де сэикес [31]. Алынган Si02 спектрi органикалы; немесе бейорганикалы; ;оспалармен баиланысты бас;а да жола;тарды керсетпейдi. Yлгiлердiн беткi ауданы 1 кестеде керсетiлгендей азот адсорбция/ десорбция изотермасы a, b, с жэне форманын мелшерiн белу 6-суретте керсетiлген. 1-шi кYрiш ;ауызы мен 3-шi кYрiш ;ауызынан алынган материалдын беткi ауданы дерегi бойынша 115-тен 174 м2 аралыгын курайды, бул эдебиеттерге ;араганда темен, мысалы 198-212 м2 [28], 174294 м2 [1] 208-218 м2 [11] жэне 220313 м2 [10] бiрнеше кышкыл енделген Yлгiлер Yшiн. Дегенмен, 625-тен 980 м2-ге дешн тiркелген барлы; жер учаскыершен ;араганда 2-шi кYрiш ;ауызынан алынган дерек беткi ауданнын кеп белтн ;урайды. Бул эртYрлi касйеттерi бар ешмдерге экелетiн, енделмеген кYрiш ;ауызынын езгермелiлiгiн керсетедi. Элсiз гистерезис циклы жэне темен ;ысымдар кезшде Si02, A1 жэне Si02, A3 Yлгiлерiнiн изотермалары III типке жа;ын, бул мезопорлы-макро-поративтж материалдарды бiлдiредi. Теменгi ;ысымда гистерезис циклы мен ^сы; сызыгымен тыгыз орналас;ан Si02, A2 Yлгiсi изотермия II титне жакынырак, ол бас;а жерде алынган изотермаларга у;сас кейбiр микропо-
роздык; мезопорлы макропоритт1 материалды нускаиды. Бул тужырым-дар унта; кец1ст1г1н1ц келем1н жэне унта; кещстшнщ орташа келем1н жэне улг1лерд1ц елшемшщ улест1р1лу1мен (7-
сурет) дэлелденед1. Ягни, КК2 улг1с1н1ц Курылымдык; кеуег1 КК2 мен КК3-ке Караганда элде;аида айырмашылыгы б1л1нед1.
3 - сурет. SEM-нщ бцделмеген КК 1 (сол), КК А1 (ортасы) жэне SiO2 А1 (оц).
4 - сурет. (МА)-ныц SiO2 Т1 (сол), SiO2_CA1(оц) улплер1
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450
МауепитЬегэ (ст-1) УМауепитЬег ст1
5-сурет. КК-ныц FTIR спектры (жогары) жэне SiO2 Т1 (темен)
Осы ма;алада тал;ыланган уш эд1ст1 колдана отырып, тазалыгы жога-ры, аморфты кремнеземн1ц шыгуын ескере отырып, кур1ш кауызынан
енд1рыетш кремнии Каза;станныц кур1ш ес1ру облыстарыныц аимакты; экономикасы уш1н мацызды баилык; кез1 болуы мумк1н.
0,4 0,6
Relative pressure, P/PO
6 - сурет. SiÜ2 A1 (жогаргы), Si02 A2 (ортасында) жэне SiÜ2 A3 (тeменгi бeлiгiнде) тeмен температуралы азот адсорбцйясы.
7 - сурет. Si02 A1, SiÜ2 A2 жэне SiÜ2 A3 кеуектщ мeлшерiмен бeлiнуi.
