КАРБОНИЗАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ АНАЛИЗА

Разработка доступных по стоимости адсорбентов на основе растительного сырья вызвана обострением экологической ситуации в Республике Казахстан. Процесс карбонизации является одним из основных методов получения углеродных сорбентов. Источниками сырья для получения дешевых углеродных сорбентов может служить растительное сырье, в частности, плодовые косточки и скорлупа различных орехов [13; 18; 32; 36]. Углерод, полученный путём карбонизации природных растительных материалов, сохраняет их исходную тонко организованную структуру. Меняя условия карбонизации можно получать сложные композиции углерода с другими веществами [123]. Некоторые из таких материалов могут найти применение в практике [124]. Материалы могут быть охарактеризованы как дешёвые и безопасные для окружающей среды. Доступность и ежегодная возобновляемость сырья, малое содержание минеральных примесей, развитая пористая структура, экологически чистое производство позволяют получать дешевые, быстро регенерируемые углеродные сорбенты [33].

Автор [125] предлагает технологию получения активного угля из гуза-паи (отхода возделывания хлопка, т.е. стеблей и корневища растений). Разработан процесс синтеза мезопористых активных углей из гуза-паи. Карбонизация проводилась в следующем режиме: скорость нагрева 2,5 °С/мин.; конечная температура 875 °С; время изотермический выдержки при конечной температуре 45 минут; расход инертного газа 0,31 л/(минут·см²). Полученный уголь-сырец имел следующие показатели: насыпная плотность - 255 г/л, влажность - 5,05%, зольность - 34,8% и емкость по метиленовому голубому - 14,06 мг/г; выход продукта составил 36,2% по массе. Активация угля-сырца проводилась при температуре 760°С, расходе водяного пара 18,7 л / (минут·см²⁾ и времени активации 40 мин. Полученные активные угли имели следующие показатели: влажность 2,87%, зольность 15,2%, поглотительная способность по бензолу 0,176%, по йоду 54,8%, насыпная плотность 240 г/см³. Предлагается использование этих активных углей в процессе адсорбции из водных растворов органических примесей и ионов тяжелых металлов.

В настоящей работе были исследованы углеродные материалы, полученные карбонизацией пшеничных отрубей и рисовой шелухи. Процесс проводился в реакторе объёмом 104 см³, выполненном из нержавеющей стали в интервале температур 300 – 900 ºС в среде аргона. Аргон подавался со скоростью 50 см³/мин. Продолжительность карбонизации составляла 1 час при заданной температуре.

Структурные исследования образцов твердых фаз, полученных в ходе карбонизации, исследовали с помощью электронного микроскопа JEM-100CX с разрешением по линиям 2 А°. Удельную поверхность измеряли методом БЭТ по десорбции аргона. Термодинамическое состояние карбонизуемой системы оценивалось методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Измерения осуществлялись при комнатной температуре на спектроскопе IRS-1101 (RF, гомодинный тип).