Научная статья на тему 'Исследование возможности использования лигнина и целлолигнина для получения гранулированных активных углей'

Исследование возможности использования лигнина и целлолигнина для получения гранулированных активных углей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
775
105
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛИГНИН / LIGNIN / ЦЕЛЛОЛИГНИН / КАРБОНИЗОВАННЫЕ ГРАНУЛЫ / CARBONIZED GRANULES / ГРАНУЛИРОВАННЫЕ АКТИВНЫЕ УГЛИ / GRANULAR ACTIVE CARBONS / ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА / POROUS STRUCTURE / РАВНОВЕСНАЯ АКТИВНОСТЬ / EQUILIBRIUM ACTIVITY / ОСВЕТЛЯЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ / LIGHTENING ABILITY / СELLOLIGNIN

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Тиньгаева Е.А., Фарберова Е.А.

Данная работа посвящена исследованию возможности получения активных углей из отходов переработки древесины. При гидролизе в производственных условиях растительных тканей (древесины, растительных сельскохозяйственных отходов и т. д.) разбавленными или концентрированными растворами минеральных кислот остается нерастворимый остаток, который называется техническим лигнином. Основную массу его составляет лигнин клеточных стенок растений. В состав технических лигнинов входит до 5-20 % целлюлозы, значительная часть смол, восков, жиров, содержащихся в исходном сырье, а также не растворившаяся при гидролизе часть белков, зольных элементов и, кроме того, гуминовые вещества, образовавшиеся при распаде сахаров. В настоящее время проблема использования лигнина полностью не решена и поэтому на ряде предприятий лигнин отвозится с территории заводов в виде твердых отходов. Лигнин используется в качестве топлива для котельных, топлива в виде брикетов для бытовых нужд населения и др. Проведен полный групповой химический анализ образцов лигнина и целлолигнина. Исследованы характеристики высушенных лигниновых гранул, полученных в результате формования лигнинов. Карбонизованные гранулы, полученные из различных лигнинов, отличаются друг от друга суммарным объемом пор и массовой долей зольных элементов. Установлено, что исходный диаметр гранул существенно влияет на механическую прочность карбонизованного материала. Гранулы с исходным диаметром 4,7 мм имеют прочность 65-79 %, а гранулы с исходным диаметром 2,3 мм 81-91 %. Определена равновесная активность углей по бензолу и время защитного действия по бензолу и хлорэтилу. Исследована пористая структура лигниновых углей. Лигниновые активные гранулированные угли имеют довольно развитый объем микропор, что приближает их к промышленным гранулированным активным углям мелкого зернения, а более мягкие условия карбонизации приводят к большему развитию микропор и к уменьшению объема мезопор. По результатам анализов лабораторных образцов гранулированных активных углей из лигнина мелкого и крупного зернения сделан вывод, что лигнин и целлолигнин могут быть использованы как углеродсодержащее сырье для получения гранулированных активных углей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESEARCH THE POSSIBILITY OF USING LIGNIN AND СELLOLIGNIN TO OBTAIN GRANULATED ACTIVE CАRBONS

This work is devoted to the study of the possibility of production of activated carbons from waste wood processing. Hydrolysis insoluble residue remains, which is called in technical lignin production conditions vegetable tissues (wood, agricultural plant wastes, and so on. D.), diluted or concentrated solutions of mineral acids. The bulk of its weight is lignin cell walls of plants. The technical lignins composition includes 5-20% cellulose, a significant portion of resins, waxes, fats contained in the feedstock, and are not part of the solution in the hydrolysis of proteins, mineral elements and, in addition, humic substances formed during decomposition of sugars. Currently, the problem of using lignin is not completely solved, and so on a number of enterprises were taken lignin from the plant in the form of solid waste. Part of the lignin is used as fuel for boilers obtained in the form of briquettes. A complete chemical analysis of samples of the group of lignin and сellolignin. The characteristics of the lignin-dried pellets produced by molding lignins. Carbonized granules obtained from different lignins differ from each other since the total volume and mass fraction of ash elements. It is found that the original diameter of the granules significantly affects the mechanical strength of carbonized material. Granules with the original diameter of 4.7 mm have 65-79 % strength, and the granules with the original diameter of 2.3 mm 8191 %. Equilibrium Activity coal benzene and time of protective action on benzene and chloroethyl. We studied the porous structure of lignin coals. Lignin granulated active coals have fairly developed micropore volume that brings them closer to the industrial granulated active coals fine graining and softer carbonization conditions lead to greater development of micropores and mesopores to reduce the volume. According to the results of analyzes of laboratory samples of granular activated carbons from lignin fine and coarse graining concluded that сellolignin lignin and can be used as carbon-containing raw materials for producing granular activated carbons.

