Carbonaceous Materials from Rice Husk: Production and Application in Industry and Agriculture

• Autorzy: Zharmenov A. , Yefremova S. , Sukharnikov Y. , Bunchuk L. , Kablanbekov A. , Anarbekov K. , Murtazayeva D. , Yessengarayev Y.

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2018-01-39

Warianty tytułu

PL

Materiały węglowe z łupin ryżowych: produkcja i zastosowanie w przemyśle i rolnictwie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A solid carbonaceous material and a liquid product were produced by the rice husk pyrolysis. Chemical analysis and GC-MS were used to investigate the compositions of the prepared materials, respectively. X-ray, SEM, TEM, BET were applied to study the structure and textural properties of the carbonaceous material. It was determined that the solid product is a composite consisting of carbon (52%) and silicon dioxide (31%) nanoparticles. Therefore, it was named a silicon-carbon. The liquid product is a water solution containing various organic compounds (carboxylic acids, phenols, ketones, alcohols and ethers, cyclic aliphatic hydrocarbons, heterocyclic compounds). The possibility to apply the solid carbonaceous material as a reducing agent and a sorbent and the liquid organic product as a flotation reagent was determined in the electro thermal smelting process, sorption and flotation processes. Veterinary and toxicology studies were performed to estimate toxicity of solid carbonaceous material and possibility to apply it as a feed additive. It was shown, that due to its chemical composition the silicon-carbon is a complex raw material for metallurgical silicon, aluminum-free and titanium-free ferrosilicium, and silicon carbide production. The produced sorbent had high rare and heavy metals adsorption capacity. The solid carbonaceous material, that was found to be non-toxic, was an effective feed additive and improved quality of laying hens and broiler chickens. The liquid product had properties of a blowing agent in the flotation of lead-zinc ores. It was concluded that both rice husk derived solid and liquid carbonaceous materials are economically effective alternative materials for various technological processes and agriculture.

PL

Stały materiał węglowy i produkt płynny wytworzono prowadząc pirolizę łusek ryżu. Do zbadania składu otrzymanych materiałów wykorzystano odpowiednio analizę chemiczną i GC-MS. W celu zbadania struktury i budowy materiału węglowego zastosowano badania rentgenowskie, SEM, TEM i BET. Stwierdzono, że produkt stały jest kompozytem złożonym z węgla (52%) i nanocząstek dwutlenku krzemu (31%). Dlatego został nazwany krzemo-węglem. Produktem ciekłym był roztwór wodny zawierający różne związki organiczne (kwasy karboksylowe, fenole, ketony, alkohole i etery, cykliczne węglowodory alifatyczne, związki heterocykliczne). Zbadano możliwość nanoszenia stałego materiału węglowego jako środka redukującego i sorbentu, natomiast zastosowanie dla ciekłego produktu organicznego jako odczynnika flotacyjnego weryfikowano w procesie elektrotermicznego wytapiania oraz w procesach sorpcji i flotacji. Przeprowadzono również badania weterynaryjne i toksykologiczne w celu oceny toksyczności stałego materiału węglowego i możliwości jego zastosowania jako dodatku paszowego. Wykazano, że ze względu na skład chemiczny, krzemo-węgiel stanowi kompleksowy surowiec do produkcji metalurgicznego krzemu, węglika krzemu oraz żelazokrzemu bez dodatku glinu i tytanu. Produkowany sorbent miał dużą zdolność adsorpcji metali rzadkich i ciężkich. Stały materiał węglowy, który okazał się być nietoksyczny, był skutecznym dodatkiem do pasz poprawiając jakość kur niosek i brojlerów. Produkt ciekły wykazywał właściwości środka porotwórczego we flotacji rud ołowiu i cynku. Stwierdzono, że zarówno stały jak i ciekły materiał węglowy pochodzący z łupin ryżowych są ekonomicznie efektywnymi materiałami dla różnych procesów technologicznych i rolnictwa.

Słowa kluczowe

EN

rice husk; pyrolysis; silicon-carbon; organic product; metallurgy; agriculture

PL

łuski ryżowe; piroliza; krzemo-węgiel; produkty organiczne; metalurgia; rolnictwo

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 19, nr 1
• Strony: 263--274
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Zharmenov A.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Yefremova S.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Sukharnikov Y.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Bunchuk L.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Kablanbekov A.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Anarbekov K.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Murtazayeva D.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

autor

Yessengarayev Y.

