CC BY
21
УДК 661.183.2
Мин Тху, Мьят Мин Тху, Со Вин Мьинт, Нистратов А.В., Клушин В.Н.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ХЛОПЧАТНИКА И КОНСЕРВИРОВАНИЯ СЛИВЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ
Мин Тху, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии; Мъят Мин Тху, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии; Со Вин Мьинт, аспирант факультета биотехнологии и промышленной экологии;
Нистратов Алексей Викторович, к.т.н., доцент факультета биотехнологии и промышленной экологии; Клушин Виталий Николаевич*, д.т.н., профессор факультета биотехнологии и промышленной экологии. Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 Россия, e-mail: [email protected]*
Проблемы крупнотоннажных отходов сельскохозяйственного и пищевых производств Республики Союз Мьянма требуют поиска эффективных направлений их решения. Актуальной, в частности, является оценка целесообразности использования отходов гуза-паи и скорлупы косточек сливы в качестве сырья для производства активных углей. В работе охарактеризованы технологические основы и целевые продукты пиролиза названных отходов и активации водяным паром полученных карбонизатов.
Ключевые слова: отходы, гуза-пая, скорлупа косточек сливы, пиролиз, активация паром, продукты
TECHNOLOGICAL BASES OF PROCESSING OF WASTE OF CULTIVATION OF COTTON AND PRESERVING OF PLUM WITH RECEPTION OF ACTIVE COALS
Min Thu, Myat Min Thu, Saw Win Myint, Nistratov A.V., Klushin V.N. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow , Russia
The problems of large-scale waste of agricultural and food production in the Republic of the Union of Myanmar require the search for effective ways to solve them. It is relevant, in particular, to assess the feasibility of using the waste of cotton stalk and plum stone shells as a raw material for the production of active coals. In the paper we describe the technological basis of the named waste pyrolysis and activation with water vapor resulting carbonization.
Key words: waste, rntton stalk, share, shell pitted plums, pyrolysis, steam activation, the products.
Функционирование предприятий аграрного и пищевых производств Республика Союз Мьянма сопровождает образование крупнотоннажных отходов - разнообразных материалов, требующих изыскания рациональных направлений их использования. К таким отходам принадлежат, в частности, гуза-пая - остающиеся после сбора урожая на плантациях стебли и корневища хлопковых растений и фрагменты скорлупы косточек сливы — остатки консервирования этих фруктов и приготовления на их основе различных соков, напитков и т.п. Растительный характер таких отходов, как свидетельствуют данные доступной научно-технической информации [1-5],
предопределяет целесообразность организации и выполнения исследований, ориентированных на их переработку в активные угли. Данная задача
является весьма актуальной в связи с практическим отсутствием в стране собственных производств этих адсорбентов и необходимостью, как эффективной утилизации названных отходов, так и глубокой очистки и обезвреживания сбросов и выбросов предприятий национальной экономики.
Технологией переработки указанных отходов на активные угли, наиболее приемлемой и доступной в условиях страны, является их пиролиз с получением продуктов этой операции (карбонизатов) и активация таких науглероженных материалов водяным паром.
Показатели использованных в экспериментах воздушно-сухих материалов характеризуют данные таблицы 1. Значения прочности при истирании фрагментов гуза-паи и косточек сливы близки практически 99,5 и 100 % соответственно.
Таблица 1. Технические характд
шстики сырья
Сырье Размер Насыпная Влага, Зола, Элементный состав
фракции, плотность, % % органической части, %
мм кг/дм3 С Н N О
Фрагменты косточек сливы 3-5 0,59 7,02 1,01 45,56 5,96 0,23 48,25
Гуза-пая 10-15 0,20 6,86 6,02 50,99 6,33 - 42,68
Термографическими исследованиями
охарактеризованных отходов в виде порошков фракции < 200 мкм определены целесообразные области температурного воздействия на них при пиролизе [6], а указанными ниже результатами выполненных экспериментов установлены рациональные условия реализации этих процессов.
