CC BY
107
УДК 661.183.2
К.М. Текуева, В.Н. Клушин, О.В. Антипова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ ИЗ ФРАГМЕНТОВ КОСТОЧЕК АБРИКОСОВ И ПЕРСИКОВ - ОТХОДОВ ПИЩЕВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ РЕСПУБЛИКИ КАБАРДИНО-БАЛКАРИЯ
Была предпринята попытка разработать экономически эффективный метод и технологии получения различного профиля и недорогой углеродный сорбентов с высоким индексом качества и для решения проблемы утилизации отходов (косточек). Измельченные абрикосовые и персиковые косточки фракциями 0,3-3,0 мм были использованы для экспериментов. Карбонизацию проводили при температуре 500-950 °С в течение 1-3 часов. Активацию проводили при 800-850 °С в течение 1-5 часов с использованием водяного пара и парогазовой смеси. Были установлены оптимальные условия карбонизации и активации фруктовых косточек.
An attempt has been made to develop economically effective method and technology of obtaining the various profile and inexpensive carbon sorbents with improved quality index and for solving the problem of waste utilization (fruit stones). The grinded peach and apricot stones shells of 0.3-3.0 mm fraction were used for experiments. The carbonization was carried out at 500-950°C for 1-3 hours. The activation was carried out at 800-850°C for 1-5 hours using water vapor and vapor-gas mixture. Optimal conditions of carbonization and activation of fruit stones shells have been developed.
Производство активных углей неуклонно возрастает, а области их применения непрерывно расширяются. Традиционным сырьем для производства активных углей являются древесина, торф, торфяной кокс, некоторые каменные угли и полукоксы на их основе. В Кабардино-Балкарской Республике, несмотря на большой спрос на активные угли, их не производят. Наряду с этим на пищевых предприятиях республики ежегодно образуются значительные массы отходов переработки плодов абрикосов и персиков, повсеместно возделываемых на территории Кабардино-Балкарии. Согласно имеющейся информации [1] названные отходы могут служить хорошим сырьем для получения активных углей (АУ). Существует достаточно подробная информация о переработке ядра фруктовых косточек в ценные продукты [2], но литературные данные по получению и применению угольных сорбентов на основе скорлупы косточек немногочисленны [2, 3, 4].
В ходе исследований была изучена карбонизация данного сырья в диапазоне температур 600-900 °С в кварцевом ректоре помещенном в электрическую печь с регулируемым нагревом. Температуру в печи контролировали с помощью термопары и потенциометра. Переработке подвергали фракции 0,2-5,0 мм и высушенных при 110°С до постоянной массы. Выделяющиеся
газообразные продукты пиролиза эвакуировали из реактора по газоотводной трубке и направляли в охлаждаемый конденсатор для конденсации паров воды и смол. По достижению необходимой температуры эксперимента образцы выдерживали в реакторе в течение 0,5-3,0 ч, а затем охлаждали до комнатной температуры. Охлажденные карбонизаты выгружали из реактора и по стандартным методикам определяли их поглотительные свойства [3,4,5]. Процесс активации карбонизатов изучали в том же ректоре. Для этого углеродные матрицы, полученные пиролизом сырья, загружали в холодный реактор, который продували током газообразного азота в течение 15 мин для удаления кислорода из зоны реакции [6,7,8]. Далее проводили нагрев образцов до конечной температуры активации, которая находилась в интервале 600-900 °С. При достижении заданной температуры в реактор подавали водяной пар из генератора в течение 1-5 ч. После термообработки активаты оставляли остывать до комнатной температуры.
Качество полученных целевых продуктов контролировали измерением их адсорбционной активности по метиленовому голубому, йоду, четыреххлори-стому углероду, бензолу, парам воды [9,10,11], одновременно оценивали их суммарную пористость кипячением в воде.[12, 13].
Анализом абрикосовых и персиковых косточек констатировано, что массовая доля в них скорлупы составляет 85-90, её влажность колеблется в пределах 20-21, а зольность - 0,27-0,3%. Полученные экспериментальные результаты, охарактеризованные в таблицах 1 и 2, позволили констатировать, что оптимальными условиями карбонизации для косточек персиков являются продолжительность 1 ч при 750 С; для абрикосов 2 ч при 600 С.
Таблица 1. Условия и результаты карбонизации фрагментов абрикосовых косточек
Температура процесса,1^ т - со-рость подъёма тем-ры, мин Масса сырья, г Масса карбониза тов, г Уу, по Н2О % Укондесата , мл Адсорбционная активность, см3/г,
МГ* т * т2 СС14 С6Н6 по парам воды
600 0-90 8,4 2,14 24,86 5,5 11,09 0,98 0,1486 0,5233 0,6577
650 0-90 10 2,5 24,9 6,5 0,0350 0,0374 0,0268
750 0-90 10,8 2,54 23,52 7,8 0,0272 0,0272 0,1734
850 0-90 10,27 3,72 36 8,7 0,0431 0,1023. 0,1233
900 0-90 11,16 2,78 22,4 9 0,1136 0,1136 0,1088
*- измерения проводились только для оптимальных условий
На основе полученных данных (табл. 3,4), констатировано, что оптимальными условиями активации карбонизатов косточкового сырья температура -8500С, продолжительность процесса - 2 ч; для абрикосовых косточек являются - 850
--32 -
при продолжительности процесса - 3 ч.