• The National Center on Complex Processing of Mineral Raw Materials of the Republic of Kazakhstan, Zhandosov Str., 67, 050036, Almaty, Kazakhstan

Bibliografia

• 1. Wang L., Guo Yu., Zhu Ya., Li Yi., Qu Yu., Rong C., Ma X., Wang Z. A new route for preparation of hydrochars from rice husk. Bioresource Technology. Vol. 102, p. 9807-9810, 2010.
• 2. Singh S.K., Mohanty B.C., Basu S. Synthesis of SiC from rice husk in a plasma reactor. Bulletin of Materials Science. Vol. 25, No 6, p. 561-563, 2002.
• 3. Chen Yu., Zhu Ya., Wang Z., Li Yi., Wang L., Gao X., Ma Yu., Guo Yu. Application studies of activated carbon derived from rice husks produced by chemical-thermal process. Advances in Colloid and Interface Science. Vol. 163, p. 39-52, 2011.
• 4. Sharma P.K., Ayub S., Tripathi C.N. Agro and horticultural wastes as low cost adsorbents for removal of heavy metals from wastewater. International Refereed Journal of Engineering and Science. Vol. 2, Issue 8, p. 18-27, 2013.
• 5. Sukharnikov Yu., Yefremova S., Bounchouk L., Korabayev A. Sorption of precious metals by active carbons produced from the rice hulls and their derivatives. 11th Conference on Environment and Mineral Processing. Part II. – Ostrava: VSB-TU, p. 247-249, 2007.
• 6. Li D., Ma T., Zhang R., Tian Yu., Qiao Yi. Preparation of porous carbons with high low-pressure CO2 uptake by KOH activation of rice husk char. Fuel, Vol. 139, p. 68-70, 2015.
• 7. Srivastava V.C., Mall I.D., Mishra I.M. Removal of cadmium (II) and zinc (II) metal ions from binary aqueous solution by rice husk ash. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, Vol. 312, p. 172-184, 2008.
• 8. Lu J., Shi S.R., Wang Z.Y., Yang H.M., Zou J.M. Effects of rice husk diluted dietary switching on the phenotypic change of gastrointestinal tract in adult ganders. British Poultry Science. Vol. 52, Issue 3, p. 345-351, 2011.
• 9. Baryshnikov E.V. Production and veterinary-sanitary estimation of protein-mineral additive with rice husk: PhD thesis in specialty 16.00.06. 120 p., 2000.
• 10. Patent (Chinese) CN102488101. Antibiotic-free compound premixture used as feed additive for animals, preferably livestock, comprises zeolite, rice husk powder, flour, compound trace element, sweetener, compound vitamin, ethoxyquin, phytase and polylysine. Yu W. Public. 12 Dec 2011.
• 11. Patent KR9400957-A; KR9400957-B1. Prep. of animal feed containing oligosaccharide - by obtaining transfer enzyme from e.g. Aspergillus genus, forming sugar soln., mixing sugar soln. with rice bran then gluten feed and hot air drying. Lee H., Baek J., Song B., Kim B., Jo K. Public. 07 Feb 1994.
• 12. Efremova S.V. Rice hull as a renewable raw material and its processing routes. Russian Journal of General Chemistry. Vol. 82, Issue 5, p. 999-1005, 2012.
• 13. Yefremova, S., Sukharnikov, Yu., Terlikbayeva, A., Zharmenov, A., Bunchuk, L., Anarbekov, K., Shabanova, T. Influence of vegetable polymers´ nature on carbon materials structure formation. Mine Planning and Equipment Selection, Proceedings of the 22nd MPES Conference. Vol. 2, Springer. p. 1107-1115, 2013.
• 14. Markovska I.G., Lyubchev L.A. A study on the thermal destruction of rice husk in air and nitrogen atmosphere. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. Vol. 89, 3, p. 809–814, 2007.
• 15. Kiang Ch.-H., Goddard W.A., Beyers R., Bethune D.S. Structural modification of single-layer carbon nanotubes with electron beam. Journal of Physical Chemistry. Vol. 100, p. 3749-3752, 1996.
• 16. Efremova, S. Korolev, Yu. M., Sukharnikov, Yu. I. X-ray diffraction characterization of silicon-carbon nanocomposites produced from rice husk and its derivatives. Doklady Chemistry. Vol. 419, p. 78-81, Part 1, 2008.
• 17. Lipunova E.A. Respiratory function of blood in ducklings with semi-mineral feed additive in diet. Sorbents as a factor in quality of life and health, Proceedings of the Scientific Conference with international participation, p. 79-87, 2004.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).