Научная статья на тему 'Разработка методов переработки бурого угля'

Разработка методов переработки бурого угля Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
733
112
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БУРЫЙ УГОЛЬ / ГУМИНОВЫЕ КИСЛОТЫ / СОРБЕНТЫ / ПОРИСТЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / КАРБОНИЗАЦИЯ БУРЫХ УГЛЕЙ / BROWN COAL / HUMIC ACIDS / SORBENTS / POROUS CARBON MATERIALS / CARBONIZATION OF BROWN COAL

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Копп Д. Д., Портнова А. В., Фарберова Е. А.

Россия располагает крупными ресурсами бурых углей, пригодных для комплексной переработки в различных технологических процессах. В настоящее время эти угли добывают в основном в Канско-Ачинском бассейне, где их геологические запасы оцениваются в 670 млрд т. При этом открытым способом могут быть обработаны 140,4 млрд т. Бурый уголь имеет низкую энергетическую ценность, а его традиционное сжигание приводит к загрязнению окружающей среды оксидами азота и серы и другими вредными веществами. В связи с этим актуальной является проблема поиска альтернативных способов его использования в народном хозяйстве. Одним из направлений переработки бурого угля является извлечение из него гуминовых кислот, использующихся для производства удобрений и очистки почв от токсичных элементов. Другим направлением переработки бурых углей является приготовление из них сорбентов различного спектра действия. В работе определено общее содержание гуминовых кислот в образце бурого угля Канско-Ачинского бассейна и подобраны наиболее оптимальные параметры их извлечения. Изучено влияние карбонизации и щелочной активации бурого угля на развитие его пористой структуры и сорбционных свойств. Подобраны наиболее эффективные режимы химической и термической обработки бурых углей КАБ для получения пористых углеродных материалов (ПУМ). Показана возможность получения ПУМ из отходов бурых углей, использованных для получения гуминовых кислот. Описаны кинетические параметры культуры микроорганизмов, выделенных с поверхности бурого угля и проведена ее проверка использования для очистки сточной воды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Копп Д. Д., Портнова А. В., Фарберова Е. А.

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

DEVELOPMENT OF BROWN COAL CONVERSION METHODS

There are large brown coal resources in Russia. This brown coal (BC) can be recycled in different technological processes. Currently, these coals are mined mainly in the Kansk-Achinsk basin. There the common brown coal amount is estimated 670 billion tons. Meanwhile, 140,4 billion tons can be received by surface mining. BC has low energy value, and its traditional burning leads to sulfur and nitrogen oxides production and to environment pollution consequently. In this regard the search for alternative recycle ways is an urgent problem. Humic acids (HA) extraction is one of the areas of brown coal recycling. Humic substances are used for the production of fertilizers and for cleaning the soil of toxic elements. The other direction of brown coal recycling is preparing sorbents for different goals. Lignite is not an expensive material and it is amenable to carbonization. In this paper, the common quality of humic acids in a sample of Kansk-Achinsk basin brown coal is established and the optimal parameters of their extraction are described. Influence of brown coal carbonization and alkali activation on the development of its porous structure and sorption properties was studied. The most effective modes of chemical and thermal treatment of Kansk-Achinsk basin brown coal for the production of porous carbon materials (PCM) were selected. The possibility of PCM obtaining from brown coal waste used to produce humic acids is shown. The kinetic parameters of the culture of microorganisms isolated from the surface of brown coal are described, and its use for treating wastewater is tested.

Текст научной работы на тему «Разработка методов переработки бурого угля»

ВЕСТНИК ПНИПУ

2019 Химическая технология и биотехнология № 4

DOI: 10.15593/2224-9400/2019.4.12 УДК: 661.18:552.576.1:547.992.2

Д.Д. Копп, А.В. Портнова, Е.А. Фарберова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ БУРОГО УГЛЯ

Россия располагает крупными ресурсами бурых углей, пригодных для комплексной переработки в различных технологических процессах. В настоящее время эти угли добывают в основном в Канско-Ачинском бассейне, где их геологические запасы оцениваются в 670 млрд т. При этом открытым способом могут быть обработаны 140,4 млрд т. Бурый уголь имеет низкую энергетическую ценность, а его традиционное сжигание приводит к загрязнению окружающей среды оксидами азота и серы и другими вредными веществами. В связи с этим актуальной является проблема поиска альтернативных способов его использования в народном хозяйстве.