При пиролизе фрагментов гуза-паи в воздушно-сухом состоянии этими условиями констатированы: скорость нагревания 10 оС/мин., конечная температура 750 оС и время изотермической
Карбонизаты, полученные пиролизом фрагментов косточек сливы и гуза-паи, имеют прочность при истирании, близкую 98 и 86 % соответственно. При суточном настаивании в дистиллированной воде карбонизата на базе фрагментов косточек сливы дозой 20 г/л величину его растворимости характеризуют сухой и прокаленный остатки, составляющие около 500 и 20 мг/л соответственно. При настаивании аналогичной длительности в дистиллированной воде карбонизата, полученного из гуза-паи, дозой 10 г/л сухой остаток составил 472, а прокаленный - 272 мг/л.
Посредством термографии науглероженных продуктов пиролиза установлены границы целесообразного термического воздействия на эти материалы при их активации водяным паром и в их пределах экспериментально установлены величины параметров этих процессов, определяющие рациональное сочетание выхода и поглотительных свойств получаемых адсорбентов. Для карбонизатов
Таблица 3. Некоторые показатели активных углей
выдержки при данной температуре 60 мин. [7]. Аналогичные условия для фрагментов косточек сливы в таком же состоянии установлены в виде: интенсивность подъема температуры 15 оС/мин., предельная температура 600 оС и длительность обработки при этой температуре 10 мин. [8]. В таблице 2 представлены показатели полученных в таких условиях карбонизатов, аналогичные таковым таблицы 1. Выход этих полупродуктов близок 32 % при использовании фрагментов косточек сливы и составляет около 31,5 % для гуза-паи.
гуза-паи (числитель) и фрагментов косточек сливы (знаменатель) значения параметров составляют: скорость нагревания 5/15 оС/мин., конечная температура 800/850 оС, длительность изотермической выдержки 45/60 мин., удельный расход водяного пара в обоих случаях 15 г на 1 г целевого продукта. Ряд показателей активных углей, полученных в таких режимах, включая выщелачиваемость в дистиллированной воде в указанных выше условиях в виде сухого (СО) и прокаленного (ПО) остатков, характеризуют данные, приведенные в таблице 3.
Качество полученных карбонизатов и активных углей, как адсорбентов, в определенной степени отражают приведенные в таблице 4 показатели их суммарного объема пор по воде (V?), объемов сорбирующих пор (У8) по парам воды, четыреххлористого углерода и бензола, поглощения йода (12) и красителя метиленовый голубой (МГ).
Активный уголь из: Размер фракции, мм Насыпная плотность, кг/дм3 Влага, % Зола, % Выход, % Прочность (%) при истирании Растворимость, мг/л:
СО ПО
фрагментов косточек сливы 3-5 0,24 1,80 2,10 23,8 90 740 30
гуза-паи 7-10 0,13 1,42 6,18 20±3 53 620 45
Объект Показатели
V?, см /г VsН2О, см /г ^001^ см /г см /г Ъ, % МГ, мг/г
К (фрагменты оболочек косточек сливы) 0,68 0,09 0,06 0,18 77,2 3,5
К (гуза-пая) 1,32 0,13 0,03 0,12 71,1 6,6
АУ (фрагменты оболочек косточек сливы) 0,92 0,19 0,34 0,37 86,7 152,0
АУ (гуза-пая) 1,79 0,23 0,26 0,26 34,29 204
Таблица 2. Технические характеристики карбонизатов
Карбонизат Размер фракции, мм Насыпная плотность, кг/дм3 Влага, % Зола, % Элементный состав органической части, %
С Н N О
фрагментов косточек сливы 3-5 0,30 1,90 0,90 85,37 3,99 0,44 10,20
гуза-паи 7-12 0,18 2,37 6,04 59,25 0,70 0,50 39,55
Таблица 4. Поглотительные свойства карбонизатов (К) и активных углей (АУ)
Как следует из данных таблицы 4, карбонизат, полученный из фрагментов оболочек косточек сливы, представляет собой существенно более перспективный материал для получения активных углей, чем таковой, полученный на основе гуза-паи. В пользу этого заключения свидетельствуют данные нижних строк этой таблицы.
