Угли из пихты с нефтебитумной добавкой Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 630.283

УГЛИ ИЗ ПИХТЫ С НЕФТЕБИТУМНОЙ ДОБАВКОЙ

© Е.В. Мазурова, Н.А. Чупрова, В.С. Петров', Н.С. Епифанцева

Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: re@sibstu.kts.ru

Изучен химический состав пихты сибирской, пораженной сибирским шелкопрядом. Для повышения механической прочности уголь активировали с нефтебитумной добавкой. Установлена зависимость свойств активных углей от размера фракции. Исследованы некоторые характеристики углей.

Один из основных факторов, дестабилизирующих экологическую обстановку и повреждающих леса -это нападение на лес хвое- и листогрызущих вредителей [1]. Сибирский шелкопряд относится к наиболее опасным вредителям. Различные хвойные породы обладают неодинаковой устойчивостью к повреждениям шелкопрядом, что отражается на дальнейшем состоянии ослабленных древостоев. С увеличением давности усыхания качество древесины заметно изменяется [2]. Поэтому оценка использования поврежденных древостоев в первые годы после усыхания имеет большой научный и практический интерес.

Как показывают наблюдения, наиболее быстро теряет свои качества древесина усохших пихт. Вследствие этого, пихтовый древостой становится непригодным для деревоперерабатывающей промышленности. Эта древесина, как природный полимер, является ценным источником сырья для лесохимической переработки [3].

Одним из наиболее перспективных путей использования такой древесины - ее пирогенетическая переработка с целью получения древесного угля, который может быть использован в различных отраслях промышленности, в том числе и для получения углеродных сорбентов различного назначения.

В химическом и анатомическом отношении древесина представляет собой сложный комплекс, состоящий из углеводной части (целлюлоза, гемицеллюлоза), ароматической (лигнин) и экстрактивных веществ (липиды, терпеноиды, флавоноиды и др.). Физико-механические свойства древесины главным образом определяются аморфным полимером (лигнином), который составляет 20-30% от массы сухой древесины. В экстрактивных веществах ядровой древесины преобладают фенольные компоненты [4].

Для более полного понимания процессов превращения древесины пихты, пораженной сибирским шелкопрядом, при пиролизе был изучен химический состав пихты сибирской различных сроков поражения в сравнении со здоровой. Результаты представлены в таблице 1.

Основной углеобразующей частью древесины в процессе пиролиза является лигнин. Рост молекулы лигнина в живой древесине происходит за счет соединения фенольных радикалов друг с другом [4].

Результаты, представленные в таблице 1, указывают на снижение доли трудногидролизуемых полисахаридов (далее - ТГП) и лигнина, а также на увеличение доли легкогидролизуемых полисахаридов (далее - ЛГП) и веществ, экстрагируемых горячей водой, в древесине различных сроков поражения в сравнении со здоровой. В древесине годичной «выстойки» повышается содержание ЛГП на 14%, экстрактивных веществ - на 98%, происходит снижение доли ТГП на 8%, лигнина - на 6%. В древесине четырехлетней «выстойки» повышается содержание ЛГП на 31%, экстрактивных веществ - на 510% (более чем в пять раз); происходит снижение доли ТГП на 22%, лигнина - на 20%. Надо полагать, доля ЛГП повышается за счет разрушения ТГП, а содержание веществ, экстрагируемых горячей водой, увеличивается с разрушением ЛГП и части лигнина.

Из здоровой древесины пихты и древесины, пораженной сибирским шелкопрядом, получены активные угли. Они обладают слабой механической прочностью. Активные угли из пораженной древесины слабее и сфера их применения ограничена. Для повышения механической прочности исходный материал -

Автор, с которым следует вести переписку.

древесные угли различных фракций - был проактивирован с нефтебитумной композицией (масса композиции в каждом случае была одинаковой). У полученных активных углей были определены адсорбционные активности по йоду, метиленовому голубому, определена степень обгара угля в процессе активации. Результаты приведены в таблице 2.

