CC BY
8
УДК 661.183.2:631.561.72.544.723
Со Вин Мьинт, Нистратов А.В., Клушин В.Н.
СТРУКТУРНО-АДСОРБЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ, ПОЛУЧЕННЫХ НА БАЗЕ ШЕЛУХИ РИСА, ВЫРАЩЕННОГО В МЬЯНМЕ
Со Вин Мьинт - кандидат технических наук, докторант; [email protected].
Нистратов Алексей Викторович - кандидат технических наук, доцент.
Клушин Виталий Николаевич - доктор технических наук, профессор.
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»,
Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Растительные отходы многочисленных производств Мьянмы в большинстве своем используют неэффективно. Данные научно-технической информации свидетельствуют, что на основе подобных сходных по природе отходов можно получать достаточно дорогостоящие продукты в виде углеродных адсорбентов сравнительно высокого качества, предназначенных в основном для решения задач глубокой очистки промышленных стоков и выбросов. Условия получения и структурно-адсорбционные свойства активных углей, полученных переработкой крупнотоннажных отходов пищевых предприятий Мьянмы в виде шелухи риса, охарактеризованы в публикации.
Ключевые слова: отходы обрушения зерен риса, пиролиз, парогазовая и химическая активация, углеродные адсорбенты
STRUCTURAL AND ADSORPTION PARAMETERS OF ACTIVE CARBONS OBTAINED ON THE BASIS OF RICE HUSK GROWN IN MYANMAR
Saw Win Myint, Nistratov A.V., Klushin V.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
Most of Myanmar's plant wastes are used inefficiently. The data of scientific and technical information indicate that on the basis of wastes of the same type and similar in nature, it is possible to obtain quite expensive products in the form of coal adsorbents of relatively high quality, intended mainly for solving the problems of deep purification of industrial effluents and emissions. In this article, the author focuses on obtaining an effective absorbent from the most common type of agricultural waste (rice husk).
Key words: chemical activation, steam-gas activation, absorbent, rice husk, pyrolysis.
Введение
В Мьянме - одной из крупнейших стран Юго-Восточной Азиивозделывание риса является приоритетным среди других видов
сельскохозяйственной продукции пищевого назначения. Рис выращивают во всех регионах страны, хотя наибольшая доля приходится на регион Дельты (включая 23% урожая в сезон дождей и 57% в засушливый сезон). Для выращиванияэтой культурыиз 67,6 млн. га
сельскохозяйственныхземельныхугодий используют 12,8 млн. га. Производство риса составляет примерно 43% от общего объема всей названной продукции в стране. В 2019 году, в частности, на специализированных предприятиях
Мьянмыполученооколо 13миллионов метрических тонн шлифованного риса, что делает ее седьмым по величине производителем риса в мире [1]. При массовом возделывании и производстве риса в виде отходов получают различные побочные продукты, такие как дробленый рис и рисовые отруби, которые могут быть полностью использованы в пищевой промышленности, а также рисовая солома и рисовая шелуха, в основном используемые для кормления животных и ухода за ними, производства продуктов питания, отопления.Среди них рисовая шелуха скапливается на производствах, занятых обрушением зерен урожая
риса, в больших объемах. При переработке в крупу обмолоченных рисовых зерен массовый выход шелухи составляет около 20 % [2] Этот дешевый отход традиционно используют в качестве топлива для небольших электрических генераторов, хотя в последние годы на его основе разработан с применением полимерных смолряд продуктов, включающий полимерные композитные
