CC BY
13
УДК 661.183.2
Зин Мое, Наинг Линн Сое, Со Вин Мьинт, Нистратов А.В., Клушин В.Н.
ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ В АКТИВНЫЕ УГЛИ ОБОЛОЧЕК СЕМЯН МАНГО
Зин Мое, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии; Наинг Линн Сое, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии; Со Вин Мьинт, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии;
Нистратов Алексей Викторович, к.т.н., доцент факультета биотехнологии и промышленной экологии; Клушин Виталий Николаевич*, д.т.н., профессор факультета биотехнологии и промышленной экологии. Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 Россия, e-mail: klouch@muctr. ru*
Изыскание рациональных направлений утилизации отходов пищевых производств в виду их крупных масштабов имеет важное значение в Республике Союз Мьянма. Перспективное направление представляет в частности, переработка на активные угли отходов разделки плодов манго в виде оболочек их семян. В работе приведены материальные балансы стадий пиролиза таких отходов и активации водяным паром полученного карбонизата.. Охарактеризованы побочные продукты обеих операций.
Ключевые слова: плоды манго, отходы, оболочки семян, активные угли, получение, побочные продукты.
BY-PRODUCTS OF PROCESSING OF MANGO SEED SHELL IN ACTIVATED CARBON
Zin Moe, Naing Linn Soe, Saw win Myint, Nistratov A.V., Klushin V.N. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Researching rational ways of recycling food waste in view of its large scale is important in the Republic of the Union of Myanmar. In particular, the perspective direction is the processing of waste ofmango fruits pieces into activated carbon in the form of shells of their seeds. The paper presents the material balances of the pyrolysis stages of such wastes and the steam activation of the resulting carbonated material. By-products of both operations are characterized. Keywords: Mango fruit, seed shell, obtaining activated carbon, by-products.
Производства различных соков, напитков, консервов и другой продукции при переработке на пищевых предприятиях Республики Союз Мьянма плодов манго сопряжено с образованием отходов, потенциально могущих служить сырьем для получения активных углей достаточно высокого качества, пригодных для очистки водных растворов от органических загрязняющих веществ и ионов ряда тяжелых металлов [1-3]. В работах [4-7] освещены условия пиролиза оболочек семян плодов одного из сортов манго (Yin Kwel), ценимого за особое сочетание сладкого и кислого оттенков вкуса [8], и активации полученного карбонизата водяным паром наряду с рядом технических характеристик целевых продуктов этих операций. Ниже изложены результаты изучения побочных продуктов этих операций, представляющие существенную значимость для реализации названного направления утилизации указанных отходов.
Сведения, характеризующие баланс между используемым в процессе пиролиза воздушно-сухим сырьем и результирующими этот процесс продуктами, представляет таблица 1.
Конденсат пиролиза представляет собой не расслаивающуюся при хранении, негорючую, обладающую резким неприятным запахом и мутную жидкость желтоватого цвета плотностью около 1,04 кг/дм3. Перегонка конденсата на фракции с использованием песчаной бани приводит к образованию при 90-115 оС
вторичного конденсата в объеме, составляющем ~66 % от начального.
Таблица 1. Материальный баланс (% масс.) стадии
Приход Расход
Сырье: Фрагменты оболочек семян манго 100 Продукты: Карбонизат 24,8 Конденсат 54,4 Неконденсирующиеся газы 18,6
Итого: 100 Ито го : 97,8*
* Расхождение итогов статей прихода и расхода связано с допущениями, касающимися состава неконденсирующихся газов и принятыми согласно данным работ [9, 10].
Он также является негорючей мутной жидкостью, имеющей величину рН=3 и слабо окрашенной в желтый цвет. Остаток этой операции объемом ~30 % от конденсата не сокращается при дальнейшем повышении температуры и является непрозрачной темно-коричневой горючей жидкостью, обладающей хорошей адгезией к различным материалам. При остывании он превращается в смолообразный упругий материал черного цвета с блестящей поверхностью, температура плавления которого близка 75 оС.
Не конденсирующиеся в условиях охлаждения водой комнатной температуры газы пиролиза
горят при поднесении к ним открытого пламени. По итогам определений, проведенных с привлечением газовой хроматографии, в их составе присутствуют оксиды углерода наряду с метаном и водородом, как об этом свидетельствует информация рисунка 1 и таблицы 2. Особенностью этих газов является непостоянство их качественного и количественного состава в процессе нагревания сырья. Активацией полученного карбонизата водяным паром в условиях, охарактеризованных в работе [7], получен активный уголь. Баланс сырья и продуктов этой операции отражают данные
таблицы 3.