В соответствии с [9] с использованием простого приема нейтрализации поверхностных групп щелочью и кислотой (в статических условиях при приведении в состояние равновесия 100 см3 0,1 н водных растворов NaOH и HCl с 1 г сорбента с последующим обратным титрованием не прореагировавших реагентов) оценена
ионообменная способность карбонизата фрагментов оболочек косточек сливы. Установлено отсутствие у этого материала катионообменной способности, в то время как величина его анионообменной СОЕ близка 1 мг-экв/г.
Оценки материальных балансов стадий пиролиза характеризуемого сырья, проведенные с использованием его укрупненных навесок, позволили установить, что для фрагментов оболочек косточек сливы выходы (в % масс.) карбонизата, конденсата и неконденсирующихся газов составляют 32,5, 49,33 и 12,3 соответственно относительно прихода. Те же определения для гуза-паи составили 37,21, 45,32 и 12,29 для такой же последовательности названных продуктов. Определенные расхождения статей прихода и расхода связаны с допущением об одинаковости объемов компонентов (СО2, Н2, СН4, СО и С2НД входящих в состав неконденсируемых газов этих процессов и принятых в расчетах в качестве таковых, характерных для пиролиза древесины [10, 11].
Список литературы
1. Активированный уголь: производство из косточек фруктов, опилок, отходов с/х [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www/asia-
business.ru/torg/minifactory/coal/activated/activated_ 1147.html (дата обращения: 27.11.2015).
2. Определение физико-химических и адсорбционных характеристик нового активированного угля из косточек урюка [Электронный ресурс]. Режим доступа: http ://7universum.com/ru/tech/archive/item/4373 (дата обращения: 30.10.2017).
3. Патент РФ № 2111923 от 27.05.1998 Способ получения активного угля из косточек плодов и скорлупы орехов (Голубев В.П., Мухин В.М., Тамамьян А.Н. и др.) [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://www.findpatent.ru/patent/211/2111923.html (дата обращения: 12.12.2015).
4. Производство активного угля из скорлупы косточек плодовых культур и его регенерация [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/proisvodstvo-activnogo-uglya-iz-skorlupy-kosto... (дата обращения: 30.04.2018).
5. Сербина Т.В. Разработка технологии активных углей из гуза-паи (отхода хлопчатника). Дисс. к.т.н. - М.: МХТИ, 1993. - 223 с.
6. Мин Тху, Мьят Мин Тху, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Характер деструкции отходов переработки урожая слив и выращивания хлопчатника под воздействием температуры // Успехи в химии и химической технологии, М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2017, том ХХХ1, № 9 (190), с. 42-44.
7. Мьят Мин Тху, Мин Тху, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. К оценке поглотительных свойств науглероженного остатка пиролиза стеблей и корневищ хлопчатника // Сб. материалов международной конф. «Химическая технология функциональных наноматериалов» М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 30.11-01.12.2017, с. 184.
8. Мин Тху, Мьят Мин Тху, Со Вин Мьинт, Клушин В.Н. Пористая структура и сорбционная способность продукта термолиза скорлупы косточек сливы // Сб. материалов международной конф. «Химическая технология функциональных наноматериалов» М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 30.11-01.12.2017, с. 169-170.
9. ГОСТ 4453-74 Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный. Технические условия [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://gostrf.com/normadata/1/4294823/ 4294823851.pdf (дата обращения: 17.11.2017).
10. Карбонизация растительного сырья и исследование полученных материалов физико-химическими методами анализа [Электронный ресурс] Режим доступа: http://helpiks.org/3-96312.html (дата обращения: 01.11.2017).
11. Козлов В.Н. Пиролиз древесины. - М.: Изд-во АН СССР. 1952. - 282 с.