Одним из направлений переработки бурого угля является извлечение из него гуминовых кислот, использующихся для производства удобрений и очистки почв от токсичных элементов. Другим направлением переработки бурых углей является приготовление из них сорбентов различного спектра действия.

В работе определено общее содержание гуминовых кислот в образце бурого угля Канско-Ачинского бассейна и подобраны наиболее оптимальные параметры их извлечения.

Изучено влияние карбонизации и щелочной активации бурого угля на развитие его пористой структуры и сорбционных свойств. Подобраны наиболее эффективные режимы химической и термической обработки бурых углей КАБ для получения пористых углеродных материалов (ПУМ). Показана возможность получения ПУМ из отходов бурых углей, использованных для получения гуминовых кислот.

Описаны кинетические параметры культуры микроорганизмов, выделенных с поверхности бурого угля и проведена ее проверка использования для очистки сточной воды.

Ключевые слова: бурый уголь, гуминовые кислоты, сорбенты, пористые углеродные материалы, карбонизация бурых углей.

D.D. Kopp, A.V. Portnova, E.A. Farberova

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

DEVELOPMENT OF BROWN COAL CONVERSION METHODS

There are large brown coal resources in Russia. This brown coal (BC) can be recycled in different technological processes. Currently, these coals are mined mainly in the Kansk-Achinsk basin. There the common brown coal amount is estimated 670 billion tons. Meanwhile, 140,4 billion tons can be received by surface mining. BC has low energy value,

and its traditional burning leads to sulfur and nitrogen oxides production and to environment pollution consequently. In this regard the search for alternative recycle ways is an urgent problem.

Humic acids (HA) extraction is one of the areas of brown coal recycling. Humic substances are used for the production of fertilizers and for cleaning the soil of toxic elements. The other direction of brown coal recycling is preparing sorbents for different goals. Lignite is not an expensive material and it is amenable to carbonization.

In this paper, the common quality of humic acids in a sample of Kansk-Achinsk basin brown coal is established and the optimal parameters of their extraction are described.

Influence of brown coal carbonization and alkali activation on the development of its porous structure and sorption properties was studied. The most effective modes of chemical and thermal treatment of Kansk-Achinsk basin brown coal for the production of porous carbon materials (PCM) were selected. The possibility of PCM obtaining from brown coal waste used to produce humic acids is shown.

The kinetic parameters of the culture of microorganisms isolated from the surface of brown coal are described, and its use for treating wastewater is tested.

Keywords: brown coal, humic acids, sorbents, porous carbon materials, carbonization of brown coal.

Пористые углеродные материалы (ПУМ) широко используются в различных технологических процессах разделения в жидких и газообразных средах. В настоящее время расширяется применение пористых углеродных материалов в качестве носителей для катализаторов, гемосорбентов, адсорбентов для хроматографии и систем хранения газов, молекулярных сит и т.д. Отличительные особенности ПУМ - это высокая специфическая адсорбционная и каталитическая активность при достаточной стабильности в неокислительных средах. Для получения ПУМ можно использовать широкий спектр углеродсодержащего сырья: древесина, каменные и бурые угли, различные виды сельскохозяйственных отходов, торф и различные полимерные материалы.

Для получения ПУМ обычно используются методы физической или химической активации. Получение ПУМ с использованием физической активации включает следующие стадии: подготовка сырья (сепарация, дробление, сушка и др.); пиролиз (термообработка без доступа окислителя при температуре 550-1000 °С; активация (термообработка в присутствии окислителя, CO2 или водяного пара) [1].

Получение ПУМ методом термохимической активации основано на введении в исходный материал химических добавок с последующей карбонизацией в инертной среде или в присутствии газообразного окислителя. Такие добавки активируют трансформацию алифатических фрагментов, практически не затрагивая арильные С-С-связи, уда-

ляют кислород, водород и другие молекулы при одновременной карбонизации и активации при температурах, как правило, ниже 700 °С. В итоге получаются ПУМ с развитой пористой структурой [2].

