CC BY
50
УДК 543.57
Со Вин Мьинт, Си Тху Аунг, В.Н. Клушин*
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., 9.
* e-mail: [email protected]
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПЕРЕРАБОТКОЙ МЕТОДОМ ПАРОГАЗОВОЙ АКТИВАЦИИ ШЕЛУХИ РИСА И СКОРЛУПЫ КОКОСОВЫХ ОРЕХОВ РЕСПУБЛИКИ МЬЯНМА
Охарактеризованы оптимальные условия реализации стадий пиролиза и активации водяным паром полученных карбонизатов, приведены показатели выхода, пористой структуры и поглотительной способности целевых продуктов названных переделов.
Ключевые слова: скорлупа кокоса, шелуха риса, отход, активный уголь, парогазовая активация
Переработку урожая риса и кокосовых орехов в республике Мьянма сопровождает образование крупнотоннажных отходов в виде рисовой шелухи (РШ) и скорлупы кокосовых орехов (СКО). Шелуха в условиях страны является не находящим полезного использования, обременительным отходом, требующим захоронения или сжигания. Примитивным углежжением СКО получают топливо для домашних очагов на ряде территориально разобщенных производств, деятельность которых осложнена транспортными трудностями,
конъюнктурой внутреннего рынка и практическим отсутствием квалифицированных в этой области специалистов.
Вместе с тем мировая производственная практика свидетельствует о возможности получения из названных отходов достаточно дорогостоящей продукции, в частности, углеродных адсорбентов (активных углей). В связи с этим нами проведена оценка эффективности переработки этих сырьевых материалов республики Мьянма на активные угли с привлечением наиболее распространенной технологии их пиролиза и последующего активирования получаемых карбонизатов водяным паром. Такая оценка весьма актуальна в плане перспектив реализации в стране собственного производства названной продукции и ее использования при решении многочисленных проблем защиты окружающей среды и смежных задач на предприятиях различных производственных отраслей.
Исследованию собственно технологии предшествовало установление элементного состава и ряда технических характеристик использованного сырья, а также термографические испытания порошков его фракций < 200 мкм в воздушной и азотной атмосферах, результаты которых позволили констатировать необходимость изучения пиролиза сырья в атмосфере парогазов его разложения и выявить рациональные области температурного воздействия на сырье в этом процессе (250-650 оС для обоих видов сырья) [1].
Изучение названных процессов пиролиза и активации проведено на стендовой
экспериментальной установке лабораторного масштаба, включающей вертикальный
цилиндрический реактор, размещенный в трубчатой электропечи, транспортные магистрали и устройства эвакуации продуктов термического и термоокислительного разложения перерабатываемых материалов, источник водяного пара с пароперегревателем, средства контроля и управления реализуемыми процессами. Переработке подвергали сырье заданного гранулометрического состава и известной влажности. При получении целевых продуктов оценивали их выход и качество, используя показатели поглощения ими йода и метиленовой сини из соответствующих растворов, кипячение образцов в воде и сорбцию ими насыщенных паров бензола, четыреххлористого углерода и воды [2-4].
Результаты выполненных на этом оборудовании установочных опытов привели к необходимости некоторого увеличения верхнего предела названного интервала температурного воздействия на сырье при его пиролизе. Последующие систематические исследования процессов пиролиза сырья в области температур до 750 оС, где наиболее четко выражена возможность установления оптимального сочетания параметров, влияющих на эффективность реализации этой стадии, и активации полученных карбонизатов водяным паром, условия осуществления и часть результатов которых охарактеризованы в работах [5,6], позволили констатировать, что применительно к пиролитической переработке РШ наиболее рациональны нагревание этого сырья с
интенсивностью 15 оС/мин до 700 оС и его выдержка при этой температуре в течение 120 мин. В отношении СКО предпочтительны те же условия пиролиза, но длительность обработки сырья при конечной температуре должна составлять 180 мин.
Обработку карбонизата РШ водяным паром, обеспечивая его подачу в реактор при достижении в нем температуры =300 оС, наиболее целесообразно осуществлять с его удельным расходом около 7 г на 1 г получаемого активного угля, нагревая зауглероженный материал с той же интенсивностью до 650 оС и выдерживая его при конечной
температуре в течение 30 мин. Для карбонизата СКО рациональные условия активации отличаются от таковых для РШ конечной температурой, составляющей 850 оС, и существенно меньшим удельным расходом водяного пара (3 г на 1 г целевого продукта).
