CC BY
27
Таблица 2. Изменение живой массы подопытных цыплят-бройлеров, г (M ± m)
Группа Живая масса Общий прирост Среднесуточный прирост %к контролю
В начале опыта В конце опыта
контрольная 141,5 ±1,04 2109±11,73 1967,5 56,2 100
опытная 140,7±1,17 2246 ±15,085 2105,3 60,2 107
Таблица 3. Затраты комбикорма на 1 голову и на 1 кг прироста подопытных цыплят-бройлеров, кг
Группа Периоды выращивания Затраты комбикорма на 1 кг прироста
Рост Финиш Всего за период выращивания
Контрольная 1,73 2,67 4,4 2,2
Опытная 1,71 2,55 4,26 2
Из данных, полученных нами в конце опыта, которые представлены в таблицах, можно сделать вывод, что у птицы опытной группы прирост живой массы к концу эксперимента выше на 7%, а затраты комбикормов на 1 кг прироста ниже, чем в контрольной, на 0,2 кг.
Таким образом, суспензия хлореллы в рационе цыплят-бройлеров положительно влияет на повышение мясной продуктивности птицы и снижает расход кормов на единицу прироста.
Список литературы:
1. Карапетян, А. К. Роль премиксов в рационе цыплят-бройлеров [Текст] / А. К. Карапетян, С. И. Николаев // Вестник АПК Верхневолжья. - № 2 - Т. 22. - 2013. - С. 83-86.
2. Липова, Е. А. Применение в кормлении цыплят-бройлеров БВМК [Текст] / С. И. Николаев, Е. А. Лилова, М. А. Шерстюгина, К. И. Шкрыгунов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - Т. 32. - № 1. - С. 120-125.
3. Липова, Е. А. Эффективность использования в рационах цыплят-бройлеров биологически активных веществ [Текст] / С. И. Николаев, Е. А. Липова, М. А. Шерстюгина, К. И. Шкрыгунов// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - Т. 32. -№ 1.-С. 115-120.
УДК 661.1(075)
ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Светлой памяти проф. Рубана И. Н. посвящается_
М.Г.Белецкая, Н.И.Богданович, доктор технических наук, Л.Н.Кузнецова, Н.Л.Воропаева2,доктор химических наук, С.И.Третьяков, доктор технических наук; В.В. Карпачев, доктор с.-х. наук Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова, г.Архангельск
2ФГБНУ ВНИИ рапса,
Древесные отходы, технические лигнины, Vegetable agricultural residues as an annually
торф и т.п. как возобновляемое раститель- renewable raw material can be successfully
ное сырье могут быть успешно переработа- processed into active carbons, which are used
ны в активные угли по различным техно to solve many environmental problems in
UDC 661.1(075)
THE INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF PRODUCTION OF ACTIVE CARBONS FOR VARIOUS PURPOSES
It is dedicated to Professor Ruban I.N.
Beletskaya M.G., Bogdanovich M.I., Doctor of Engineering, Kuznetsova L.N., Voropae-va L.N., Doctor of Chemistry, Tretiyakov C.I., Doctor of Engineering, Voropaeva N.L., Kar-pachevV.V., Doctor of Engineering Northern (Arctic) Federal University named after Lomonosov M.Y., Arkhangelsk
логиям, которые востребованы и широко применяются при решении огромного числа задач в самых разнообразных сферах человеческой деятельности, учитывая их экологическую целесообразность и многофункциональность.
В данной работе разработаны математические модели наработки активных углей и оценки их сорбционных свойств с привлечением метода планированного эксперимента.
various spheres of human activity (agriculture, medicine, food industry, etc.).
We have developed a technology to obtain activated carbons and new functional materials based on them from residues.
Ключевые слова: активные угли, новые Key words: activ carbons, new functional функциональные материалы, лигнинсодер- materials, the agricultural crop residues, жащие растительные отходы, технология technology to obtain переработки, планированный эксперимент.
Введение
Древесные отходы, технические лигнины, торф и т. п. как возобновляемое растительное сырье могут быть успешно переработаны в активные угли по различным технологиям, которые востребованы и широко применяются при решении огромного числа задач в самых разнообразных сферах человеческой деятельности, учитывая их экологическую целесообразность и многофункциональность.