Жыл сайын Казацстандагы 2561 тонна ак KYрiш кауызы KYлiнiц жобалык eнiмi eцiрлiк кауымдастыктардыц каржылык турактылыгына айтарлык-тай эсер етуi мYмкiн. КYрiш кауызынан кремнйй eндiретiн кiшкене eндiрiстер-дiц дамуы негiзiнен ауыл шаруашылык когамдарында жумыс орындарын куруга мYмкiндiк бередi, сондай-ак ауыл шаруашылык калдыктарыныц агынын баскару мэселесiн шешедi. Эцдеу желiсiнде лймон кышкылын пайдалану
дэстYрлi эдiспен салыстырганда eндiрiстi таза етедi, себебi ^рш кауызын кышкылдандыру Yшiн пай-даланылатын органйкалык кышкыл жану кезiнде ыдырайды, ал органйкалык кышкылдар (HCl, H2SO4, H3PÜ4 жэне т.б.) жуганнан кейiн алынган матерйалдарды бейтараптандыру ке-рек етедi. Реагенттердщ кажеттi мeлшерiнен (670 мл 37 % туз кышкылы жэне 100 г курш кауызы) туз кышкылымен (37 %) ($ 200 т) лймон
;ышк;ылын ($ 600 т) нейтрализация ушш ($ 350 т) куш^ ;ышк;ылдар мен негiздердi пайдалану салдарынан болатын NaOH ;ажетшаз, экологиялы; таза процестiц де арзан екендт дэлелдендi.
КОРЫТЫНДЫ Каза;станнын эртYрлi ещрлерь нен кYрiш ;ауызы ар;ылы тазартылган 99,96 % аморфты кремний, 20 %-ы белiнген жэне 980 м2 алатын жер бетi сйнтезделдi. Алдын ала ендеудiн органикалы; жэне бейорганикалы; ;ышк;ылмен пиролиз температурасы-мен кремнийдщ тазалыгына эсерi ТТ/ ДТ талдау ар;ылы багаланды. ТТ нэтйжелерi боиынша КК ;ыш;ылмен енделгеннен кейiнгi езгерген керсетiлген, бул жану процеа кезiнде органикалы; заттардын алыну
тшмдШпн арттырады. ДэстYрлi туз ;ыш;ылымен алдын ала ендеуге ;араганда, кургак; лимон ;ыш;ылымен алдын ала ендеу, экологиялы; жэне экономикалы; арты;шылык;тарга ие. Корыта келе, КК тiкелей термиялы; ендеуде химиялы; жэне уа;ытты талап ететш процедура екенi белгiлi болды, б1ра; алынган кремнййдiн тазалыгы 95,6 %-га дейiн жетедi. Алынган деректердiн сипатттама айырмашылы-гын керсеттi, эсiресе бетшщ ауданында, 112-ден 980 м2/г-;а дешнп диапазонда айырмашылы;тар болды. Тузды ;ыш;ылмен алдын-ала ендеу таза енiмдерге экелсе де, лимон ;ыш;ылымен ендеу тазалыгы жогары 95,67 %, темен шыгындары жэне ;оршаган ортага эсердiн темендеуше байланысты бэсекеге ;абыетп екендiгi дэлелденд^
nAH^A^AHH^FAH B^EBHETTEP
1 Costa J. A. S., Paranhos C. M. Systematic evaluation of amorphous silica production from rice husk ashes //Journal of Cleaner Production. - 2018. - T. 192. - C. 688-697.
2 Memon S. A., Shaikh M. A., Akbar H. Utilization of rice husk ash as viscosity modifying agent in self compacting concrete //Construction and building materials. - 2011. -T. 25. - №. 2. - C. 1044-1048.
3 Sandhu R. K., Siddique R. Influence of rice husk ash (RHA) on the properties of self-compacting concrete: A review //Construction and Building Materials. - 2017. - T. 153. - C. 751-764.
4 Prasara-A J., Gheewala S. H. Sustainable utilization of rice husk ash from power plants: A review //Journal of cleaner production. - 2017. - T. 167. - C. 1020-1028.
5 Liu Y. et al. Simultaneous preparation of silica and activated carbon from rice husk ash //Journal of Cleaner Production. - 2012. - T. 32. - C. 204-209.
6 Franco D. S. P. et al. Alternative treatments to improve the potential of rice husk as adsorbent for methylene blue //Water Science and Technology. - 2017. - T. 75. - №. 2. -C. 296-305.