ипиломатериалы, служащиев качестве заменителей натуральной древесины, а также брикеты и гранулы различных формы и размеров, которые можно использовать для производства энергии и в качестве сырья для получения углеродных адсорбентов. Так, рисовую шелуху широко изучали, как сырье для получения углеродсодержащих материалов, служащих, в частности, накопителями электроэнергии. В целом переработка рисовой шелухи с получением подобных продуктов повышенной стоимости представляет существенно более значимую альтернативу названным направлениям использования ее крупнотоннажных отходов . Адсорбенты типа активных углей обычно производят из лигноцеллюлозных отходов и угольных материаловс высоким содержанием углерода. Их подвергают термической обработке с целью удаления летучих веществ и активируют для обеспечения развития мелких пор, увеличивающих площадь удельную поверхность, доступную для
адсорбции или химической реакции [3]. Существуют два пути получения активированного угля: физическая и химическая активация.Физическую активацию проводят в диапазоне надлежащих температур после обработки сырья пиролизом (в зависимости от степени карбонизации материала) наиболее часто водяным паром. При химической активации сырье пропитывают определенными химическими веществами в видекислот, сильных оснований или солей (например, фосфорной кислотой, гидроксидами калия и натрия, хлоридами кальция и цинка), после чего подвергают пиролизу. При этом свойства активных углей задают путем изменения соотношения углерода и химических реагентов, а также температуры процесса обычно в пределахот 400 до 600 °С [4]. Активированные угли вследствие их высокой пористости и удельной поверхности, способности к регенерации и цикличному применению, безопасности и технологичностишироко используют для удаления низких концентраций целевых примесейиз различных парогазовых и жидких сред и потоков [5].
Экспериментальная часть
Для оценки качества получаемыхиз указанных отходов активированных углей проведена рекомендованная в литературе [5] переработка продукта пиролиза образцарисовой шелухи, отобранной на одном из предприятий Мьянмы. Условия пиролиза (скорость нагревания 10°С/мин, конечная температура 600 °С, отсутствие изотермической выдержки) были приняты согласно [6]. В этих условиях с выходом ~50 % получен карбонизат рисовой шелухи с величиной суммарной пористости по воде (VI) 0,7 см3/г и показателями поглощения по метиловому голубому (МГ) 160 и йоду (I) 68 мг/г, парам СбИб - 0,09, СС14 - 0,02 и Н2О - 0,08 см3/г. Адсорбционную способность этого
материала удалось значительно повысить, удалив из него кремнезем и химически активировав образующийся углеродный остаток согласно методике, описанной в [6], с использованием раствора NaOH и получением в результате порошка аморфного SiO2 белого цвета чистотой 98 % и гравиметрической плотностью 1,2 г/см3 (выход по кремнию 18 %).
Карбонизированный остаток, отмытый от примеси силикатного раствора и высушенный до постоянного веса, отдельными порциями пропитывали растворами ZnCl2 для обеспечения различного соотношения ZnCl2:С в высушенных образцах, которые затем подвергали пиролизу со скоростью нагревания 10 °С/мин до 650 °С при отсутствии изотермической выдержки. Полученные активированные угли, отмытые от избытка ZnCh и высушенные, характеризуют показатели,
представленные в табл. 1.
Как видно из таблицы 1, оптимальным является отношение ZnQ2: С= 1:1. Таблица 2 иллюстрирует влияние длительности изотермической выдержки такого материала при 650 °С на оцениваемые характеристики активированного угля. Данные таблицы 2 свидетельствуют о наибольшей целесообразности проведения процесса при времени изотермической выдержки 30 мин. Результаты парогазовой активации того же углеродного остатка, проведенной нагреванием с интенсивностью 15 °С/мин до 850 °С при длительности последующей изотермической выдержки 60 мин и удельном расходе водяного пара 3 г на 1 г полученного активного угля, сопоставлены в таблице 3 с аналогичными указанного продукта химической активации и активного угля паровой активации, полученного из скорлупы кокосовых орехов (СКО), выращенных в Мьянме [7.].
