К вопросу получения активированных углей из отходов биомассы дерева

К вопросу получения активированных углей из отходов биомассы дерева

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени , Санкт-Петербург,

*****@***net

Как известно, древесина может быть переведена в жидкое состояние в водной среде.[1,2] В этом случае деструкция органического материала происходит не полностью, а со степенью конверсии порядка 70% от а. с.д. Исследованию пути использования углеродного остатка посвящен ряд исследований проводившихся на кафедре лесохимии.[3,4,5] Термоконверсия опилок ольхи серой (3-5 мм) проводилась на установке показанной на рис.1 в капсулах объемом 20 см3. Основной особенностью данного способа является применение метода теплового удара — резкого, скачкообразного роста температуры и давления внутри капсулы.

Навеску опилок помещают в капсулу добавляют необходимое количество воды для получения требуемого гидромодуля и оставляют воздушную прослойку в соответствии с газовым модулем. От соотношения твердой, жидкой и газовой фазы зависит полнота конверсии органической биомассы.

Капсулу герметично закрывают, после чего опускают капсулы в сплав Вуда, так, что бы крышки капсул были ниже уровня расплавленного металла. В сплаве Вуда поддерживают температуру порядка 270 ℃. Внутри капсул устанавливается давление в зависимости от температуры (рис. 2)[6].

Вынимают капсулы через интервалы минут согласно плану эксперимента. Капсулы охлаждают, проточной водой до комнатной температуры. Термолизат переносят на бумажный фильтр, фильтруют, используя отсосную колбу. Нерастворившийся остаток промывают дистиллированной водой, а затем ацетоном для определения степени коныерсии. Фильтр с осадком сушат до постоянной массы. Высушенный фильтр с осадком взвешивают с точностью до 0,0001. Определяют степень конверсии по формуле[7]:

где:

Мос — масса осадка.

Моп — масса опилок.

Твердый остаток от термического ожижения измельчался на шнек-прессе, затем прессовался на гидравлическом прессе. Полученные гранулы после сушки подвергались пиролизу, а затем измельчались, отбиралась фракция 2-5 мм для парогазовой активации.

Парогазовая активация проводилась на установке представленной на рис.

Расход пара составил. 100 г/ч.

Зольность гранул после пиролиза уменьшилась до 2,5%, также наблюдалось увеличение кажущейся плотности до 0,71 г/см³. Результаты исследования полученного активированного угля показывают увеличение адсорбционной активности по индикатору метиленовому голубому, йоду, при изменении величины обгара от 25 до 35%. При обгаре 35% полученный АУ соответствовал стандартам на энтеросорбент ОУ, табл. 2.

Особый интерес представляет химическая активация полученного древесного угля пероксидом водорода на установке представленной на рис. 1.

Результаты исследований по окислению древесного угля 10 % перекисью водорода при температуре 275 ℃ в течении 5 мин и определению адсорбционных свойств полученного окисленного угля по свинцу и бензолу, табл. 1.

Таблица 1 - Влияние мокрого окисления на сорбцию Pb и С6H6 в водной среде.

Вид древесного угля	Соединение	Продолжительность сорбции, мин
0	5	10	30	60	120
Концентрация в воде, мг/л
Осиновый уголь	Pb	0,550	0,035	0,030	0,017	0,016	0,036
C6H6	1,200	-	0,260	0,160	0,120	0,090
Окисленный осиновый уголь	Pb	1,000	0,020	0,030	0,030	0,030	-
C6H6	1,400	0,080	0,020	0,020	0,010	-

Таблица 2 — Характеристика гранул на различных стадиях переработки

Исходное сырье	Выход продукта, %	Содержание летучих веществ, %	АС, %	ρн, г/см3	σ, г/см3	P, г/см3	Осветляющая способность
По МГ, мг/г	По йоду, %
Гранулы высушенные при 110 ℃	-	32,6	2,2	0,45	0,77	-	-	-
Гранулы после пиролиза	85	16,7	2,6	0,42	0,72	0,82	-	-
Уголь активированый водяным паром Т=15 мин а*=24,9%	57	-	4,6	0,31	0,52	1,41	131	52
Уголь активированый водяным паром Т=20 мин а=35,3%	47	-	5,5	0,27	0,45	1,73	233	75

Полученные результаты указывают на перспективность получения активированного угля из остатка от ожижения древесины в воде, и «мокрого окисления» древесного угля для получения комбинированных углеродных сорбентов с развитой внутренней поверхностью и наличием ионообменных групп, например, для очистки питьевой воды до уровня ПДК по свинцу и бензолу.

Библиографический список

1. Пиролиз древесины. химизм, кинетика, продукты, новые процессы [Текст] / К. АН // - М; Лесная промышленность,. 199с.

2. Киповский, А. Я. К вопросу получения основы коптильных препаратов [Текст] / , , // Известия ЛТА. - С-ПбC. 154-160.

3. Spitsyn, A. A. Mechanical and chemical modification of wood materials - compressed wood and oxidized charcoal [Текст] / A. A. Spitsyn, V. I. Patyakin, U. U. Sugaipov, A. R. Birman, S. M. Bazarov, Y. N. Pilshikov, H. D. Mettee // BioResources. 20P. 731-744.

4. Спицын, А. А. Адсорбционные свойства гранул древесного угля, взаимодействующих с ионами тяжелых металлов [Текст] / , , Ховард Метти, , // Известия Санкт-Петербургской лесотехнический академии. 2008. Вып. 184.С. 196-206..

5. Спицын, А. А. Определение оптимальных условий термоожижения биомассы дерева в древесно-смолистых маслах для производства био-нефти и коптильного препарата [Текст] / // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Сборник материалов Международной научно-практической конференции молодых ученых, 13-14 ноября 2007 года в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии/Под общ. ред. .. 2008. - С. 174-179.

6. Процессы и аппараты химической технологии. [Текст] / , , - М., 1с.

7. Определение смолы, уксусной кислоты и других веществ в сыром древесном генераторном газе [Текст] / Ливеровский Н. В. // Лесохимическая промышленность№ 5- С. 10-17.

some questions of activated charcoal production from wood biomass wastes

Spitsyn A. A.

Saint-Petersburg state forest technical academy, Saint-Petersburg

Как известно, древесина может быть переведена в жидкое состояние в водной среде. В этом случае деструкция органического материала происходит не полностью, а со степенью конверсии порядка 70% от а. с.д. Исследованию пути использования углеродного остатка посвящен ряд исследований проводившихся на кафедре лесохимии.

As you know, the wood can be converted into a liquid state in water. In this case, the destruction of the organic material is not complete and the degree of conversion of 70% of a. s.d. Study ways to use carbon residue subject of a number of studies carried out at the Department of wood chemistry.

*
 

степень обгара