Получение углеродсодержащих сорбентов в качестве альтернативного способа переработки лигнин-содержащих отходов

М. И. Минич; А. А. Спицын

doi:10.25514/CHS.2020.2.18017

М. И. Минич Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0000-0002-6066-5376
А. А. Спицын Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Санкт-Петербург, Россия https://orcid.org/0000-0003-1654-1584

DOI: https://doi.org/10.25514/CHS.2020.2.18017

Ключевые слова: карбонизация, пиролиз, активация, сорбент, сорбционная активность, очистка жидкостей

Аннотация

В работе предложена методика получения углеродных сорбентов из лигнин-содержащих отходов путем карбонизации лигнин-содержащего сырья с последующей паровой активацией. Стадия карбонизации выполнялась при температуре 700°C на стендовой установке пиролиза. Активация полученного углеродного материала проводилась водяным паром при температуре 970°C при различной продолжительности, причем оптимальным было время активации – 60 мин, которое обеспечило высокую сорбционную активность продукта. Результаты исследований сорбционной активности по йоду полученных сорбентов показали, что приготовленные образцы имели высокие показатели (максимальная сорбционная активность по йоду ~82%), не уступая известным промышленным аналогам, получаемым из древесного сырья. Таким образом, предлагаемый метод представляет собой альтернативу сжиганию и является перспективным способом утилизации лигнин-содержащих отходов с одновременным получением эффективных сорбентов, которые могут применяться для очистки жидких сред от загрязнителей.

Литература

Zhuravleva, L.N., & Devyatlovskaya, A.N. (2007). Main directions of using wood wastes. Aktualnye problemy lesnogo kompleksa = Actual problems of forest complex, 18, 96 - 99 (in Russ.).

Mokhirev, A.P., Bezrukikh, Yu.A., & Medvedev, S.O. (2015). Recycling of wood wastes of timber industry, as a factor of sustainable resource management. Inzhenernyi Vestnik Dona = Engineering Journal of Don, 2-2, 81 (in Russ.).

On approval of strategy for development of industry for processing, utilization and disposal of production and consumption waste for the period up to 2030. Order of the Government of the Russian Federation No. 84-R of January 25, 2018 (in Russ.).

Kirsanov, S.A., & Mustafin, G.V. (2014). World and Russian experience of utilization of solid domestic waste. Vestnik Omskogo universiteta. Ser. Ekonomika = Herald of Omsk University. Series: Economics, 2, 114 - 120 (in Russ.).

Osokin, V.M., & Somin, V.A. (2013). Study on obtaining new sorbents from plant raw materials for water treatment. Polzunovsky Vestnik, 1, 280 - 282( in Russ.).

Chudakov, M.I. (1983). Industrial use of lignin. M.: Lesnaya promyshlennost’ (in Russ.).

Tsvetkov, M.V., & Salganskii, E.A. (2018). Lignin: applications and ways of utilization (review). Russian Journal of Applied Chemistry, 91(7), 1129 - 1136. https://doi.org/10.1134/S1070427218070108

Azadi, P., Inderwildi, O.R., Farnood, R., & King, D.A. (2013). Liquid fuels, hydrogen and chemicals from lignin: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 21, 506 - 523. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.12.022

Ponnusamy, V.K., Nguyen, D.D., Dharmaraja, J., Shobana, S., Banu, J.R., Saratale, R.G., Chang, S.W., & Kumar, G. (2019). A review on lignin structure, pretreatments, fermentation reactions and biorefinery potential. Bioresource Technology, 271, 462 - 472. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.070

Feofilova, E.P., & Mysyakina, I.S. (2016). Lignin: Chemical structure, biodegradation, and practical application (a review). Applied Biochemistry and Microbiology, 52, 573 - 581. https://doi.org/10.1134/S0003683816060053

Volosatova, K.A. (2018). Study of application of hydrolytic lignin in production of wall blocks for low-rise construction. Inzhenernyi Vestnik Dona = Engineering Journal of Don, 3, 125 (in Russ.).

Doshlov, O.I., Kazryan, A.S., & Doshlov, I.O. (2014). New aspects of utilization of technical hydrolytic lignin as a raw material for industrial production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University, 11(94), 205 - 211 (in Russ.).

Nikolenko, Yu.M., Opra, D.P., Tsvetnikov, A.K., Ustinov, A.Yu., Kuryavyi, V.G., Sokolov, A.A., Silantev, V.E., Zverev, G.A., Majorov, V.Y., Sinebryukhov, S.L., & Gnedenkov, S.V. (2018). High-capacity derivatives produced from hydrolytic lignin as electrode materials for energy storage and conversion. Diffusion and Defect Data. Pt A Defect and Diffusion Forum, 386, 359 - 364. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.386.359

Simonova, V.V., Shendrik, T.G., & Kuznetsov, B.N. (2010). Methods of industrial lignin utilization. Journal of Siberian Federal University, 4, 340 - 354 (in Russ.).

Chistyakov, A.V., & Tsodikov, M.V. (2018). Methods for preparing carbon sorbents from lignin (review). Russian Journal of Applied Chemistry, 91(7), 1090 - 1105. https://doi.org/10.1134/S1070427218070054

Pat. 2440125, Russian Federation, 2010.

Savitskaya, T.A., Nevar, T.N., Tsygankova, N.G., Krivova, M.G., Reznikov, I.V., Shakhno, E.A., Vezentsev, A.I., & Grinshpan, D.D. (2015). Sorbents based on activated carbon and hydrolytic lignin: structure, properties, application. Sviridovskie chteniya, 11, 132 - 143 (in Russ.).

Tingaeva, E.A., & Farberova, E.A. (2016). Research the possilility of using lignin and cellolignin to obtain granulated active carbons. Vestnik PNIPU. Ser. Khim. Tekhnologiya i Biotekhnologiya = PNRPU Bulletin. Chemical Technology and Biotechnology, 1, 47 - 60 (in Russ.).

Romanenko. K.A., Bogdanovich, N.I., & Kanarskii, A.V. (2017). Obtaining of activated carbons by pyrolysis of hydrolytic lignin. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 4, 162 - 171 (in Russ.). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.162

GOST (State Standard) 6217-74. Wood crushed activated carbon. Specifications (in Russ).

Marsh, H., & Reinoso, F.R. (2006). Activated Carbon. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044463-5.X5013-4