Результаты, представленные в таблице 2, указывают на то, что в процессе активации угля из пораженной древесины фракций от 1 до 2 мм и от 2 до 3 мм с нефтебитумной добавкой степень обгара уменьшается по-разному. Композиция зерен угля различных размеров с нефтебитумной добавкой определяет общую структуру смеси и доступность к воздействию на нее активирующего агента. Это в конечном счете определяет адсорбционные характеристики получаемого продукта. Применение нефтебитума снижает сорбционные характеристики активных углей по метиленовому голубому и йоду в сравнении с углями, активированными без указанной добавки. При этом добавка увеличивает механическую прочность углей, что расширит их сферу применения в некоторых областях.

Древесина пихты, пораженная сибирским шелкопрядом, при переработке ее в первые годы после поражения может быть использована как полноценное сырье для производства отдельных марок активных углей.

Таблица 1. Химический состав пихты сибирской (в % а. с. д.)

Компонент Непора- женная Непораженная, возраст -100 лет Возраст - 100 лет, срок после поражения - 1 год Возраст - 100 лет, срок после поражения - 4 года

(литера- турные данные) опыт 1 опыт 2 среднее опыт 1 опыт 2 среднее опыт 1 опыт 2 среднее

Минеральные вещества 0,7 0,53 0,58 0,56 1,17 0,96 1,06 0,87 0,82 0,85

Легкогидролизуемые полисахариды 16,1 14,93 15,08 15,0 17,69 16,69 17,19 19,43 19,93 19,68

Трудногидролизуемые полисахариды 51,0 51,22 50,81 50,02 46,50 46,12 46,31 38,22 38,86 38,54

Сумма полисахаридов 67,1 66,15 65,89 66,02 64,17 62,81 63,5 57,65 58,79 58,22

Лигнин 29,9 29,92 30,3 30,11 28,22 28,70 28,46 24,39 23,73 24,06

Вещества, экстрагируемые горячей водой 2,3 3,45 3,29 3,37 5,66 7,66 6,66 17,56 16,78 17,17

Таблица 2. Основные характеристики активных углей

Срок поражения пихты Степень обгара, % Активность по йоду,% Активность по метиленовому голубому, мг/мг Механическая прочность в засыпке, МПа

БАУ по ГОСТ 4453-74, 6217-74 - 60 225 -

Уголь фракции от 1 до 2 мм

Здоровая древесина 59 102 269 2,3

1 год 60 98 380 2,0

4 года 66 106 375 1,8

Уголь фракции от 2 до 3 мм

Здоровая древесина 59 96 250 2,4

1 год 60 90 345 2,0

4 года 60 104 348 1,85

Уголь фракции от 1 до 2 мм, активированный с нефтебитумной композицией

Здоровая древесина 59 94 276 2,7

1 год 45 90 290 2,4

4 года 47 94 320 2,2

Уголь фракции от 2 до 3 мм, активированный с нефтебитумной композицией

Здоровая древесина 43 76 258 2,9

1 год 52 94 325 2,5

4 года 53 94 303 2,4

Список использованной литературы

1. Борьба с сибирским шелкопрядом и использование пораженной древесины / П.М. Матвеев, Е.О. Бакшеева, В.С. Петров, Е.В. Мазурова // Химико-лесной комплекс - проблемы и решения: Всерос. науч.-практ. конф. Красноярск, 2001. С. 52.

2. Лящев И.М. Прогнозирование очагов массового размножения сибирского шелкопряда // Лесное хозяйство. 2001. №6. С. 24.

3. Фуряев В.В. Шелкопрядники тайги и их выжигание. М., 1966. 92 с.

4. Химия древесины / Пер с финского Р.В. Заводова; Под ред. М.А. Иванова. М., 1982. 400 с.

Поступило в редакцию 1 июля 2002 года