Одним из привлекательных сырьевых источников для получения ПУМ являются низкометаморфизованные бурые угли (БУ) - относительно дешевый и доступный материал для получения пористых углеродных материалов. Для этого широко используют методы щелочной активации бурых углей, позволяющие получать ПУМ с хорошо развитой микропористой структурой. Такие ПУМ могут проявлять высокую селективность к сорбции низкомолекулярных газов, что делает возможным их использование в газоразделительных процессах [1].

Известен процесс получения пористого углеродного материала, включающий в себя смешивание измельченного до фракции 1-2 мм бурого угля с гидроксидами щелочных металлов, используемых в твердом виде, в весовом соотношении 1:1-1:7. Возможен вариант введения катализатора в уголь, его выдерживание в растворе щелочных металлов с последующей сушкой до постоянной массы [3]. В ряде работ показано, что эффективность активирующих агентов растет в ряду ЬЮН < ШОН < КОН [4, 5].

Температурный режим включает в себя нагревание со скоростью от 3-10 °С/мин от комнатной температуры до 600-800 °С с последующей изотермической выдержкой в течение 1 ч. Активированные продукты отмывают от неорганических примесей и сушат до постоянного веса при 105 °С [1].

Особый интерес для приготовления сорбентов представляют бурые угли Канско-Ачинского бассейна (КАБ) [6]. От углей других крупных месторождений России они отличаются сравнительно низким содержанием минеральных веществ (80 % углей имеют зольность ниже 8 %, в то время зольность углей других крупных месторождений России обычно более 15 %). Для бурых углей КАБ характерно сравнительно низкое содержание микроэлементов, в том числе токсичных. Указанные особенности состава позволяют рассматривать эти угли как предпочтительное сырье для приготовления эффективных сорбентов различного назначения с наиболее благоприятными экологическими показателями [7].

Бурые угли также широко используются для получения гумино-вых кислот. Гуминовые кислоты (ГК) - это группа темноокрашенных гумусовых кислот, растворимых в щелочах и нерастворимых в кисло-

тах. Они представляют собой высокомолекулярные гетерополимерные природные органические соединения, образующиеся при разложении отмерших растений и их гумификации. Гуминовые вещества выполняют множество функций при формировании почв и почвенного плодородия. Их содержание и состав обусловливают агрономическую ценность, структуру, водно-воздушный режим и окраску почв, емкость ка-тионного обмена, буферность почвы. В наиболее общей форме выделяют четыре важнейшие функции гуминовых кислот в биосфере: аккумулятивную, транспортную, регуляторную и протекторную. Гу-миновые кислоты наиболее часто используют для производства органо-минеральных удобрений и очистки почв от токсичных элементов [8].

Объект и методы исследования. Объектом исследования данной работы являются бурые угли Канско-Ачинского бассейна с характеристиками, приведенными в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики образца бурого угля Канско-Ачинского бассейна

Элементный состав, мас. % Общее содержание золы, мас. % Содержание основных элементов в золе, мас. % Выход летучих веществ, мас. % Степень ароматичности

Углерод Кислород А1 Са Бе Мм 81

84,7 3,3 3,8 3,7 23,6 19,7 14,1 14,3 38,9 0,7

На рис. 1 представлена термограмма образца бурого угля КАБ, в табл. 2 - ее характеристика.

тг, %

! 00

ДСК, мВт/мг

95

90

85

80

75

70

65

" -5,78 % 901,6 °С/\ ь

207,0 121,3 Дж/Г

\ --18,24% /

V --41,1 % -

503.0 "С У ~41,4 Дж/г^, .-Ш,ЗДж/г-- С \ \ --9,0%

368.2 "С \ /-101,4 °С 553,8 "С? 661.0° -6,13% '"'-1,94 %*

844,0 "С? " ;——^

2,0

1.0

0.5

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Температура, "С

Рис. 1. Термограмма образца бурого угля [9]

Таблица 2

Характеристика термограммы бурого угля

Температура, °С Потеря массы, % Температура, °С Потеря массы, %

0,0-207,0 5,78 503,0-661,0 9,00

207,0-503,0 18,24 661,0-884,0 6,13

Определение осветляющей способности бурого угля по метиле-новому синему (МС). Навеску угля помещали в коническую колбу прибавляли 25 см раствора МС с концентрацией 1500 мг/дм, взбалтывали на аппарате для встряхивания жидкости в сосудах в течение 20 мин. После взбалтывания угольную суспензию центрифугировали, 1 см осветленного раствора и переносили в мерную колбу вместимостью 100 см, разбавляли дистиллированной водой и измеряли оптическую плотность растворов. Для построения градуировочного графика использовали растворы МС с заданными концентрациями. Адсорбционную активность угля по индикатору в миллиграммах на 1 г продукта определяли по формуле