Текст научной работы на тему «Исследование возможности использования лигнина и целлолигнина для получения гранулированных активных углей»

2016 Химическая технология и биотехнология № 1

УДК 661.183.2

Е.А. Тиньгаева, Е.А. Фарберова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛИГНИНА И ЦЕЛЛОЛИГНИНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

Данная работа посвящена исследованию возможности получения активных углей из отходов переработки древесины. При гидролизе в производственных условиях растительных тканей (древесины, растительных сельскохозяйственных отходов и т. д.) разбавленными или концентрированными растворами минеральных кислот остается нерастворимый остаток, который называется техническим лигнином. Основную массу его составляет лигнин клеточных стенок растений. В состав технических лигнинов входит до 5-20 % целлюлозы, значительная часть смол, восков, жиров, содержащихся в исходном сырье, а также не растворившаяся при гидролизе часть белков, зольных элементов и, кроме того, гуминовые вещества, образовавшиеся при распаде сахаров. В настоящее время проблема использования лигнина полностью не решена и поэтому на ряде предприятий лигнин отвозится с территории заводов в виде твердых отходов. Лигнин используется в качестве топлива для котельных, топлива в виде брикетов для бытовых нужд населения и др.

Проведен полный групповой химический анализ образцов лигнина и целлолигнина. Исследованы характеристики высушенных лигниновых гранул, полученных в результате формования лигнинов. Карбонизованные гранулы, полученные из различных лигнинов, отличаются друг от друга суммарным объемом пор и массовой долей зольных элементов. Установлено, что исходный диаметр гранул существенно влияет на механическую прочность карбонизованного материала. Гранулы с исходным диаметром 4,7 мм имеют прочность 65-79 %, а гранулы с исходным диаметром 2,3 мм - 81-91 %. Определена равновесная активность углей по бензолу и время защитного действия по бензолу и хлорэтилу. Исследована пористая структура лигниновых углей. Лигниновые активные гранулированные угли имеют довольно развитый объем микропор, что приближает их к промышленным гранулированным активным углям мелкого зернения, а более мягкие условия карбонизации приводят к большему развитию микропор и к уменьшению объема мезопор.

По результатам анализов лабораторных образцов гранулированных активных углей из лигнина мелкого и крупного зернения сделан вывод, что лигнин и целлолигнин могут быть использованы как углеродсо-держащее сырье для получения гранулированных активных углей.

Ключевые слова: лигнин, целлолигнин, карбонизованные гранулы, гранулированные активные угли, пористая структура, равновесная активность, осветляющая способность.

E.A.Tingaeva, E.A. Farberova

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

RESEARCH THE POSSIBILITY OF USING LIGNIN AND CELLOLIGNIN TO OBTAIN GRANULATED ACTIVE CARBONS

This work is devoted to the study of the possibility of production of activated carbons from waste wood processing. Hydrolysis insoluble residue remains, which is called in technical lignin production conditions vegetable tissues (wood, agricultural plant wastes, and so on. D.), diluted or concentrated solutions of mineral acids. The bulk of its weight is lignin cell walls of plants. The technical lignins composition includes 5-20% cellulose, a significant portion of resins, waxes, fats contained in the feedstock, and are not part of the solution in the hydrolysis of proteins, mineral elements and, in addition, humic substances formed during decomposition of sugars. Currently, the problem of using lignin is not completely solved, and so on a number of enterprises were taken lignin from the plant in the form of solid waste. Part of the lignin is used as fuel for boilers obtained in the form of briquettes. A complete chemical analysis of samples of the group of lignin and сellolignin. The characteristics of the lignin-driedpellets produced by molding lignins. Carbonized granules obtained from different lignins differ from each other since the total volume and mass fraction of ash elements. It is found that the original diameter of the granules significantly affects the mechanical strength of carbonized material. Granules with the original diameter of 4.7 mm have 65-79 % strength, and the granules with the original diameter of 2.3 mm - 81- 91 % Equilibrium Activity coal benzene and time of protective action on benzene and chloroethyl. We studied the porous structure of lignin coals. Lignin granulated active coals have fairly developed micropore volume that brings them closer to the industrial granulated active coals fine graining and softer carbonization conditions lead to greater development of micropores and mesopores to reduce the volume.