В данной работе предложено математическое моделирование изучаемого процесса; разработана технология получения активных углей и супермикропористых сорбентов на их основе различного назначения с использованием гидролизного лигнина. Выявлена их эффективность при предпосевной обработке семян.
Результаты и их обсуждение
При изучении процесса активирования задача оптимизации является многофакторной, решать ее приходится при неполном знании механизмов рассматриваемых явлений, не поддающихся описанию аналитическими методами. Поэтому наработку активных углей и оценку их сорбционных свойств целесообразно проводить методом планированного эксперимента [1,2].
Для оценки влияния каждого из факторов, определяющих протекание изучаемого процесса, на выход и свойства активного угля в данном исследовании реализован центральный композиционный ротатабельный униформ-план второго порядка. Среди технологических параметров, влияющих на выход активных углей и его характеристики, важнейшими являются температура предварительной термообработки (х.,), температура термохимической активации (х^ и дозировка активирующего агента (х3). Уровни факторов и интервалы варьирования представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов
Характеристики плана
Шаг варьирования, Л Уровни факторов
-1,682 (а) -1 0 1 1,682 (а)
Х1.ТП/П, оС 30 350 370 400 430 450
Х2, TTXA, оС 45 600 630 675 720 750
ХЗ, D,% 0,24 1,30 1,46 1,70 1,94 2,10
Выходные параметры: у1 - выход АУ от абсолютно сухого сырья,%; у2 - адсорбционная активность по йоду, мг/г; у3 - удельная поверхность по адсорбции йода (Айода), м2/г; у4 - осветляющая способность по метиленовому голубому МГ (Амг), мг/г; у5 - сорбцион-ная активность по гексану (Агвксана), мг/г. Полученные экспериментальные данные были использованы для расчета коэффициентов уравнений регрессии второго порядка, зна-
чения которых представлены в таблице 2. Уравнения со значимыми коэффициентами, адекватно описывающими процесс, являются математическими моделями. В общем виде искомая по плану второго порядка математическая (статистическая) модель достаточно надежно аппроксимируется уравнением:
у= Ь0+Ь1-х1+ Ь2 х, + Ь3 -Хз + ь12 -х, -х, + Ь^ х^хд + Ь23 х, ^ +Ь„ х12 + Ь^ х,, + +Ь33 -х,, (1) Таблица 2 - Коэффициенты уравнений регрессии
Ьо М Ь2 ЬЗ М2 МЗ Ь23 Ы1 Ь22 ЬЗЗ
Выход 30,6 0 0 -1,0 0 -0,7 0 -2,2 -0,2 0
АМГ 806 83 48 61 30 0 0 0 -28 -20
Айода 1351 252 121 0 52 0 43 108 0 0
Агексана 396 86 55 20 0 -37 0 40 17 -16
Некоторые поверхности отклика, построенные на основе математических моделей, представлены на рисунках 1-4.
Из рисунка 1 видно, что в данной области варьирования переменных наибольшее влияние на выход АУ оказывает температура предпиролиза. Поверхность отклика проходит через максимум в области температуры около 400 °С.
Адсорбционные свойства синтезированных АУ возрастают в области исследования с повышением температуры как предпиролиза, так и термохимической активации (рисунки 2-4). Причем абсолютное значение удельной адсорбции МГ, йода и гексана оказалось аномально высоким (до 1070 мг/г, 1500 мг/г и 760 мг/г соответственно). До сих пор считалось, что столь высокие адсорбционные свойства для АУ недостижимы.
Для всех образцов синтезированных АУ были построены изотермы адсорбции МГ и йода из водных растворов, которые использовались для расчета констант уравнений Фрейндлиха (уравнение 1) и Лэнгмюра (уравнение 2) [7].