X = ((С1 - С*2 • К) • 0,025)/да, (1)

где С1 - массовая концентрация исходного раствора индикатора, мг/дм; С2 - массовая концентрация раствора после контакта с активным углем, мг/дм; 0,025 - объем раствора - индикатора, взятого для осветления, дм; m - масса навески активного угля, г [10].

Для проведения щелочной активации бурый уголь предварительно обрабатывали в течение 1 ч на качалке растворами КОН (1, 5, 10 %) при отношении жидкой фазы к твердой, равной 1:10, и скорости вращения качалки 160 об/мин.

Карбонизация бурого угля проводится в муфельной печи в закрытых бюксах при температурах 500-800 °С в течение 2 ч при скорости нагревания 10 °С/мин.

Определение сорбционной емкости по парам бензола и воды. В эксикаторы заливали модельные вещества (вода, бензол), стеклянные бюксы поместили в эксикаторы и выдерживали до достижения постоянного веса. В бюксах отмерили навески проб образцов бурого угля массой 1 г и поместили их в эксикаторы, выдерживали до достижения постоянного веса. Расчет объема адсорбированного вещества производили по формуле

Ж

тп - т1 й ■ т.

(2)

где Ж - объем вещества, адсорбированного единицей массы пробы, см /г; тп - масса пробы, насыщенной веществом, г; т^ - масса исходной пробы, г; й - плотность вещества, г/см3, йн 0 =1 г/см3, йс 0 =

= 0,879 г/см3.

За результат анализа принимали среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.

Экспериментальная часть.

Подбор оптимальных параметров процесса извлечения ГК из бурых углей КАБ. Общее содержание гуминовых кислот было определено по ГОСТ 9517-94 «Топливо твердое. Методы определения выхода гуминовых кислот». Оно составило 60,1 %.

Для идентификации гуминовых кислот были получены их ИК-спектры (рис. 2).

Рис. 2. ИК-спектры выделенных из образца бурого угля ГК

Пики слабой интенсивности 2918 и 2849 см-1 обусловлены валентными колебаниями групп -СН, -СН2 - и -СН3. В области 14151379 см-1 проявляется поглощение иона -СОО-. Возможно на поглощение в области 1700-1500 см-1 могут оказывать влияние валентные колебания -С=С- ароматических и алифатических структур, в том

числе и сопряженных с группой С=О. В этой же области наблюдаются деформационные колебания -ОН в воде и -NH в аминах. Полоса поглощения с максимумом при 1237 см-1 характеризует валентные колебания С=О в карбоксильных группах. Проявление максимумов в интервале 1200-1050, 950-900 см-1 могут быть обусловлены деформационными колебаниями спиртовых групп -ОН.

На основании расшифровки данного ИК-спектра можно сделать вывод о принадлежности полученных веществ к классу гуминовых кислот, так как присутствуют характерные функциональные группы.

Нами был осуществлен подбор наиболее оптимальных условий извлечения свободных ГК на основе литературных данных [11, 12] и результатов серий собственных экспериментов. Варьировали такие факторы, как размер фракции угля, концентрация и тип экстрагента, время экстракции и соотношение навески БУ к объему раствора NaOH/KOH. Оптимальные значения параметров обработки БУ следующие:

дисперсность угля................................... 0,25-0,50 мм

концентрация экстрагента......................NaOH/KOH (10 %)

кислота для осаждения...........................HCl (конц.)

о

температура экстракции.........................60 С

время экстракции....................................30 мин

предобработка бурого угля....................H2O2 (10 %)

количество экстракций ........................... 2

сушка........................................................100±5 °С

гидратный модуль...................................10

Эти значения параметров обработки БУ позволяют достичь степени извлечения ГК примерно 20 % от его исходной массы.