Таблица 2. Условия и результаты карбонизации фрагментов персиковых косточек
Температура процесса,1^ т - скорость подъёма тем-ры Масса сырья, г Масса карбонизата, г Уу, по Н2О, % У конденсата, мл Адсорбционная активность, см3/г,
МГ* 12* СС14 С6Н6 парам воды
600 0-90 5,06 0,26 5,14 5,2 0,1412 0,4989 0,2286
650 0-90 5,27 2 38 6,1 0,0342 0,1797 0,2997
750 0-90 5,29 1,54 29,1 8 10,78 7,08 0,4224 0,4952 0,3383
850 0-90 5,39 1,67 31 8,6 0,1912 0,1912 0,2466
900 0-90 5,36 1,47 27,4 8,9 0,0674 0,0840 0,1966
*- измерения проводились только для оптимальных условий
Таблица 3. Условия активации абрикосового карбонизата
Т,оС Время выдержки, мин. Степень обгара, % Адсорбционная активность
по МГ, м2/г по 12, %
800 60 28,82 5,18 21,7
850 120 27,10 6,39 25,34
Таблица 4. Условия активация персикового карбонизата
Т,оС Время выдержки, мин. Степень обгара, % Адсорбционная активность
по МГ, м2/г по 12, %
800 60 16,39 4,19 8,52
50 120 15,89 5,38 12,34
Таблица 5. Некоторые характеристики углеродных адсорбентов
Марка адсорбента Адсорбционная активность Удельная поверхность, 2/ м/г Источник информации
по метиленовому голубому, м2//г по йоду, %
Скорлупа абрикосового ореха* 6,39 25,34 800-890 Россия, КБР
Скорлупа персикового ореха* 5,38 12,34 878-936 Россия, КБР
Скорлупа кокосового ореха > 2,5 11,0 ~500 PJ, Филиппины, Япония
Скорлупа кедрового ореха 3,18 14 ~ 250 Россия, Сибирь, г. Томск
Скорлупа миндаля 6,3 9% 650-700 Средняя Азия, Казах-
* Полученный нами образец косточкового активного угля
Сопоставлением с литературными данными установлено, что полученные целевые продукты по адсорбционной активности находится на уровне активированного угля из косточкового сырья, который является одним из самых качественных российских активированных промышленных углей, и значитель-
но превосходят многие другие углеродные адсорбенты (табл. 5).
Таким образом, выполненные исследования демонстрируют целесообразность переработки охарактеризованных отходов республики Кабардино-Балкария на углеродные адсорбенты.
Оценена перспектива переработки отходов в виде косточек абрикосов и персиков, образующихся на предприятиях пищевой промышленности республики Кабардино-Балкария, на активные угли.
Библиографический список
1. Large-scale controls on potential respiration and denitrification in riverine floodplains. ELSEVIER| Marth, 2012/73-84
2. Attachment of faecal coliform and macro-invertebrate activity in the removal of faecal coliform in domestic wastewater treatment pond systems . / ELSEVIER| Marth, 2012/35-41
3. Кинле Х, Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение (пер. с нем.). Л., Химия, 1984, c.215.
4. Бутырин Г.М. Высокопористые углеродные материалы. М., Химия, 1976, с.187.
5. Грег С., Синг Н. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М., Мир, 1970, с.408.
6. Дубинин М.М., Радушкевич Л.В. // ДАН СССР, 1947, т.55, с.331.
7. Колышкин Д.А., Михайлова К.К. Активные угли. Свойства и методы испытаний.-Справочник.-Л.: Химия.-1972.-57 с.
8. Активные угли. Эластичные сорбенты. Катализаторы, осушители и химические поглотители на их основе. Номенклатурный каталог под общ. ред. В.М. Мухина.-М.: Руда и металлы.-2003.-280 с.
9. «Водоочистка» №8/2010. ИД «Панорама»
10. «Водоочистка» №9/2010. ИД «Панорама»
11. Анурова Т.В. Разработка технологии активных углей из растительны-хотходов и их использования для защиты воздушного Бассейна от паров углеводородов: дис. канд. тех., наук. — М„ 2003.— С. 54-55. - С. 68-102.
12. Мухин Виктор Михайлович, Зубова Инна Дмитриевна, Зубова Ирина Николаевна, Соловьев Сергей Николаевич, Яковлева Елена НиколаевнаСпособ получения активного угля // Патент России№ 2393990/13, 06.04.2009.
13. Бакланова Ольга Николаевна, Плаксин Георгий Валентинович,Лавренов Александр Валентинович, Княжева Ольга Алексеевна,Лихолобов Владимир Александрович Технологии получения пористых углеродных материалов //Патент России № 2451547, 31.08.2010.