According to the results of analyzes of laboratory samples of granular activated carbons from lignin fine and coarse graining con-

cluded that cellolignin lignin and can be used as carbon-containing raw materials for producing granular activated carbons.

Keywords: lignin, cellolignin, carbonized granules, granular active carbons, porous structure, equilibrium activity, lightening ability.

При гидролизе в производственных условиях одревесневших растительных тканей (древесины, растительных сельскохозяйственных отходов и т.д.) разбавленными и концентрированными минеральными кислотами остается нерастворимый остаток, называемый техническим лигнином. Основную массу его составляет лигнин клеточных стенок растений. В состав технических лигнинов входит также 5-20 % непрогидролизо-ванной целлюлозы, значительная часть смол, восков, жиров, содержащихся в исходном сырье, а также не растворившаяся при гидролизе часть белков, зольных элементов и, кроме того, гуминовые вещества, образовавшиеся при распаде сахаров. Рациональное использование лигнина представляет важную народно-хозяйственную задачу. В настоящее время проблема использования лигнина полностью не решена и поэтому на ряде предприятий лигнин отвозится с территории заводов в виде твердых отходов. Часть лигнина используется в качестве топлива для котельных и топлива для населения (полученные брикеты поступают в торговую сеть для бытовых нужд), в качестве восстановителя в металлургической промышленности, а также для получения карбонизованного лигнина.

Гидролизный лигнин образуется как отход в процессе кислотного гидролиза полисахаридов древесины с целью получения органических субстратов для последующей биохимической переработки. При гидролизе древесины выделяется гидролизный лигнин в количестве до 30 % от массы исходной древесины (в пересчете на сухое вещество), большая часть вывозится в отвалы [1].

Утилизация гидролизного лигнина является важной задачей как с точки зрения создания безотходных технологий переработки древесины, так и с точки зрения охраны окружающей среды: отвалы занимают значительные площади, а при хранении (под действием атмосферных осадков, перепадов температур и др.) продукты распада гидролизного лигнина попадают в естественные водотоки и подземные воды.

Исходный гидролизный лигнин характеризуется достаточно развитой пористой структурой и может быть экономически выгодным сырьем для получения активных углей, используемых для процессов очистки промышленных газообразных и жидких выбросов от различных видов примесей, в частности от органических веществ [2-8].

Для получения реакционно-способного угля, применяемого при производстве сероуглерода, влажный лигнин предварительно пластифицируется и формуется с помощью шнек-прессов в гранулы диаметром около 20 см. Последние высушиваются при начальной температуре 450 °С и конечной 150 ° С, после чего подвергаются обугливанию в вертикальных ретортах с внутренним обогревом при температуре 500-600 °С. Выход угля в этих условиях составляет 47-56 % с содержанием золы 3-6 %. При этом образуется 15-18 % растворимой смолы, 10-14 % отстойной смолы. В большинстве случаев побочные продукты не улавливаются и сжигаются в печах.

На некоторых заводах фурфурольного профиля в качестве побочного продукта образуется целлолигнин, который не подвергается дальнейшему гидролизу и по некоторым показателям сходен с лигнином.

Гранулированный лигнин получают путем подсушки гидролизного лигнина до влажности 40 % и формования гранул различного диаметра. Насыпная плотность гранулированного лигнина не менее 550 кг/м ; содержание влаги не более 25 %, золы 7 %, частиц размером меньше 10 мм не более 10 %; механическая прочность на раздавливание не менее 300 Н/м . На основе технического лигнина возможно получение разнообразных углеродных материалов (в частности, лигнинных углей) в результате его термической или химической карбонизации.