Результаты исследований обеих названных стадий рассматриваемой технологии, выполненных в охарактеризованных рациональных условиях, сведены в табл. 1.
Таблица 1. Технические характеристики углеродных адсорбентов на базе СКО и РШ (числитель - карбонизат, знаменатель - активный уголь)
Показатель и его размерность Значение показателя для
СКО РШ
Выход, % 25*/69 63,65*/81,33
Vs Н2О, см3/г 0,5/0,13 0,15/0,06
Vs CCl4, см3/г 0,031/0,47 0,056/0,06
Vs C6H6, см3/г 0,25/0,5 0,113/0,09
F, % 40/66 64,77/55,88
МГ, м2/г 5,3/248,46 13,8/60,47
Vz, см3/г 0,33/1 -/1,44
* на сухое сырье; Уя Н2О, Уз сем, Уя сбиб - удельные объемы сорбирующих пор по парам воды, четыреххлористого углерода и бензола
соответственно; Б и МГ - величины поглощения йода и красителя метиленового голубого из их водных
растворов; Уг - суммарный удельный объем пор, определенный кипячением образцов в воде.
Сопоставление данных табл. 1 указывает, что карбонизат, полученный из СКО, существенно превосходят таковой, являющийся продуктом переработки РШ, лишь по показателям Уя Н2О и Уя сбнб. Активный же уголь на базе СКО в разы превосходит уголь из РШ по названным показателям и величинам Узсс14 и МГ, несколько уступая
последнему по величине У г.
Анализ показателей активных углей на базе СКОЮ поставляемых на рынок, свидетельствует, что величины МГ у них составляют >120->250 мг/г, Б -800-1500 мг/г (80-150 %), СТС - 40-100 %. Таким образом, полученный нами уголь из СКО лишь по величине Б несколько уступает этим аналогам, свидетельствуя о возможности производства качественных адсорбентов из этого сырья республики Мьянма. Охарактеризованная переработка РШ не приводит к аналогичному заключению, хотя и не исключает принципиальной возможности
использования этого отхода для получения активных углей иными методами.
Литература
1. Со Вин Мьинт, Си Тху Аунг, Клушин В.Н. Термографическое исследование отходов возделывания кокоса и риса в республике Мьянма. Сборник научных трудов «Успехи в химии и химической технологии», М: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013, том XXVII, № 9, с. 26-30. 2 . Колышкин Д. А., Михайлова К.К. Активные угли: свойства и методы испытаний. - М.: Химия, 1972. - 56 с.
3. ГОСТ 6217-74. Уголь активный древесный дробленый марки БДАУ-А.
4. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976. - 511 с.
5. Со Вин Мьинт, Си Тху Аунг, Клушин В.Н. К оценке рациональных условий переработки на углеродные адсорбенты шелухи риса и скорлупы кокосовых орехов республики Мьянма. Труды Х международного конгресса молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-2014, т. XXVIII, № 5, с. 8-10.
6. Клушин В.Н., Зубахин Н.П., Старостин К.Г. и др. Тезисы доклада: Перспективные решения в области переработки каменноугольного сырья и производственных отходов на активные угли. Сб. материалов Х Международной научно-практич. конференции «Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии», М.,ФГУП «Институт «Гинцветмет», 30.10.2014, с. 26-30.
Со Вин Мьинт, Си Тху Аунг - аспиранты кафедры промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Клушин Виталий Николаевич - профессор кафедры промышленной экологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Soe Win Myint, Si Thu Aung, Klushin V.N.
TECHNICAL CHARACTERISTICS OF CARBON ADSORBENTS OBTAINED BY METHOD OF VAPOUR-GAS ACTIVATION OF RICE HUSK AND COCONUT SHELL OF REPUBLIC OF MYANMAR
Abstract. The optimal conditions of realization of pyrolysis and water vapour activation of obtained carbonized products are described, indicators of output, porous structure and adsorption capacity of target products of named processing are given.
Key words: coconut shell, rice husk, waste, activated carbon, vapour-gas activation