Получение ПУМ из бурых углей Канско-Ачинского бассейна. Исследование пористой структуры образца исходного бурого угля и образца после его карбонизации при 500 °С проведено на анализаторе удельной поверхности «NOVA-1200e». Определяли такие показатели, как площадь поверхности по БЭТ (5бэт), радиус щели (гщ), объем мик-ропор по методу DR (VDR), поверхность микропор по методу DR (Sdr) предельный объем адсорбционного пространства (W0), суммарный объем пор по методу BJH (VBJH) и энергия адсорбции (EAd). Данные показатели были рассчитаны на основе изотерм адсорбции. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Параметры, полученные с помощью анализатора удельной поверхности

Показатель Единица измерения Исходный бурый уголь Карбонизат бурого угля (500 °С)

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

^БЭТ см2/г 3,370 51,51

см2/г 12,55 63,58

Жо см3/г 0,011 0,042

^вга см3/г 0,011 0,013

Уъя см3/г 0,005 0,023

Нм 5,936 1,024

Еда кДж/моль 2,129 12,69

Как видно из табл. 3, термическая обработка позволила повысить площадь удельной поверхности исследуемого бурого угля в 15 раз, поверхность микропор в 5 раз, объем пор в 4 раза и энергию адсорбции в 6 раз. Радиус пор снизился более чем в 5 раз. Полученные результаты подтверждают эффективность карбонизации при 500 °С для получения ПУМ.

На следующем этапе была изучена возможность получения ПУМ из бурого угля и его карбонизатов, полученных при разных температурных обработках. Температуры обработки подбирались в соответствии с термограммой (см. рис. 1). Результаты серии экспериментов представлены в табл. 4.

Таблица 4

Зависимость сорбционной активности БУ от температуры термообработки

Температура, °С Выход летучих веществ, % Сорбционная активность по МС, мг/г Сорбционная емкость по парам воды, см3/г Сорбционная емкость по парам бензола, см3/г

- 0,0 8,0 0,13 0,06

220 7,3 8,53 0,16 0,10

500 46,3 9,85 0,18 0,09

600 52,0 28,33 0,14 0,11

400, 600* 44,6 - 0,14 0,09

800 75,3 55,91 0,38 0,21

* Последовательная выдержка при 400 и 600 °С по 2 ч при каждой температуре.

Удаление летучих веществ при 220 °С и карбонизация при 500 °С не дала существенного увеличения сорбционной емкости по парам модельных жидкостей и сорбционной активности по МС. Изотермическая выдержка при 600 °С привела к увеличению сорбционной активности по МС. Карбонизация при 800 °С привела к увеличению сорбци-онной емкости по парам модельных веществ и сорбционной активности, однако при этом наблюдаются достаточно большие потери по массе угля (75 %).

На основе литературных данных [1, 2, 4] проведена карбонизация бурого угля с одновременной активацией в присутствии гидроксида калия либо натрия. Щелочную активацию проводили двумя способами: как предварительной обработкой бурых углей растворами гидро-ксидов щелочных металлов, так и внесением KOH в кристаллической форме в весовом соотношении 1:3. Изотермическую выдержку проводили при 600 °С в течение 2 ч. Результаты представлены в табл. 5.

Таблица 5

Сорбционная емкость образцов БУ после химической активации

Образец Сорбционная емкость по парам воды, см3/г Сорбционная емкость по парам бензола, см3/г

Карбонизат с KOH (кр.), 0,28 0,30

Карбонизат, 1 % NaOH 0,44 0,12

Карбонизат, 5 % KOH 0,44 0,12

Карбонизат, 10 % KOH 0,24 0,22

Наиболее эффективный результат получен при карбонизации предварительно обработанного образца бурого угля 10%-ным раствором гидроксида калия (сорбционная емкость составила 0,22 см3/г по парам бензола и 0,24 см3/г по парам воды) и при внесении КОН в бурый уголь в кристаллической форме (объем пор составил 0,30 см3/г по парам бензола и 0,28 см3/г по парам воды).

Исследование возможности получения сорбентов из остатков бурых углей после извлечения ГК. После проведения извлечения гуминовых кислот остается твердая нерастворившаяся часть бурого угля, которую можно классифицировать как отход. Поскольку стадия извлечения гуминовых кислот включает в себя обработку бурого угля раствором щелочи, то было выдвинуто предположение о возможности получения пористого углеродного материала из этих отходов. Гумино-вые кислоты извлекали из бурого угля в соответствии с подобранными

нами параметрами. Затем проводили карбонизацию бурого угля, оставшегося после извлечения ГК, при температуре 600 °С в течение 2 ч и измеряли сорбционную емкость по парам воды и бензола у образцов, не прошедших термическую обработку, и карбонизированных остатков. Результаты представлены в табл. 6.