Настоящая работа посвящена исследованию возможности получения активных углей из отходов переработки древесины (лигнина и целло-лигнина). Свойства лигнина и целлолигнина предполагают возможность использования их в качестве сырья для получения активных углей.

Краткая характеристика образцов исходного лигнина и целло-лигнина, использованных для получения активных углей, представлена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика исходных лигнинов

Сырье Массовая доля влаги, % Массовая доля летучих веществ, % Массовая доля золы, %

Лигнин № 1 65,7 74,7 0,74

Лигнин № 2 67,9 62,8 8,20

Лигнин № 3 64,0 66,0 3,46

Целлолигнин 52,5 70,8 1,37

Для образцов лигнина № 1 и целлолигнина был выполнен групповой химический анализ, результаты которого представлены в табл. 2.

Таблица 2

Полный групповой химический анализ лигнина № 1 и целлолигнина

Образец Массовая доля золы, % Кислотность, % РВ, % Лигнин в лигнине, % Легкогидр. полисахариды, % Трудногидр. полисахариды, %

Лигнин № 1 0,31 0,66 3,54 51,80 3,06 33,60

Целлолигнин 0,98 1,39 7,42 27,48 3,56 45,04

В табл. 3 приведена характеристика высушенных лигниновых гранул, полученных в результате формования разных образцов лигнинов.

Таблица 3

Характеристика сухих гранул, полученных из разных образцов лигнина

Номер образца Диаметр гранул, мм Насыпная плотность, г/дм3 Примечание

1 2,3 537 Лигнин № 1

2 4,7 480 Лигнин № 1

3 2,3 502 Лигнин № 1, влажность 58 %

4 2,3 496 Целлолигнин

5 4,7 514 Целлолигнин

6 2,3 644 Лигнин № 3

7 4,7 602 Лигнин № 3

8 2,3 - Лигнин № 2

9 4,7 - Лигнин № 2

10 4,7 - Лигнин № 2, добавка 25 % древесного лигнина

11 4,7 - Лигнин № 2, добавка 25 % древесного лигнина

12 2,3 - Лигнин № 2, добавка 25 % древесного лигнина, 2 стадии карбонизации

13 4,7 - Лигнин № 2, добавка 25 % древесного лигнина, 2 стадии карбонизации

Из данных табл. 3 следует, что сухие гранулы, полученные различным способом формования одного и того же лигнина, близки между собой по насыпной плотности. Гранулы, полученные из лигнина № 3, отличаются большей насыпной плотностью.

Характеристика карбонизованных гранул приведена в табл. 4.

Таблица 4

Характеристика карбонизованных гранул

Номер образца Насыпная плотность, г/дм3 Прочность, % Суммарный объем пор, см3/г Массовая доля золы, % Массовая доля летучих веществ, %

1 428 82,6 0,539 3,30 21,2

2 522 79,6 0,332 2,20 27,2

3 526 91,4 0,342 2,06 32,5

4 484 85,6 0,600 3,76 30,5

5 502 78,0 0,546 3,67 33,2

6 588 85,6 0,374 7,60 29,6

8 535 70,9 0,35 - 8,0

9 507 65,0 0,40 - -

10 514 81,0 0,46 9,22 10,3

11 495 67 0,46 9,74 9,8

12 521 83 0,45 9,94 8,0

13 498 82 0,45 8,54 9,24

Из данных табл. 4 следует, что карбонизованные гранулы, полученные из различных лигнинов, отличаются друг от друга суммарной пористостью и массовой долей зольных элементов.

Величины насыпной плотности для большинства образцов близки между собой. Остаточное содержание летучих веществ в карбони-зованных гранулах нельзя считать показательным, так как карбонизации подвергались гранулы с различной исходной влажностью.

Исходный диаметр гранул существенно влияет на механическую прочность карбонизованного материала. Так, гранулы с исходным диаметром 4,7 мм имеют прочность 65-79 %, а гранулы с исходным диаметром 2,3 мм - 81-91 %. Обращает на себя внимание более низкая прочность некоторых карбонизованных гранул, полученных из образца лигнина № 2 с добавкой древесного лигнина (образцы 9, 11).