о б л гч 3°
Рис. 1. Хроматограммы проб газов пиролиза оболочек семян манго
Таблица 2. Характеристика принадлежности пиков хроматограмм рис. 1 и доли газов в испытуемых пробах
Температура, оС № пика Компонент Интенсивность пика, мВ Доля компонента в пробе, % об. Массовая доля компонента в газах, г
1 2 3 4 5 6
200 1 Н2 24 1 0,004
300 1 Н2 26 1.02 0,007
300 2 СО 12 1 0,005
300 3 СО2 38 12,67 1,02
350 1 Н2 64 1,3 0,005
350 2 СО 18,8 1 0,005
350 3 СО2 37 22,25 1,8
400 1 Н2 254 1,8 0,007
400 2 СН4 134 5,89 0,172
400 3 СО2 26,5 15,64 1,2
500 1 Н2 2075 23,37 0,085
500 2 СН4 177 12,79 0,375
500/60* 1 Н2 2136 24,92 0,091
500/60* 2 СН4 41 1.8 0,0497
* длительность изотермической выдержки 60 мин. Таблица 3. Материальный баланс (% масс.) стадии
активации карбонизата
Приход Расход
Сырье: Продукты:
Карбонизат оболочек Активный уголь 13,7
семян манго 34,3 Конденсат 55,3
Водяной пар 65,7 Неконденсирующиеся газы 28,5
Итого: Ито го :
100,0 97,5*
* Расхождение итогов статей прихода и расхода связано с допущениями, касающимися состава неконденсирующихся газов и принятыми согласно данных работы [11].
Конденсат, образующийся на стадии активации карбонизата водяным паром, является слабо мутной, негорючей и не расслаивающейся при хранении жидкостью с неярко выраженной желтоватой окраской плотностью очень близкой 1 кг/дм3, которой не свойствен неприятный запах. Ее перегонка на песчаной бане в интервале температур кипения 90-105 оС приводит к образованию вторичного конденсата с выходом ~99 % об., представляющего собой также мутную негорючую жидкость со слабым желтым оттенком и величиной рН = 3.
При поднесении к неконденсирующимся газам активации открытого пламени они не воспламеняются. Результаты их
хроматографического анализа отражают данные рисунка 2 и таблицы 4.
и см?
11 ■ Ооо-С ?оо*с I ® «ООС 1© з оич*
Ч( V; 3) 1
•я чоое 500-с ад •
1Ц, 1® »,* 1 \
/{ - 1 1 к
о 5 Ю го г? ло 35 чо ЧЧ <<ЛиИ>
Рис. 2. Хроматограммы неконденсируемых газов активации
Таблица 4. Характеристика принадлежности пиков хроматограмм рис. 2 и доли газов в испытуемых пробах
Температура, оС № пика Компонент Интенсивность пика, мВ Доля компонента в пробе, % об. Массовая доля компонента в газах, г
1 2 3 4 5 6
400 1 Н2 23 1 0,022
500 1 Н2 17 0,8 0,018
600 1 Н2 3866 68,98 1,539
600 2 СН4 163 10,53 1,85
700 1 Н2 3902 67,06 1,5
700 2 СН4 153 9,09 2,04
800 1 Н2 3917 67,23 1,5
800 2 СН4 145 7,63 1,363
800/30* 1 Н2 2932 50,325 1
* длительность изотермической выдержки 30 мин.
Как видно из представленных данных, в составе неконденсируемых газов активации присутствуют водород и метан, концентрации которых не постоянны в ходе этого процесса, как в качественном, так и в количественном отношении.
Список литературы
1. Akpen G.D., Nwaogazie I.L., Leton T.G. Optimum conditions for the removal of colour from waste water by mango seed shell based activated carbon // Indian Journal of Science and Technology, 2011, vol. 4, № 8, рр. 890-894.
2. Rai M.K., Shahi G., Meena V., Meena R., Chakraborty S., Rai B.N., Singh R.S. Preparation and characterization of activated carbon from mango seed kernel for heavy metal removal from aqueous solution [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.researchgate.net/ publication/310369535 (дата обращения: 20.09.2017).
3. Akpen G.D., Nwaogazie I.L., Leton T.G. Adsorption characteristics of mango (Magnifera indica) seed shell activated carbon for removing phenol from wastewater // Journal of Applied Science and Technology, 2014, vol. 19, № 1 и 2, рр. 43-48.
4. Зин Мое, Наинг Линн Сое, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Анализ процессов термической и термоокислительной деструкции отходов консервирования плодов манго // Успехи в химии и химиической технологии, 2016, том ХХХ, № 9 (178), с. 64-66.
5. Зин Мое, Наинг Линн Сое, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Термографическая оценка характера и рационального уровня термического воздействия на растительные отходы и их карбонизаты // Успехи в
химии и химической технологии, М.: 2017, том ХХХ1, № 9 (190), с. 39-41.
6. Зин Мое, Наинг Линн Сое, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Сравнительная эффективность активных углей, полученных из отходов консервирования плодов манго в решении природоохранных задач // Сб. материалов международной конф. «Химическая технология функциональных наноматериалов» М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 30.11-01.12.2017, с. 101-102.
7. Наинг Линн Сое, Зин Мое, Со Вин Мьинт, Нистратов А.В., Клушин В.Н. Оценка древесных отходов Республики Союз Мьянма как сырья для производства активных углей парогазовой активацией // Сб. статей н/п конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017» 11-15.09.2017, Севастополь, 2017, с. 948-953.
8. The most famous type of mango in Myanmar [Электронный ресурс] Режим доступа: https://coconuts.co/yangon/ news/viral-photo-myanmars-myriad-mangoes-plus-explainer-7-more-famous-types (дата обращения: 18.10.2017).
9. Козлов В.Н. Пиролиз древесины. - М.: Изд-во АН СССР. 1952. - 282 с.
10. Сухая перегонка древесины [Электронный ресурс] Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/137287/%D0%A1%D 1%85% D0%B0%D 1%8F (дата обращения: 13.06.2016).
11. Мухин В.М., Клушин В.Н. Производство и применение углеродных адсорбентов - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. - 308 с.