Таблица 6

Объемы пор отходов бурых углей после извлечения ГК

Образец Сорбционная емкость по парам воды, см3/г Сорбционная емкость по парам бензола, см3/г

Остаток БУ после извлечения гуминовых кислот - 0,04

Карбонизированный остаток БУ (извлечение ГК с использованием №0Н) 0,34 0,27

Карбонизированный остаток БУ (извлечение ГК с использованием КОН) 0,31 0,26

Таким образом, карбонизация остатков бурого угля после извлечения ГК позволила получить ПУМ с достаточно высокой сорбцион-ной емкостью (0,27 и 0,26 см3/г по парам бензола). Как видно из табл. 6, выбор экстрагента при извлечении ГК не оказывает существенного влияния на объем пор получаемых сорбентов.

Выделение культуры микроорганизмов из бурого угля. Бурый уголь имеет низкую степень метаморфизма и, следовательно, он содержит большое количество углеводородов, которые могут служить субстратом, необходимым для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. Также он может содержать на своей поверхности и сами микроорганизмы, которые могут использовать сложные углеводороды в качестве субстрата [13-15].

Выделена культура микроорганизмов путем обработки образца бурого угля питательной средой М9 с последующим инокулированием на чашки Петри с плотной питательной средой МПА. Для выделенной культуры была построена кривая роста и рассчитаны кинетические параметры:

время лаг фазы ................................................................11 ч

время экспоненциальной фазы.......................................24 ч

удельная скорость роста.................................................0,13 ч-1

время генерации...............................................................5,33 ч

Была проверена возможность использования выделенной культуры в процессе очистки сточных вод, загрязненных углеводородами. Для этого культуру клеток на логарифмической стадии роста внесли в колбы со сточной водой с ХПК 293,5 мг/л. Очистку проводили на качалке при скорости вращения 130 об/мин и температуре 30 °С в течение недели. В результате было зафиксировано снижение ХПК сточной воды в 2 раза.

Результаты и их обсуждение. В результате проведенных исследований определено общее содержание гуминовых кислот в образце бурого угля Канско-Ачинского бассейна (60,1 %) и подобраны наиболее оптимальные параметры их извлечения, позволяющие достичь 20%-ного выхода ГК.

Определено влияние карбонизации бурого угля на развитие его пористой структуры. Выявлено, что применение только термической обработки оказывает слабое влияние на изменение сорбционной емкости по парам воды и бензолу. Для увеличения этих показателей наиболее рационально проводить карбонизацию бурого угля при 600 °C в присутствии кристаллического KOH или после обработки его 10%-ным раствором гидроксида калия с последующей изотермической выдержкой при той же температуре.

Показана возможность получения пористых углеродных материалов из отходов бурых углей, использованных для извлечения гуминовых кислот. В зависимости от типа экстрагента гуминовых кислот сорбционная емкость получившихся ПУМ составила 0,31-0,34 см /г по парам воды и 0,26-0,27 см /г по парам бензола. Использование отходов бурых углей после экстракции гуминовых кислот может решить проблему его комплексной переработки, получить экономическое преимущество и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

Для выделенной с поверхности бурого угля культуры микроорганизмов были рассчитаны кинетические параметры роста. Установлено, что использование полученной культуры приводит к снижению ХПК сточной воды на 46 %. Данный результат позволяет предположить возможность создания биосорбентов на основе данной культуры и полученных ПУМ путем ее иммобилизации.

Список литературы

1. Получение углеродных сорбентов химической модификацией ископаемых углей и растительной биомассы / Н.В. Чеснокова, Н.М. Микова, И.П. Иванов, Б.Н. Кузнецова // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. - 2014.- № 7.- С. 42-53.

2. Кузнецов Б.Н., Грицко Г.Н. Глубокая переработка бурых углей с получением жидких топлив и углеродных материалов. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. - 212 с.

