Получение новых (нано)материалов из соломы масличных капустных культур Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 63

Карпачев В.В., член-корр. РАН, проф., д.с.-х.н., директор ВНИИ рапса, Мухин В.М., Заслуженный изобретатель РФ, проф., д.т.н., начальник лаборатории

ОАО «ЭНПО «Неорганика», Воропаева Н. Л., акад. МАНЭБ, докт. хим. наук, гл. науч. сотр., ФГБНУ «ВНИИ рапса», г. Липецк, Российская Федерация

Светлой памяти проф. Рубана И.Н. посвящается

ПОЛУЧЕНИЕ НОВЫХ (НАНО)МАТЕРИАЛОВ ИЗ СОЛОМЫ МАСЛИЧНЫХ КАПУСТНЫХ КУЛЬТУР

Переработка растительных ежегодно возобновляемых отходов различных сельскохозяйственных культур как перспективного ресурса для формирования углеродсодержащих (нано)материалов в настоящее время приобретает все большую актуальность и целесообразность [1, с.241].

Целью проводимых нами исследований является разработка технологии получения активных углей (марки РАУ) как материалов с наноструктурной организацией из растительных сельхозостатков различных масличных капустных культур, в частности, редьки.

Из научно-технической и патентной литературы до начала постановки этих исследований не был известен способ получения активного угля из растительных отходов редьки методом парогазовой активации. Для получения РАУ- редьки растительные сельхозостатки (солома) редьки измельчаются, загружаются в стальную реторту, которую закрывают крышкой с отводами и помещают в электропечь, при этом в реторту подают азот для создания инертной атмосферы. Затем реторта нагревается со скоростью подъема температуры 10°С/мин до необходимой температуры и осуществляется выдержка при конечной температуре карбонизации в определенном интервале времени. После завершения процесса карбонизации реторта охлаждается до комнатной температуры и карбонизат выгружается. Затем карбонизат загружается в ретортную печь активации, и в ней ведется процесс активации перегретым водяным паром. После завершения активации ретортная печь охлаждается до комнатной температуры, из нее выгружается полученный активный уголь РАУ- редьки и определяется его адсорбционная способность. Выход готового продукта составляет 17,9 % от веса карбонизата, массовая доля летучих веществ - 15,3%, массовое содержание золы - 26,2%, массовая доля воды - 2,2%.

Для определения характеристик полученного активного угля при выполнении исследований использованы общепринятые ГОСТы, стандарты и методики, а также прибор для анализа площади поверхности и пористости твёрдых материалов ASAP 2020 [2, с.158].

Полученный порошковый растительный активный уголь (РАУ- редьки) имеет следующие характеристики: Ас = 26,2 % масс.; А = 131,0 г/дм3; Vx = 2,55 см3/г; Ws = 0,20 см3/г; адсорбционная способность по йоду и метиленовому голубому (МГ) составила 31% и 69 мг/г соответственно. В результате при активации развивается большой объем сорбционного пространства Ws, что приводит к высокой адсорбции РАУ-редьки. РАУ- редьки имеют насыпную плотность 137,0 г/дм3, что выше таковых показателей из подобного сырья; это, очевидно, объясняется тем, что содержащиеся в соломе остаточные количества семян, имеющие в своем составе масла, играют роль связующего и уплотняют каркас готового РАУ [3, с.238].

Изотерма адсорбции РАУ- редьки по азоту, измеренная на приборе ASAP-2020, позволила рассчитать параметры его микропористой структуры: объем микропор (V^) составляет 0,116 см3/г, размер микропор (полная ширина щели) — 1,62 нм, общая удельная поверхность пор ^уд) — 328 м2/г , энергия адсорбции Еа -21,0 кДж/моль (рис. 1). Определенные по изотерме адсорбции параметры пористой структуры РАУ- редьки полностью соответствуют аналогичным показателям отечественных промышленных активных углей и имеют следующие структурные особенности (рис.2).

Рисунок 1 - а, б. Кривые адсорбции и десорбции РАУ-редьки

Рисунок 2 - Типичные электронные микрофотографии РАУ из соломы

Полученные данные свидетельствуют о том, что такие РАУ достаточно эффективно могут использоваться в различных углеадсорбционных промышленных технологиях, где применяются порошковые активные угли.

Исследования проведены в рамках задания на выполнение НИР 0634-2014-0016 «Разработать инновационную технологию получения новых функциональных (нано)материалов для АПК из ежегодно возобновляемых сельскохозяйственных отходов масличных капустных культур».

Список использованной литературы:

1. Mukhin, V.M., Voropaeva, N.L., ..., Spiridonov, Ju.Ja. Vegetable waste as perspective raw materials for the production of carbon adsorbents. Inzynieria Mineralna. - 2016. - 17 (2). - pp. 241-245.

2. Воропаева Н.Л., Коновалова А.И., Карпачев В.В. Инновационная технология получения новых (нано) материалов из первичных растительных сельхозостатков масличных капустных культур. Новая наука: стратегии и вектор развития. Стерлитамак: АМИ. - 2016.- №5-2 (82).С. 158-160. (ISSN 2412-9739).

3. N. Voropaeva, V. Mukhin,., V. Karpachev. The Technology of Helianthus Tuberosus Agricultural Residues Processing to Obtain Activated Carbons. Inzynieria Mineralna - Journal of the Polish Mineral Engineering Society.-2015.-No 2(36). -p. 238-241. (ISSN 1640-4920).

© Карпачев В.В., Мухин В.М., Воропаева Н.Л., 2017