Представляет интерес сравнение по величине механической прочности образцов 10 и 11 с диаметром гранул соответственно 2,3 и 4,7 мм, карбонизованных в две стадии, с образцами 12 и 13 того же размера, но карбонизованными в одну стадию. Если для образцов 10 и

12 с исходным диаметром 2,3 мм режим термообработки не оказывает заметного влияния на механическую прочность, то для образцов 11 и

13 с диаметром 4,7 мм, очевидно, предпочтительнее более мягкий режим карбонизации. Образцы 10 и 12 имеют практически одинаковую

механическую прочность: 83 и 81,5 %. В то же время образец 13, полученный при двухстадийной карбонизации гранул, имеет прочность значительно более высокую по сравнению с образцом 11. Следовательно, при получении из гидролизных лигнинов гранулированных углей, приближающихся по фракционному составу к рекуперационным углям, необходимо проводить карбонизацию сухих лигниновых гранул в достаточно мягких условиях при темпе подъема температуры карбонизации не выше 5-7 °С/мин.

Характеристика лабораторных образцов активных углей мелкого зернения (диаметр 2,3 мм) приведена в табл. 5. Из данных табл. 5 следует, что образцы углей мелкого зернения, полученные из различных образцов лигнина, обладают насыпной плотностью в пределах 389-458 г/дм и достаточно высокой механической прочностью. Следует отметить, что по равновесной активности по бензолу, а также по времени защитного действия по бензолу и хлорэтилу между этими образцами наблюдаются некоторые отличия. Наибольшую равновесную активность имеют образцы 1 и 8, изготовленные соответственно из образцов лигнина № 1 и 2 (см. табл. 5). Эти же образцы обладают и наиболее высоким временем защитного действия по бензолу и хлорэтилу.

Таблица 5

Характеристика гранулированных активных углей мелкого зернения

Номер образца Насыпная плотность, г/дм3 Суммарный объем пор по воде, см3/г Прочность, % Массовая доля золы, % Степень обгара, % Равновесная активность по бензолу, г/дм3 Время защитного действия, мин

по бензолу по хлорэтилу

1 389 0,859 85 4,4 60,8 125 65 62

4 442 0,840 89 6,2 50,6 84 38 55

6 458 0,836 89 14,3 53,9 102 49 66

8 398 1,010 86 11,7 64,4 128 62 -

10 390 1,100 63 16,5 57,1 85 37 47

12 347 0,865 82 12,6 60,0 79 41 47

Образцы мелкого зернения были, кроме того, подвергнуты активации до суммарного объема пор 1,03-1,33 см /г. Характеристика этих образцов приведена в табл. 6.

Таблица 6

Характеристика образцов активных углей мелкого зернения после активации с высокой суммарной пористостью

Номер образца Насыпная плотность, г/дм3 Суммарный объем пор, см3/г Прочность, % Массовая доля золы, % Степень обгара, % Равновесная активность по бензолу, г/дм3

1 304 1,33 81,6 9,22 81,6 120

4 312 1,32 87,2 9,72 78,7 80

6 310 1,30 72,0 19,7 85,3 100

8 369 1,03 82,5 13,2 73,6 134

Из данных табл. 5 и 6 следует, что даже при значительно более высокой суммарной пористости, т.е. при более высокой степени обга-ра, лигниновые угли мелкого зернения сохраняют механическую прочность. При этом у большинства образцов равновесная активность по бензолу существенно не изменяется. Параметры пористой структуры гранулированных углей мелкого зернения приведены в табл. 7.

Таблица 7

Параметры пористой структуры образцов активных углей мелкого зернения

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Номер образца Объем, см3/г 9 ме м2/г 51-10-6

V£ V г ми V г ме V г ма ^0 К

1 0,859 0,342 0,158 0,356 0,370 0,500 97,6 0,745

4 0,840 0,240 0,044 0,556 0,238 0,284 - 0,721

6 0,836 0,250 0,119 0,467 0,272 0,369 66,4 0,595

8 1,010 0,332 0,123 0,555 0,362 0,455 55,8 0,721

10 0,865 0,225 0,297 0,580 0,250 0,520 121,6 0,710

12 1,100 0,244 0,058 0,798 0,251 0,302 - 0,586

Лигниновые активные гранулированные угли имеют довольно развитый объем микропор, что приближает их к промышленным гранулированным активным углям мелкого зернения (см. табл. 7). Однако в отличие от них лигниновые угли (особенно изготовленные из образцов лигнина № 1 и 2) обладают большим объемом мезопор и, как можно судить по величине константы Б]_, имеют монодисперсную структуру с достаточно мелкими микропорами.