<1> 1дА = 1дк + п1дС
(2)
а-
т
ат-Ь С
Выход. %
где А - величина адсорбции, мг/г;
к - константа уравнения Фрейндлиха, являющаяся качественной характеристи кой величины предельной адсорбции для данного класса адсорбентов;
п - константа уравнения Фрейндлиха, характеризующая значение характеристи ческой энергии адсорбции Е;
С - равновесная концентрация, ммоль/л;
а - величина ёмкости монослоя, ммоль/г;
т ' 1
Ь- коэффициент, характеризующий теплоту адсорбции.
Зависимость этих констант от режимных параметров получения образцов АУ была статистически обработана с получением уравнений регрессии, коэффициенты которых приведены в таблице 3. Полученные математические модели, связывающие значения констант в уравнениях Фрейндлиха и Лэнгмюра по данным анализа изотерм адсорбции МГ и йода с условиями синтеза АУ, представляют самостоятельную ценность. Рассчитав по моделям значения этих констант (таблица 3) для АУ, синте-
V о]й
• ^ , Тцц, "С ^
Рисунок 1 - Поверхность отклика выхода АУ при 0 = 1,7 г/г
Д г/г
Айода, мг/г
1500 1450 1400 1350 ^300
ТтКА'
°с
Тип, °С ^
д
^гексана'
Ттха» °С
Рисунок 2 - Поверхности откпи- Рисунок 3 - Поверхности откли- Рисунок 4 - Поверхности отклика осветляющей способности по ка адсорбции йода АУ при дози- ка адсорбции гексана АУ при МГ при температуре ТХА 725 °С ровке МаОН 1,7 г/г дозировке МаОН 1,7 г/г
зированных в различных условиях, и подставив их соответственно в уравнения Лэнгмюра и/или Фрейндлиха, мы можем определять их адсорбционные свойства без проведения эксперимента.
Таблица 3 - Коэффициенты уравнений регрессии констант уравнений Фрейндлиха и Лэнгмюра для адсорбционной активности по МГ и йоду
Ьо М Ь2 ьз Ы2 Ы 3 Ь23 Ы1 Ь22 ьзз
Адсорбция МГ
к 290 72 45 22 0 0 0 20 -23 -32
п 0,17 -0,03 -0,02 0 0 0 0 0 0,02 0,02
ат 827 53 34 23 39 0 0 0 -11 0
Ь 0,05 0,03 0,01 0 0 0,01 -0,01 0 0 0
Адсорбция йода
к 652 85 92 0 0 0 39 -14 0 -21
п 2,0 0,2 -0,1 0,1 0,2 0 0 0,2 0,1 0,1
ат 1438 257 118 68 0 0 76 72 0 0
Ь 4,7 0,7 1,3 -0,3 0 0 0 -0,4 0 -0,2
Таким образом можно прогнозировать адсорбцию как йода, так и МГ в области варьирования переменных при синтезе АУ, не осуществляя длительный и дорогостоящий эксперимент. Как видно из рассчитанных по уравнениям регрессии (моделям) значениям констант Фрейндлиха и Лэнгмюра, на них оказывают влияние температура предиролиза и ТХА, а также расход реагента. Поэтому для каждого конкретного получаемого АУ необходимо ориентироваться на несколько отличающихся по своему характеру статистических моделей. Разработанные подходы распространяются на синтез активных углей, полученных из различных сырьевых источников, в том числе и из многочисленных ежегодно возобновляемых сельскохозяйственных растительных отходов (сопомы и др.) [3].
Полученные с использованием метода планированного эксперимента АУ протестированы на целесообразность их применения при предпосевной обработке семян рапса в лабораторных опытах, выявлены наиболее эффективные и заложены полевые опыты.
Список литературы:
1. Кинле X. Активные угли и их промышленное применение /X. Кинле, Э. Бадер; Пер. с нем. Т. Б. Сергеевой - Л.: Химия. Ленинградское отделение, 1984. - 215 с.
2. Н.И. Богданович. Планирование эксперимента в примерах и расчетах / Н. И. Бощанович, Л. Н. Кузнецова, С. И. Третьяков. В. И. Жабин. -Архангельск 2010 г., 127с.
3. Мухин В. М., Карпачев В. В., Воропаева Н. Л. Рапсовая солома как сырье для получения активных углей.
Кормопроизводство, 2014, №1, С. 41-44.
