CC BY
39
Адсорбционные методы очистки широко применяются для удаления загрязняющих веществ из газовых выбросов и стоков химических предприятий, а также для глубокой их доочистки, где другие методы неэффективны. В настоящее время самые распространенные адсорбенты - природные фильтрующие материалы (цеолиты, глины, различные активированные угли) ввиду их относительной дешевизны и доступности. Активированные угли обладают большой площадью внутренней поверхности и развитой пористой структурой, что обусловливает широкую сферу их применения в различных отраслях промышленности.
При переработке семян сосны сибирской (кедровых орехов) с получением кедрового масла образуются отходы в виде скорлупы в количестве 51-59 % от массы самого ореха. Скорлупа представляет собой ценное сырье для получения пищевых и технических красителей, дубящих веществ и активных углей (АУ). В настоящее время вопросы крупнотоннажной утилизации скорлупы кедрового ореха не решены. Перспективное направление утилизации скорлупы - использование ее в качестве сырья для получения ценных и полезных продуктов, а именно АУ.
Скорлупа кедрового ореха (СКО) относится к возобновляемому сырью и является экологически более чистым продуктом по сравнению с искусственными полимерами и природными углями.
В качестве исходного сырья брали измельченную до размера 0,1-0,2 мм необработанную СКО и скорлупу после экстракционной переработки. Для интенсификации извлечения таннидов из СКО использовали электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) с применением в качестве экстрагента водных растворов спирта этилового высшей очистки марки «Экстра». В результате такого взаимодействия в системе протекают кооперативные процессы: быстрый объемный разогрев реакционной смеси, образование микропор и высвобождение экстрактивных веществ вследствие возникающего градиента температуры и избыточного давления [2]. Конечный продукт - экстракт дубящих веществ представляет собой темно-коричневый порошок со специфическим запахом
PROTECTION OF THE ENVIRONMENT
Получение сорбентов
из скорлупы семян сосны сибирской
Г.И. Хараев, А.В. Залуцкий, А.Г. Хантургаев
Восточно-Сибирский государственный технологический университет, г. Улан-Удэ
В.Г. Ширеторова, Т.А. Бальбурова Байкальский институт природопользования СО РАН, г. Улан-Удэ
Ю.А. Комиссаров
Российский химико-технологический университет им. Д.И Менделеева
кедровых орехов и применяется в качестве красителей, дубителей и пр. в различных отраслях промышленности.
Для получения углеродных адсорбентов из исходной СКО и скорлупы, про-экстрагированной водно-спиртовым раствором, использовали традиционную технологию, включающую стадии карбонизации и активации водяным паром.
Эксперименты по получению АУ из образцов СКО проводили, совмещая процессы пиролиза - активации, предварительно осуществив процесс карбонизации со скоростью 2-3 град/мин до температуры 550 0С и выдерживали при этой температуре в течение 30 мин. Выход карбонизата составляет около 78-88 мас. % от исходной навески. Определяли массовый обгар (Хт, %), который служит одной из важных характеристик процесса активации и определяется как отношение (т0-т)/т0, где т0 - исходная; т- конечная масса продукта; выход угля (К, %) после каждой стадии термообработки, суммарный объем пор (V,., см3/г), удельную поверхность пор (3Бэт (Ы2), м2/г) рассчитывали согласно уравнению БЭТ. Полученный карбонизат активировали водяным паром при температуре 750...800 0С в течение 30 мин. После окончания активирования охлаждение активного угля осуществляли в реакторе до комнатной температуры. В условиях активации происходят селективное окисление и удаление части углерода в виде газообразных продуктов.
Сорбционные свойства полученных АУ исследовали по йоду, бензолу, метиле-новому голубому по стандартным методикам.
При экстракционном извлечении таннидов из СКО с использованием ЭМП СВЧ происходит деструкция целлюлозы с образованием оксицеллюлозы, в составе которой находятся карбоксильные группы. При термолизе оксицеллюлозы характерно увеличение фенольных и карбоксильных групп на поверхности скорлупы. Из этого следует, что после экстракции СКО получается другой материал по сравнению с исходной скорлупой.
Предварительное удаление экстрактивных веществ из СКО приводит к небольшому увеличению объема пор в полученном материале от 0,01 до 0,02 см3/г. Это свидетельствует о том, что в процессе
Свойства карбонизатов и активатов, полученных из СКО
Параметр Карбонизат при 550 °С Активат при 800 °С
исх. СКО экстр. СКО исх. СКО экстр. СКО
Х , % m' 70,50 65,00 83,40 80,50
R, % 29,50 35,00 16,60 19,50
Vs, см3/г 0,12 0,17 0,23 0,38
5Б,т (N2). м2/г 80,00 120,00 600,00 800,00
Сорбционная ак- 10,50 12,40 62,00 79,00
тивность по йоду, %
Сорбционная 29,10 36,60 76,60 100,20
активность по
метиленовому голубому, мг/г
экстракции СКО не происходит развития микро- и мезопористой структуры. После карбонизации суммарный объем пор по бензолу увеличивается у исходной скорлупы до 0,12 см3/г, у экстрагированной скорлупы - до 0,17см3/г.
При карбонизации и активировании исходной и предварительно экстрагированной скорлупы были получены образцы, свойства которых представлены в таблице.
Данные таблицы показывают, что на стадии карбонизации материалов происходит потеря массы: проэкстрагиро-ванной СКО - 65 %, исходной - 70,5 %. Стадия активирования вносит существенные различия в свойствах материалов, получаемых из исходной и проэк-страгированной СКО. Так, выход актива-та из экстрагированной скорлупы составляет 19,5 %, из исходной - 16,6 %. Также образцы скорлупы после предварительной экстракции имеют большую удельную поверхность (800 м2/г), рассчитанную согласно уравнению БЭТ.
Адсорбционная способность полученных активированных углей по йоду составила для исходной скорлупы - 62 %, для проэкстрагированной - 79 %, по метиленовому голубому - 76,6 и 100,2 мг/г соответственно. Эти значения соответствуют характеристикам современных промышленных углеродных сорбентов. Полученные результаты свидетельствуют о возможности получения высокопористых активных углей из СКО и остатков ее экстракционной переработки, а также применения их в качестве сорбци-онных материалов.
ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 7/2007 45