Отличие наблюдается и в величинах объемов микро- и мезопор для образцов 4 и 6, полученных из образца лигнина № 2 и карбонизо-ванных соответственно в одну и две стадии. Очевидно, что более

мягкие условия карбонизации приводят к большему развитию микро-пор и к уменьшению объема мезопор.

Характеристика образцов активных углей крупного зернения приведена в табл. 8. Из данных табл. 8 можно видеть, что активные угли крупного зернения обладают более низкой механической прочностью в сравнении с мелкозернеными углями (см. табл. 7) при достаточно близких суммарных объемах пор. Равновесная активность по бензолу для этих образцов находится в пределах 78-116 г/дм3 (для углей из разных лигнинов).

Таблица 8

Характеристика крупнозерненых образцов активных углей из лигнина

Номер образца СО % чд объем :, см3/г д" о д Степень обгара, % 3 % 3 Л ^ М Н и Л о „ Время защитного действия, мин

я * я н Л о О О К н я Суммарный пор по воде н с о н Я о а С Массовая золы, с £ 8 Е? 0 « о ^ 8 5 1 & в £ а ю о п по бензолу по хлор-этилу

2 432 0,893 67,2 4,58 56,5 116 37 28

5 435 0,892 72,4 7,02 52,2 78 32 27

7 421 0,890 47,4 17,60 78,2 98 33 48

9 409 0,870 68,0 11,50 63,4 115 42 17

11 399 0,900 56,5 23,50 52,5 115 29 13

13 322 1,130 44,7 22,50 64,0 111 40 13

В табл. 9 приведены параметры пористой структуры крупнозерне-ных активных углей, полученных из лигнина. При сравнении данных табл. 8 и 9 видно, что лигниновые активные угли крупного зернения также обладают хорошо развитым объемом микропор, но уступают углям мелкого зернения по объему мезопор. Как видно по величине константы Б]_, эти угли также монодисперсные с преобладанием мелких микропор.

Очевидно, что как мелкие, так и крупные активные лигниновые угли могут быть использованы в процессах сорбции с низким коэффициентом диффузии, например, для очистки растворов или сточных вод. Следует отметить, что карбонизация исходных гранул в две стадии приводит к большему развитию микропор (образец № 13). В целом же наибольшим объемом микропор обладают угли, изготовленные из образцов лигнина № 1 и 2.

Таблица 9

Параметры пористой структуры образцов активных углей крупного зернения

Номер образца Объем пор, см3/г 51.10-6

V?. V г ми V ме V ма ^0 т

2 0,893 0,322 0,065 0,506 0,330 0,387 0,630

5 0,892 0,234 0,070 0,588 0,229 0,304 0,655

7 0,890 0,280 0,083 0,527 0,278 0,363 0,515

9 0,870 0,356 0,074 0,440 0,370 0,430 0,665

11 0,900 0,306 0,109 0,485 0,346 0,486 0,960

13 1,130 0,375 0,111 0,644 0,397 0,415 0,825

Таким образом, по результатам анализов лабораторных образцов гранулированных активных углей из лигнина мелкого и крупного зернения можно сделать вывод, что лигнин и целлолигнин могут быть использованы как углеродсодержащее сырье для получения гранулированных активных углей.

Исходя из результатов анализа свойств исходного лигнина и полученных на его основе образцов гранулированных активных углей проведены исследования их осветляющей способности (табл. 10).

Из табл. 10 видно, что большинство исследованных образцов активных углей имеют достаточно высокую активность при адсорбции метиленового голубого и мелассы из их водных растворов. Несколько меньшей активностью отличаются образцы 5-9, полученные из образца лигнина № 3 и целлолигнина.

