Использование растительных отходов в производстве сорбционных фильтров Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

UDC 66.074.38

USE OF PLANT WASTE FOR

PRODUCTION OF SORPTION FILTERS

УДК 66.074.38

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СОРБЦИОННЫХ ФИЛЬТРОВ

В.Н. Валиуллина, бакалавр техники и технологии; В.В. Заболотских, кандидат б.-х. наук, доцент, Тольяттинский государственный университет

[email protected]

Производство сельскохозяйственных Crop production leads to the formation of

Valiullina V.N.

Zabolotskikh V.V., Cand. Biol. Sci., Ass. Prof., Togliatti State University

культур приводит к большого количества отходов, которые являются хорошим материалом для изготовления сорбционных фильтров. В данной работе

образованию large amounts of crop waste, which are растительных good material for production of sorption filters. In this work the pilot researches are conducted, and it was revealed a high sorption activity of plant sorbents. The

проведены экспериментальные manufacturing techniques of sorption filters

исследования, на основе которых была from plant waste are offered and developed.

высокая сорбционная The result of this work is the biofilter with растительных сорбентов. use of sorption filters. This installation is

designed for efficient air purification from organic matter and bacterial contaminants.

выявлена активность Предложена и разработана технология изготовления сорбционных фильтров из растительных отходов. Итогом работы является биофильтр с использованием сорбционных фильтров. Данная установка предназначена для эффективной очистки воздуха от органических веществ и бактериальный примесей.

Ключевые слова: растительные отходы, сорбенты, фильтры, очистка воздуха

Keywords: vegetable waste, sorbents, filters, air purification

Согласно данным федеральной службы государственной статистики, за 2012 год в России было произведено около 140 тысяч тонн сельскохозяйственных культур и образовано примерно такое же количество растительных отходов [1].

Растительные отходы образуются в результате производства и обработки сельскохозяйственной продукции. К ним относятся остатки растительности после сбора урожая сельскохозяйственных культур -солома, злаковые культуры, стебли подсолнуха и кукурузы, ботва овощных культур и остатки перерабатывающей промышленности -шелуха, мякина, лузга, шроты и жмых [2].

В результате экспериментальных исследований растительных отходов было выявлено, что они являются хорошими сорбентами, и при определённой термической обработке из них можно производить дешёвые сорбционные фильтры.

Для лабораторных исследований были выбраны 4 вида растительных отходов, предполагаемых в качестве исходного материала для производства сорбционных фильтров, - древесные опилки, лузга семечек подсолнечника, шелуха кукурузы, листья клёна.

Перед изучением сорбентов образцы были измельчены, взвешены и подвержены температурной обработке. Обработка сорбентов происходила в течение 20 минут при температурах 100°С, 200°С, 300 °С [3].

По известной методике (ГОСТ 6217-74 Метод определения адсорбционной активности по йоду) [4] была определена адсорбционная активность растительных сорбентов (табл. 1) и изучена морфологическая структура различных сорбентов под микроскопом (рис. 1).

Таблица 1 - Результаты определения адсорбционной активности по

йоду.

вид сорбента масса, г VI, мл V2, мл Vcp, мл Vисх.ср., мл Х, %

Без обработки опилки 1,0031 15,5 15,5 15,5 18,3 35,45

Обработанные при Т=100°С 0,4808 17,2 17,1 17,15 18,3 30,38

Обработанные при Т=200°С 0,5313 16,6 16,7 16,65 18,3 39,44

Обработанные при Т=300°С 0,5274 16,2 16,1 16,15 18,3 51,77

Без обработки лузга семечек 1,0425 14,8 14,6 14,07 18,3 51,53

Обработанные при Т=100°С 0,8099 15,7 15,6 15,65 18,3 41,56

Обработанные при Т=200°С 0,9707 15,1 14,9 15 18,3 43,18

Обработанные при Т=300°С 0,6464 15,6 15,5 15,55 18,3 54,03

Без обработки шелуха кукурузы 0,9324 16,7 16,6 16,65 18,3 22,47

Обработанные при Т=100°С 0,7223 13,6 13,4 13,5 15,05 27,25

Обработанные при Т=200°С 0,5173 13,5 13,3 13,4 15,05 40,51

Обработанные при Т=300°С 0,5161 13,1 13,2 13,15 15,05 46,76

Без обработки листья клёна 0,8783 11 10,9 10,95 15,05 59,29

Обработанные при Т=100°С 0,6966 11,7 11,5 11,6 15,05 62,90

Обработанные при Т=200°С 0,6737 11,8 11,5 11,65 15,05 64,09

Обработанные при Т=300°С 0,5330 11,3 11,2 11,25 15,05 90,54

_-_I___ I_^ШЛ и _

Рисунок 1 - Морфологическая структура различных сорбентов.

