The Technology of Helianthus Tuberosus Agricultural Residues Processing to Obtain Activated Carbons

• Autorzy: Voropaeva N. , Mukhin V. , Bogdanovich N. , Gorshkova E. , Gorshkov V. , Konovalova A. , Kharlamov S. , Karpachev V.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie technologii Helianthus tuberosus do przetwarzania odpadów rolnych w celu uzyskania węgla aktywnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Today the issue of straw processing into fuel bricks is being widely discussed, for thermal capacity of such bricks made of straw of various agricultural crops is not lower, but even higher than that one of timber (timber produces usually up to 17,5–19,0 megajoule/kg). In order to obtain active carbons from straw of various oil Brassica crops (Camelina sativa) have been chosen as raw material. The technique was as follows. The straw was milled, loaded into a steel retort, which was capped and placed in the electric furnace, feeding nitrogen into the vessel to create an inert atmosphere. The retort was heated at a rate of temperature rise 1–20°C/min to 450–500°C and maintained at the final carbonization temperature for 30–60 min. After completing the process of carbonization the retort was switched to the mode of steam activation at 850–870 °C. Powder activated carbons, obtained from Camelina sativa, false flax, barley and wheat straw according to this technology has a product yield of 5.7%. The obtained powder activated carbon was analyzed in accordance with the accepted state standards and the following characteristics have been determined: Ac = 15.6% by weight; Δ = 140 g/dm3; VΣ = 2.43 cm3/g; Ws = 0.69 cm3/g, the adsorption capacity for iodine and methylene blue (MB) was 43 and 82 mg/g. As a result, during activation process a vast sorption space Wsis being developed, which leads to a high iodine adsorption. The active carbons adsorption isotherm of nitrogen, measured on the device ASAP- 2020, made possible calculating the parameters of its microporous structure: micropore volume (Vmi) – 0.135 cm3/g, micropore size (full width of the gap) – 1.66 nm the total pore surface area (Sud – 380 m2/ g), the adsorption energy Ea – 19.8 kJ/mol. We have developed and studied polyfunctional, environmentally safe (nano) chips based on oligo-, polysaccharides and activated carbon derivatives, obtained from waste vegetable matter (straw of various oil Brassica crops). Their influence on growth, development, seed yield and quality of various crops (corn crops, legumes, oil crops and etc.) has been determined. Extending target properties of various agricultural (nano)polymerous materials provides optimal level of gradual consumption of physiologically active substances, decreasing chemical load and increasing plant resistance to unfavorable environmental factors.

PL

Obecnie na szeroką skalę prowadzone są prace dotyczące przetwarzania słomy na brykiety opałowe. Wartość opałowa brykietów wyprodukowanych ze słomy różnych rodzajów zbóż jest nie niższa, a nawet wyższa od tych wyprodukowanych z drewna (drewno zazwyczaj wytwarza do 17,5–19,0 megadżuli/kg). W celu otrzymania aktywnego węgla ze słomy, jako surowiec wybrano odmiany roślin oleistych z gatunku kapusty Brassica (Camelina sativa). Metoda badawcza była następująca – słomę zmielono i umieszczono w stalowej retorcie, która później została uszczelniona i włożona do pieca elektrycznego, do naczynia podano azot by wytworzyć atmosferę inertną. Retortę podgrzano z szybkością 1–20°C/min. do temperatury 450–500°C, temperaturę utrzymano na poziomie docelowej karbonizacji przez 30–60 minut. Po zakończeniu procesu karbonizacji, retortę utrzymano w trybie aktywacji pary w temperaturze 850–870°C. Węgiel aktywowany uzyskany ze słomy lnicznika siewnego, lnianki, żyta, jęczmienia i pszenicy dzięki powyższej metodzie osiągnął wydajność 5,7%. Następnie węgiel aktywowanego przeanalizowano wg akceptowanych obecnie standardów i określono następujące właściwości: Ac = 15,6% wg wagi; Δ = 140 g/dm3; VΣ = 2.43 cm3/g; Ws = 0.69 cm3/g, zdolność adsorpcji jodu i błękitu metylenowego wyniosła odpowiednio 43 oraz 82 mg/g. W następstwie, podczas procesu aktywacji rozwinęła się rozległa powierzchnia sorpcyjna Ws, co doprowadziło do wysokiej adsorpcji jodu. Izotermy adsorpcji azotu na węglu aktywnym, zmierzona przy użyciu sprzętu ASAP – 2020, umożliwiła wyliczenie parametrów struktury mikroporowej: mikroporowa objętość (Vmi) – 0,135 cm3/g, rozmiar mikropory – 1,66nm, powierzchnia całkowitą pory (Sud – 380m2/g), energię adsorpcji Ea – 19,8 kJ/mol. Opracowano i zbadano wielofunkcyjne, bezpieczne dla środowiska (nano) wióry składające się z oligo- i polisacharydów oraz derywatów węgla aktywowanego, uzyskanych z odpadów roślinnych (słoma różnych odmian roślin oleistych Brassica). Ustalono ich wpływ na wzrost, rozwój, wydajność ziarna i jakość wielu upraw (kukurydzy, roślin strączkowych, roślin oleistych itd.).