Большинство полученных образцов активных углей имеют массовую долю золы выше допустимой (более 15 мас. %). Только образцы, полученные из лигнина № 1 и целлолигнина (образцы активных углей 2, 4, 5, 8 и 9), содержат зольные компоненты в пределах 6,33-13,20 мас. % Однако наблюдается высокое содержание водорастворимых компонентов практически во всех исследованных образцах, значительная доля которых

т- 3+

приходится на ионы ^е .

Известно, что при мокром измельчении из лигнинов удаляется значительная доля водорастворимых зольных элементов и механических примесей. В связи с этим их осветляющие свойства можно заметно улучшить, подвергнув их дополнительной кислотной обработке (отмывке). Это особенно важно для углей, полученных на основе цел-лолигнина (образцы 4 и 5), поскольку именно в этих образцах содержится более 4 % водорастворимой золы.

Таблица 10

Характеристика осветляющей способности образцов активных углей, полученных из лигнина

СЗ Я Л ю о 1-4 5 § 3 £ & а 1 В Массовая доля общей золы, % « « о 5 ^ о 8 _ * яо, ав, И Н й сл Массовая доля Бе3+, % Осветляющая способность, %

по метиле-

<ц я о К ¿С 8 ю о о О га О О а " ао 2 § в новому голубому по мелассе

2 1,22 6,33 0,70 0,51 55 10З

4 1,32 9,72 4,12 - 75 106

5 1,43 11,30 4,21 0,51 45 109

6 1,30 19,70 2,22 0,68 55 98

7 1,30 19,90 2,26 0,80 55 91

8 1,03 13,20 0,70 0,60 65 182

9 1,00 11,80 0,81 0;31 50 124

10 1,48 29,50 1,12 0,78 - 102

11 1,31 24,80 0,77 0,48 75 101

12 1,51 28,90 1,17 0,66 75 122

13 1,32 22,20 1,76 0,35 65 161

Рассматривая осветляющие свойства активных углей, полученных из разных образцов лигнина, можно заключить, что все лигнины являются достаточно удовлетворительной основой для получения гранулированных активных углей. Однако угли, полученные из лигнина № 1, отличающегося максимальным содержанием летучих компонентов, по всем показателям превосходят остальные образцы. Интересно также отметить, что активные угли из лигнина № 3 и его смеси с древесным лигнином обладают высокой осветляющей способностью по мелассе. Сравнительная простота технологии и практически неограниченная сырьевая база делает эти угли перспективными для очистки сточных вод и вентвыбросов.

В работе представлены результаты собственных исследований, выполненных в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 218 от 09.04. 2010 г. «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичных производств» по теме «Создание высокотехнологичного адап-

тивного производства углеродных сорбентов и фильтрующих материалов как основы отечественной сорбционной, экологической и противогазовой техники нового поколения».

Список литературы

1. Беляев Е.Ю. Получение и применение древесных активированных углей в экологических целях// Химия растительного сырья. - 2000. -№ 2. - С. 5-15.

2. Бакланова О.Н., Плаксин Г.В., Дроздов В.А. Микропористые углеродные сорбенты на основе растительного сырья // Российский химический журнал.- 2004. - Т. 48, № 3.- С. 89-94.

3. Preparation of microporous sorbents from cedar nutshells and hydro-lytic lignin / O.N. Baklanova, G.V. Plaksin, V.A. Drozdov, V.K. Duplyakin, N.V. Chesnokov, B.N. Kuznetsov // Carbon. - 2003. - Vol. 41. - P. 1793-1800.

4. Углеродные адсорбенты из гидролизного лигнина для очистки сточных вод от органических примесей / А. О. Еремин, В.В. Головина, Н.В. Чесноков, Б.Н. Кузнецов // Journal of Siberian Federal University. Chemistry 1. - 2011. - № 4. - С. 100-107.

5. Термическая обработка гидролизного лигнина в реакторе с циркулирующим слоем / Б.Н. Кузнецов, Ю.Г. Головин, В.А. Винк, В.В. Головина // Химия растительного сырья. - 1999. - № 2. - C. 53-59.

6. Состав и связующие свойства лигнинов, полученных окислительной делигнификацией древесины пихты, осины и березы в среде уксусной кислоты / И.Г. Судакова, Б.Н. Кузнецов, Н.В. Гарынцева, И.В. Ко-ролькова // Химия растительного сырья. - 2010. - № 3. - С. 55-60.