Отношение 2пСЪ:С Выход, % VI, см3/г Величины Vs (см3/г) по паром Адсорбция, мг/г
СбНб СС14 Н2О I МГ
0,75:1 25 1,00 0,25 0,21 0,06 635 351
1:1 25 1,02 0,28 0,22 0,07 635 340
2:1 21 1,00 0,28 0,20 0,09 401 90
3:1 21 1,02 0,28 0,14 0,05 250 15
Таблица 1. Технические показатели активных углей разной степени пропитки
Примечание: VI- показатель суммарного объема пор по воде
Таблица 2.Показатели активированного угля в зависимости от длительности изотермической _выдержки при 650°С
Время выдержки, мин Выход, % VI, см3/г Величины Vs (см3/г) по паром Адсорбция, мг/г
С6Ш СС14 Н2О I МГ
0 25 1,00 0,25 0,21 0,06 635 352
30 26 1,01 0,28 0,22 0,16 635 340
60 20 0,92 0,14 0,09 0,22 698 45
180 18 0,74 0,15 0,11 0,14 635 22
Таблица 3. Свойства активированных углей химической и парогазовой активации
Активация Выход, Vi, Величины Vs (см3/г) по паром Адсорбция, мг/г
% см3/г СбНб CCl4 H2O I МГ
Парогазовая 20 0,90 0,20 0,18 0,10 221 196
Химическая 25 1,01 0,28 0,22 0,16 635 340
Парогазовая* 15 0,38 0,31 0,14 0,36 620 280
* активный уголь на базе СКО
Анализ данных таблицы 3 указывает на существенные различия в величинах выхода целевых продуктов по отношению к исходному сырью. Наряду с этим активный уголь химической активации, полученный на основе рисовой шелухи, превосходит таковой парогазовой активации для того же сырья по величинам поглощения использованных тестовых веществ, хотя показатели их суммарной пористости примерно одинаковы. Однако оба адсорбента сильно уступают углю СКО в величине микропористости при сравнительной близости значений поглощения I и МГ.
Заключение
Изученные структурно-адсорбционные и
технические показатели активных углей парогазовой и химической активации, полученных с использованием в качестве сырья крупнотоннажных отходов пищевых предприятий Мьянмы в виде рисовой шелухи, указывают на перспективность исследования эффективности их прикладного использования прежде всего в процессах глубокой очистки производственных выбросов и сбросов, разработка и реализация которых представляются крайне актуальными задачами среди острых проблем охраны биосферы в республике Союз Мьянма.
Список литературы
1 .Раскрытие сельскохозяйственного потенциала Мьянмы 03, 27, 2016 [ гЬйр8://Ь1оа8^огЫЬапк.ога/ са81а81арас1Г1с/ип1са8Ьтц-туаптаг-ацпси1и1га1-
potential
2. «Восточная Азия / Юго-Восточная Азия: Бирма -Всемирный справочник - Центральное разведывательное управление». www.cia.gov. Проверено 26 января 2020 г.
3. А. Абрахам, А.К. Мэтью, Р. Синдху, А. Панди, П. Бинод: Потенциал рисовой соломы для биопереработки: обзор Биоресурс. Технологии, 215 (2016), стр. 29-36.
4. B. Xue, X. Wang, Y. Feng, Z. Chen, X. Liu, Самостоятельный синтез легированного азотом пористого углерода, полученного из рисовой шелухи, для изготовления суперконденсаторов с высокими объемными характеристиками, J. Energy Storage 30 (2020 г.)
5.Использование рисовой шелухи для производства аморфного кремнезема высокой чистоты. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.saveplanet.su/tehno_377.html (дата обращения: 11.09.2015).
6. Со Вин Мьинт, Аунг Хтут Тху, Клушин В.Н. «Технические показатели активного угля, полученного химической активацией углерода пиролизом рисового лесника», Девятый междунар. конф. о достижениях в области биоинформатики, биотехнологии и инженерии окружающей среды -ABBE 2019, Рим. ISBN No. 978-1-63248-180-1
7. Со Вин Мьинт Переработка скорлупы орехов кокоса республики Мьянма в активные угди. Автореферат дисс. к.т.н. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2017. - 16 с