7 Mor S. et al. Nanosilica extraction from processed agricultural residue using green technology //Journal of cleaner production. - 2017. - T. 143. - C. 1284-1290.
8 Satayeva A. R. et al. Investigation of rice husk derived activated carbon for removal of nitrate contamination from water //Science of The Total Environment. - 2018. - T. 630. - C. 1237-1245.
9 Feng Q. et al. Adsorption of lead and mercury by rice husk ash //Journal of colloid and interface science. - 2004. - T. 278. - №. 1. - C. 1-8.
10 Alyosef H. A. et al. Characterization of biogenic silica generated by thermo chemical treatment of rice husk //Particulate Science and Technology. - 2013. - T. 31. - №. 5. -C. 524-532.
11 Bakar R. A., Yahya R., Gan S. N. Production of high purity amorphous silica from rice husk //Procedia Chemistry. - 2016. - T. 19. - C. 189-195.
12 Ugheoke I. B., Mamat O. A critical assessment and new research directions of rice husk silica processing methods and properties //Maejo International Journal of Science and Technology. - 2012. - T. 6. - №. 3. - C. 430.
13 Kumar S. et al. Utilization of rice husk and their ash: A review //Res. J. Chem. Env. Sci. - 2013. - T. 1. - №. 5. - C. 126-129.
14 Prasad C. S., Maiti K. N., Venugopal R. Effect of rice husk ash in whiteware compositions //Ceramics International. - 2001. - T. 27. - №. 6. - C. 629-635.
15 Kannan V. Strength and durability performance of self compacting concrete containing self-combusted rice husk ash and metakaolin //Construction and Building Materials. - 2018. - T. 160. - C. 169-179.
16 Chen X. et al. The effect of amorphous silica on pulp rheology and copper flotation //Minerals Engineering. - 2017. - T. 113. - C. 41-46.
17 Shi B. et al. Biomolecules at the amorphous silica/water interface: Binding and fluorescence anisotropy of peptides //Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. - 2017. - T. 157. - C. 83-92.
18 Pivovarov S. Adsorption of ions onto amorphous silica: ion exchange model // Journal of colloid and interface science. - 2008. - T. 319. - №. 1. - C. 374-376.
19 Tang Q., Wang T. Preparation of silica aerogel from rice hull ash by supercritical carbon dioxide drying //The Journal of supercritical fluids. - 2005. - T. 35. - №. 1. - C. 91 -94.
20 Niyomwas S. Synthesis and characterization of silicon-silicon carbide composites from rice husk ash via self-propagating high temperature synthesis //Journal of Metals, Materials and Minerals. - 2017. - T. 19. - №. 2.
21 Ng E. P. et al. EMT-type zeolite nanocrystals synthesized from rice husk // Microporous and Mesoporous Materials. - 2015. - T. 204. - C. 204-209.
22 Shen Y., Zhao P., Shao Q. Porous silica and carbon derived materials from rice husk pyrolysis char //Microporous and Mesoporous Materials. - 2014. - T. 188. - C. 46-76.
23 Kalapathy U., Proctor A., Shultz J. A simple method for production of pure silica from rice hull ash //Bioresource Technology - 2000. - T. 73. - №. 3. - C. 257-262.
24 Lakshmi U. R. et al. Rice husk ash as an effective adsorbent: Evaluation of ad-sorptive characteristics for Indigo Carmine dye //Journal of Environmental Management. - 2009. - T. 90. - №. 2. - C. 710-720.
25 Fernandes I. J. et al. Characterization of silica produced from rice husk ash: comparison of purification and processing methods //Materials Research. - 2017. - T. 20. - C. 512-518.
26_Mor S. et al. Nanosilica extraction from processed agricultural residue using green technology //Journal of cleaner production. - 2017. - T. 143. - C. 1284-1290.
27 Alyosef H. A. et al. Characterization of biogenic silica generated by thermo chemical treatment of rice husk //Particulate Science and Technology. - 2013. - T. 31. -№. 5. - C. 524-532.