Słowa kluczowe

EN

activе carbon; adsorption; characteristics; agricultural plant residues (straw); oligo-polysaccharides; (nano) chips; physiologically active substances

PL

węgiel aktywny; adsorpcja; charakterystyka; odpady roślin rolniczych (słoma); oligo-polisacharydy; nano czipy; substancje aktywne fizjologicznie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 16, nr 2
• Strony: 237--241
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Voropaeva N.

• Federal State Budgetary Scientific Institution, All-Russian Rapeseed Research Institute, (ARRI), 26, Boyevoy proezd str., Lipetsk, 398037, Russian Federation

autor

Mukhin V.

• ENPO “Neorganika”, 4, K. Marks str., Electrostal 144001, Russian Federation

autor

Bogdanovich N.

• North Arctic Federal University, 17, North Dvina Quay, Arhangelsk, 163002, Russian Federation

autor

Gorshkova E.

• Federal State Budgetary Scientific Institution, All-Russian Rapeseed Research Institute, (ARRI), 26, Boyevoy proezd str., Lipetsk, 398037, Russian Federation

autor

Gorshkov V.

autor

Konovalova A.

• Federal State Budgetary Scientific Institution, All-Russian Rapeseed Research Institute, (ARRI), 26, Boyevoy proezd str., Lipetsk, 398037, Russian Federation

autor

Kharlamov S.

• Federal State Budgetary Scientific Institution, All-Russian Rapeseed Research Institute, (ARRI), 26, Boyevoy proezd str., Lipetsk, 398037, Russian Federation

autor

Karpachev V.

• Federal State Budgetary Scientific Institution, All-Russian Rapeseed Research Institute, (ARRI), 26, Boyevoy proezd str., Lipetsk, 398037, Russian Federation

Bibliografia

• 1. MUKHIN, V. et.al. 2003. Activated carbons. Elastic sorbents. Catalysts, desiccants and chemical absorbents on their base; Catalog. Edited by Mukhin V. Moscow: Ore and metals Publishing House.
• 2. MUKHIN, V. et.al. 2012. The production and use of carbon adsorbents. Moscow: RCTU of D.I. Mendeleev.
• 3. VOROPAEVA, N. et.al. 2014. Environmentally safe polymerous (nano) chips with activated carbon added for agriculture “environmentalization». The International Conference dedicated to the 55th anniversary from the foundation of the Institute of Chemistry of the Academy of Sciences of Moldova. Abstracts of Communication, Moldova: Chisinau.
• 4. VOROPAEVA, N. et.al. 2014. Plant residues of agricultural crops as a promising source for functional nanomaterial obtainment. The International Conference dedicated to the 55th anniversary from the foundation of the Institute of Chemistry of the Academy of Sciences of Moldova. Abstracts of Communication, Moldova: Chisinau.
• 5. SPIRIDОNOV, Y. et.al. "Detoxication of pesticide and other toxic substance remains in soil with the help of nanomaterials." Scientific Israel - Technological Advantages 17(3)/2015.
• 6. KARPACHEV, V. et.al. "Development of innovative technology of advanced macro - and microfertilizers application on spring rape using new (nano) materials." Scientific Israel- Technological Advantages 16(3)/2014: 84–91.