В результате сравнительного изучения морфологической структуры растительных сорбентов были выявлены характерные структурные особенности каждого сорбента. Листья клёна, обработанные при температуре 300°С, имели выраженную пористость и

мелкоячеистую структуру, что увеличивает их сорбционную поверхность и, вероятно, влияет на их сорбционную активность, которая была наиболее высокой и составляла 90,54%. Опилки ольхи и лузга семечек имели характерные трубчатые и ячеистые поры, чередующиеся в разной пропорции. Их адсорбционная активность по йоду составляла: 51,77% - опилки ольхи, 54,03% - лузга семечек подсолнечника. В шелухе кукурузы преобладали толстостенные крупные, в основном лакунарные поры, сорбционная ёмкость которых была наименьшей и составляла 46,76% [5].

Структурный анализ растительных сорбентов и экспериментальное изучение их сорбционной ёмкости показали, что растительные сорбенты, обработанные при температуре 300°С, обладают высокой развитой сорбционной поверхностью. Наибольшей сорбционной ёмкостью обладали растительные сорбенты с мелкоячеистой пористой структурой (листья клёна, опилки ольхи), что значительно повышает площадь сорбционной поверхности и процент поглощаемых ими загрязняющих веществ.

Технология изготовления сорбционного фильтра из растительных отходов включала в себя 4 стадии:

1. Термическая активация сорбента при температуре 300°С.

2. Добавление связывающего вещества.

3. Прессование - придание гофрированной формы.

4. Сушка при температуре 100°С.

На основе данной технологии были изготовлены образцы сорбционных фильтров (рис. 2). Данные фильтры предназначены для эффективной очистки воздуха.

а б

Рисунок 2 - Сорбционные фильтры: а - сорбционный фильтр из листьев клёна; б - сорбционный фильтр из опилок ольхи

Сорбционные фильтры с иммобилизированными микроорганизмами-биодеструкторами способны очищать воздух от углеводородов. Обработка сорбционных фильтров фитонцидными смесями помогает уничтожать патогенные микроорганизмы.

Таким образом, использование растительных отходов для изготовления сорбционных фильтров весьма перспективно и имеет двойной экономический и экологический эффект: позволяет не только утилизировать отходы, но и очищать воздух. Сорбционные фильтры можно успешно использовать для очистки воздуха от бактериальных примесей и патогенных организмов в жилых помещениях, офисах, больницах, в складских помещениях.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Валиуллина, В.Н. Использование растительных отходов в качестве сырья для производства сорбционных фильтров / В.Н. Валиуллина, В.В. Заболотских //Материалы докладов IX Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» / Под общ. ред.ректора КГЭУ Э.Ю. Абдуллазянова. В 4 т.; Т. 1. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. - 512 с.

2. ГОСТ 6217-74 Метод определения адсорбционной активности по йоду

3. Макарова, Ю.А. Снижение влияния сточных вод химических и нефтехимических предприятий на водные объекты с применением сорбентов на основе модифицированных отходов производства агропромышленного комплекса. / Автореферат. - Саратов: 2011. - 176 с., ил.

4. Сидеренко, О.Д. Микробиология: Учебник для агротехнологов /О.Д. Сидеренко, Е.Г. Борисенко, А.А. Ванькова, Л.И. Войно // - М.: ИНФА-М, 2009. - 287 с.: ил.

Урожайность сельскохозяйственных культур (в расчете на убранную площадь) (значение показателя за год) [Электронный ресурс] URL:

http://www.fedstat.ru/indicator/data.do?id=31533&referrerType=0&referrerId=1293243