7. Симонова В.В., Шендрик Т.Г., Кузнецов Б.Н. Методы утилизации технических лигнинов// Journal of Siberian Federal University. Chemistry 4. - 2010. - № 3. - С. 340-354.

8. Особенности очистки воды от нефтепродуктов с использованием нефтяных сорбентов, фильтрующих материалов и активных углей / ЕВ. Веприкова, Е.А. Терещенко, Н.В. Чесноков, МЛ. Щипко, Б.Н. Кузнецов // Journal of Siberian Federal University. Chemistry 3. - 2010. - № 3. -С. 285-304.

References

1. Belyaev E.Yu. Poluchenie i primenenie drevesnykh aktivirovannykh uglej v ekologicheskikh tselyakh [Preparation and use of wood-based activated carbons for environmental purposes]. Khimiya rastitelnogo syrya, 2000, no. 2, pp. 5-15.

2. Baklanova O.N., Plaksin G.V., Drozdov V.A. Mikroporistye uglerod-nye sorbenty na osnove rastitelnogo syrya [Microporous carbon adsorbents based on vegetable raw materials]. Rossijskij khimicheskij zhurnal, 2004, vol. 48, no. 3, pp. 89-94.

3. Baklanova O.N., Plaksin G.V., Drozdov V.A., Duplyakin V.K., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. Preparation of microporous sorbents from cedar nutshells and hydrolytic lignin [Preparation of microporous sorbents from cedar nutshells and hydrolytic lignin]. Carbon, 2003, vol. 41, pp. 1793-1800.

4. Eremin A.O., Golovina V.V., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. Uglerodnye adsorbenty iz gidroliznogo lignina dlya ochistki stochnykh vod ot organicheskikh primesej [Carbon sorbents of lignin hydrolysis for wastewater treatment of organic impurities]. Journal of Siberian Federal University. Chemistry 1, 2011, no. 4, pp. 100-107.

5. Kuznetsov B.N., Golovin Yu.G., Vink V.A., Golovina V.V. Termi-cheskaya obrabotka gidroliznogo lignina v reaktore s tsirkuliruyushchim sloem [Heat treatment of the lignin in the hydrolysis reactor circulating bed]. Khimiya rastitelnogo syrya, 1999, no. 2, pp. 53-59.

6. Sudakova I.G., Kuznetsov B.N., Garyntseva N.V., Korolkova I.V. Sostav i svyazuyushchie svojstva ligninov, poluchennykh okislitelnoj delignifikatsiej drevesiny pikhty, osiny i berezy v srede uksusnoj kisloty [Structure and binding properties of lignins derived oxidative delignification of wood fir, aspen and birch in acetic acid]. Khimiya rastitelnogo syrya, 2010, no. 3, pp. 55-60.

7. Simonova V.V., Shendrik T.G., Kuznetsov B.N. Metody utilizatsii tekhnicheskikh ligninov [Methods of disposal of technical lignins]. Journal of Siberian Federal University. Chemistry 4, 2010, no. 3, pp. 340-354.

8. Veprikova E.V., Tereshchenko E.A, Chesnokov N.V., Shchipko M.L., Kuznetsov B.N. Osobennosti ochistki vody ot nefteproduktov s ispolzova-niem neftyanykh sorbentov, filtruyushchikh materialov i aktivnykh uglej [Features water purification from oil using the oil sorbent, filter materials and active carbons]. Journal of Siberian Federal University. Chemistry 3, 2010, no. 3, pp. 285-304.

Получено 29.02.2016

Об авторах

Тиньгаева Елена Александровна (Пермь, Россия) - кандидат химических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: teengaeva@mail.ru).

Фарберова Елена Абрамовна (Пермь, Россия) - кандидат химических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail:elenafarb@gmail.com).

About the authors

Elena A. Tingaeva (Perm, Russian Federation) - Ph. D. in Chemical Sciences, Associate Professor, Department of chemistry and biotechnology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation; e-mail: teengaeva@mail.ru).

Elena A. Farberova (Perm, Russian Federation) - Ph. D. in Chemical Sciences, Associate Professor, Department of chemistry and biotechnology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation; e-mail: elenafarb@gmail.com).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.