3. Ворсина Е.В., Москаленко Т.В., Михеев В.А. Получение углеродных сорбентов химической модификацией бурого угля Харанорского месторождения [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 2-3. - URL: http://www.science-education.ru/ru/article/ view?id=23990 (дата обращения: 17.10.2019).

4. Формирование пористой структуры бурого угля при термолизе с гидроксидом калия / Т.Г. Шендрик, Ю.В. Тамаркина, Т.В. Хабарова [и др.] // Химия твердого топлива. - 2009. - № 5. - С. 51-55.

5. Способ получения пористого углеродного материала из бурого угля: пат. 2359904 RU: МПК C 01 B 31/08 / Микова М.Н., Чесноков Н.В., Кузнецов Б.Н., Иванов И.П. - № 2008116967; заявл. 28.04.08, опубл. 27.06.2009. - 9 с.

6. Кузнецов П.Н., Кузнецова Л.И., Колесникова С.М. Влияние обеззо-ливания бурого угля Канско-Ачинского бассейна на физико-химические свойства получаемых сорбентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 12. - С. 106-113.

7. Домрачева В.А., Шийрав Гандандорж. Углеродные сорбенты из монгольских бурых углей // Шинжлэх Ухааны Академийн Мэдээ. - 2012. -№ 4. - С. 20-28.

8. Копп Д.Д., Портнова А.В. Оценка эффективности применения гу-миновых препаратов для оптимизации содержания подвижных форм ионов меди (II) в почвенных объектах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. - 2018. - № 4. - С. 113-125.

9. Фарберова Е.А., Олонцев В.Ф., Тиньгаева Е.А. Влияние параметров термического модифицирования бурых углей на их сорбционные свойства // Химия твердого топлива. - 2017. - № 3. - С. 51-57.

10. Гиндулин И.К., Юрьев Ю.Л. Технический анализ нанопористых материалов / Урал. гос. лесотехн. ун-т. - Екатеринбург, 2011. - 17 с.

11. Жирнов Б.С., Хайбуллин А. А., Сычков П. А. Кинетика извлечения гуминовых кислот из бурого угля Тюльганского месторождения // Башкирский химический журнал. - 2009. - № 2. - С. 169-172.

12. Отработка параметров процесса извлечения гуминовых кислот и гуматов из отходов бурых углей / А.В. Портнова, Е.А. Фарберова, Д.Д. Копп, А.В. Семкова // Углехимия и экология Кузбасса: междунар. Рос.- Казахстан. симп. - Кемерово, 2017. - С. 87.

13. Isolation and characterization of native microorganism from Turkish lignite and usability at fungal desulphurization / P. Aytar, D. Oz Aksoy, Y. Toptasa, A. Cabuk, K. Koca, H. Koca // Fuel. - 2014. - № 116. - Р. 634-641.

14. Буланкина М.А., Лысак Л.В., Звягинцев Д.Г. Микроорганизмы бурого угля // Изв. РАН. Сер. биологическая. - 2007. - № 2. - С. 239-243.

15. Шумков С.И., Терехова С.Е. Влияние биотехнологической обработки на деструкцию угля // Неделя горняка. - 2002. - № 13. - C. 121-123.

References

1. Chesnokova N.V., Mikova N.M., Ivanov I.P., Kuznecova B.N. Poluchenie uglerodnyh sorbentov himicheskoj modifikaciej iskopaemyh uglej i rastitel'noj biomassy [Obtaining carbon sorbents by chemical modification of fossil coals and plant bio mass]. Journal of Siberian Federal University. Chemistry, 2014, no. 7, pp. 42-53.

2. Kuznecov B.N. [i dr.] Glubokaja pererabotka buryh uglej s polucheniem zhidkih topliv i uglerodnyh materialov [Deep processing of brown coal to produce liquid fuels and carbon materials]. Novosibirsk, SO RAN, 2012. 212 p.

3. Vorsina E.V., Moskalenko T.V., Mikheev V.A. Poluchenie uglerodnykh sorbentov khimicheskoy modifikatsiey burogo uglya Kharanorskogo mestorozhdeniya [Production of carbon sorbents by chemical modification of Kharanor deposit lignite], Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015, no 2-3. URL: http://www.scienceeducation.ru/ru/article/view?id=23990 (accessed: 3.10.2018).