28 He J. R. et al. Isolation of Bio-Mesoporous Silica from Rice Husk //Journal of the Chinese Chemical Society. - 2014. - T. 61. - №. 7. - C. 836-840.
29 Umeda J., Kondoh K. Process optimization to prepare high-purity amorphous silica from rice husks via citric acid leaching treatment //Transactions of JWRI. - 2008. -T. 37. - №. 1. - C. 13-17.
30 Ang T. N., Ngoh G. C., Chua A. S. M. Comparative study of various pretreatment reagents on rice husk and structural changes assessment of the optimized pretreated rice husk //Bioresource technology. - 2013. - T. 135. - C. 116-119.
31 Umeda J., Kondoh K. High-purification of amorphous silica originated from rice husks by combination of polysaccharide hydrolysis and metallic impurities removal // Industrial crops and products. - 2010. - Т. 32. - №. 3. - С. 539-544.
32 Patel M., Karera A., Prasanna P. Effect of thermal and chemical treatments on carbon and silica contents in rice husk //Journal of Materials Science. - 1987. - Т. 22. -№. 7. - С. 2457-2464.
33 Melendez-Ortiz H. I. et al. Functionalization with amine-containing orga-nosilane of mesoporous silica MCM-41 and MCM-48 obtained at room temperature // Ceramics International. - 2014. - Т. 40. - №. 7. - С. 9701-9707.
РЕЗЮМЕ хК.Ас;арулы., 2*3С.Азат РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОГО ОКСИДА КРЕМНИЯ ИЗ
РИСОВОЙ ШЕЛУХИ 1Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева, 050013,ул. Сатбаева 22а, Алматы, Казахстан 2Казахский национальный университет имени аль-Фараби, 050040, п. аль-Фараби 71, Алматы, Казахстан 3Институт проблем горения, 050012,ул. Богенбай батыр 172, Алматы, Казахстан, e-mail: seytkhan.azat@gmail.com Данное исследование направлено на разработку нового метода получения высококачественного чистого оксида кремния из рисовой шелухи из разных регионов Казахстана. Предлагаемый способ является экологически чистым и использует значительное количество неорганических щелочей и кислот, описанных в литературе, и сравнивается с методом прямого сжигания. Чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду, минеральная кислотная фаза была удалена или заменена органической кислотой в предварительной обработке. На основании термогравиметрического анализа была выбрана температура прокаливания 600°C. Средняя чистота образцов оксида кремния, полученных различными методами, находилась в диапазоне от 84,5 до 99,66 %. При использовании экологического метода чистота оксида кремния была высокой, а площадь поверхности достигала 625 м2/г.
Ключевые слова: рисовая шелуха, соляная кислота, кремний, оксид кремния, БЭТ.
SUMMARY K. Askaruly1, S. Azat23 DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF PURE SILICA FROM RICE
HUSKS
1Satbayev University, 050013, Satbayev st. 22a, Almaty, Kazakhstan 2Al-Farabi Kazakh National University, 050040, Al-Farabi av. 71, Almaty, Kazakhstan 3Institute of combustion problems, 050012, Bogenbai batyr st. 172, Almaty, Kazakhstan, e-mail: seytkhan.azat@gmail.com This study aims to develop a new method of obtaining high-quality pure silicon oxide from rice husk from different regions of Kazakhstan. The proposed method is environmentally friendly and uses a significant amount of inorganic alkalis and acids described in the literature, and is compared with the method of direct combustion. To minimize environmental impact, the mineral acid phase was removed or replaced with organic acid in a pretreatment. Based on the thermo-gravimetric analysis, the calcination temperature of 600°C was chosen. The average purity of the silica samples obtained by various methods ranged from 84.5 to 99.66 %. When using the ecological method, the purity of silicon oxide was high, and the surface area reached 625 m2/g. Key words: rice husk, hydrochloric acid, silicon, silicon oxide, BET.