4. Shendrik T.G., Tamarkina Yu.V., Khabarova T.V. Formirovanie poristoy struk-tury burogo uglya pri termolize s gidroksidom kaliya [Generation of porous structure in lignite under thermolysis with potassium hydroxide]. Himija tverdogo topliva. 2009, no 5, pp. 51-55.

5. Mikova M.N., Chesnokov N.V., Kuznecov B.N., Ivanov I.P. Sposob poluchenija poristogo uglerodnogo materiala iz burogo uglja [A method of obtaining a porous carbon material from brown coal]. Patent. Rossiiskaia Federatsiia no. 2008116967; zajavl. (2009).

6. Kuznecov P.N., Kuznecova L.I., Kolesnikova S.M. Vlijanie obezzolivanija burogo uglja Kansko-Achinskogo bassejna na fiziko-himicheskie svojstva poluchaemyh sorbentov. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten. [The effect of brown coal desolation on the Kansk-Achinsk basin on the physicochemical properties of the resulting sorbents], 2008, no. 12, pp. 104-113.

7. Domracheva V.A., Shijrav Gandandorzh Uglerodnye sorbenty iz mongol'skih buryh uglej [Carbon sorbents from Mongolian brown coals]. Shinzhljeh UhaanyAkademijn Mjedjeje, 2012, no 4, pp. 20-28.

8. Kopp D.D., Portnova A.V. Ocenka jeffektivnosti primenenija guminovyh prepa-ratov dlja optimizacii soderzhanija podvizhnyh form ionov medi (II) v pochvennyh ob#ektah [The efficiency assessment of humic product application for concentration regulation of mobile copper forms in soils]. VestnikPNIPU, 2018, no. 4. pp. 113-125.

9. Farberova E.A., Oloncev V.F., Tin'gaeva E.A. Vlijanie Parametrov Termiches-kogo Modificirovanija Buryh Uglej a ih Sorbcionnye Svojstva [Influence of parameters of thermal modification of brown coals on their sorption properties]. Himija Tverdogo Top-liva, 2017, no. 3, pp. 51-57.

10. Gindulin I.K., Jur'ev Ju.L. Tehnicheskij analiz nanoporistyh materialov [Technical analysis of nanoporous materials]. Ekaterinburg, Ural'skij Gosudarstvennyj Le-sotehnicheskij Universitet, 2011, 17 p.

11. Zhirnov B.S., Hajbullin A.A., Sychkov P. A. Kinetika izvlechenija guminovyh kislot iz burogo uglja Tjul'ganskogo mestorozhdenija [Kinetics of the extraction of humic acids from brown coal of the Tulgan deposit.]. Bashkirskij himicheskij zhurnal, 2009, no. 2, pp. 169-172.

12. Portnova A.V., Farberova, E.A., Kopp D.D., Semkova A.V. Otrabotka paramet-rov processa izvlechenija guminovyh kislot i gumatov iz othodov buryh uglej [Testing the parameters of the process of extraction of humic acids and humates from brown coal wastes] // Uglehimija i jekologija Kuzbassa: Mezhdunar. Ros.-Kazahstan. Simp., 2017, pp. 87.

13. Aytar P., Oz Aksoy D., Toptasa Y., Cabuk A., Koca K., Koca H. Isolation and characterization of native microorganism from Turkish lignite and usability at fungal desul-phurization. Fuel, 2014, no. 116, pp. 634-641.

14. Bulankina M.A., Lysak L.V., Zvjagincev D.G Mikroorganizmy burogo uglja [Brown coal microorganisms]. Proceedings of the RAS. Biological Series, 2007, no. 2, pp. 239-243.

15. Shumkov S.I., Terehova S.E. Vlijanie biotehnologicheskoj obrabotki na de-strukciju uglja [The impact of biotechnological processing on the destruction of coal]. Nedeljagornjaka, 2002, no. 13, pp. 121-123.

Получено 01.11.2019

Об авторах

Копп Дмитрий Дмитриевич (Пермь, Россия) - магистрант кафедры химии и биотехнологии Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

Портнова Анна Владимировна (Пермь, Россия) - кандидат химических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

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: [email protected]).

About the authors

Dmitriy D. Kopp (Perm, Russian Federation) - Undergraduate Student, Department of Chemistry and Biotechnology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: [email protected]).

Anna V. Portnova (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; e-mail: [email protected]).

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; e-mail: [email protected]).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.