Получение активных углей пиролизом гидролизного лигнина

УДК

DOI:

Аннотация

Активное развитие промышленности привело к крупнотоннажному накоплению твердых отходов, которое стало серьезным фактором загрязнения окружающей среды. В связи с этим перед человечеством встает очень важная проблема утилизации таких отходов и связанная с ней задача рационального расходования сырья. Управление процессами образования, накопления и переработки отходов – важнейшее звено в обеспечении экологической безопасности, влияющей на экономическое и социальное развитие всех регионов. Накопление отходов оказывает существенное влияние на состояние природных комплексов, здоровье населения. В ряде случаев оно является одним из основных признаков возможного отнесения территорий к зонам с чрезвычайной экологической ситуацией. Невысоким коэффициентом использования сырья отличаются отрасли химической переработки древесины (лесохимическая и целлюлозно-бумажная), поэтому их относят к наиболее агрессивным нарушителям экологического равновесия. Одним из наиболее распространенных промышленных древесных отходов является гидролизный лигнин. Несмотря на пригодность для переработки в полезные продукты, он практически полностью вывозится в отвалы. Имея высокую кислотность, гидролизный лигнин стоек к контаминации, что затрудняет его естественное разложение. При этом он закисляет почву, поверхностные и подземные воды, загрязняет воздушный бассейн. На свалках гидролизных предприятий находится свыше 2 млн т лигнина. Несмотря на множество предложенных решений по переработке гидролизного лигнина все они не нашли широкого промышленного применения. Наиболее распространенным на данный момент методом утилизации является его сжигание в топках котельных, что нельзя считать рациональным. С учетом актуальности утилизации вторичных ресурсов химической переработки древесины сформулирована цель данной работы – получение углеродных адсорбентов из гидролизного лигнина. В качестве метода активации был выбран термохимический с использованием гидроксида калия. В ходе эксперимента было изучено влияние технологических параметров на выход и свойства полученного активного угля.

Сведения об авторах

К.А. Романенко¹, асп.

Н.И. Богданович¹, д-р техн. наук, проф.

А.В. Канарский², д-р техн. наук, проф.

¹Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: k.romanenko@narfu.ru, n.bogdanovich@narfu.ru

²Казанский национальный исследовательский институт, ул. Карла Маркса, д. 68,
г. Казань, Россия, 420015; e-mail: alb46@mail.ru

Ключевые слова

Для цитирования

Романенко К.А., Богданович Н.И., Канарский А.В. Получение активных углей пиролизом гидролизного лигнина // Лесн. журн. 2017. № 4. С. 162–171. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.162

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Белецкая М.Г., Богданович Н.И. Формирование адсорбционных свойств нанопористых материалов методом термохимической активации // Химия растительного сырья. 2013. № 3. С. 77–82.

2. Белецкая М.Г., Богданович Н.И., Кузнецова Л.Н., Саврасова Ю.А. Методы термохимической активации в синтезе активных углей из технических лигнинов // Лесн. журн. 2011. № 6. С. 144–148. (Изв. высш. учеб. заведений).

3. Белецкая М.Г., Богданович Н.И., Романенко К.А. Синтез активных углей из гидролизного лигнина с использованием гидроксидов Nа и K // Евразийский союз ученых. 2014. № 7-1(7). С. 19–21.

4. Богданович Н.И. Пиролиз технических лигнинов // Лесн. журн. 1998. № 2-3. C. 120–132. (Изв. высш. учеб. заведений).

5. Богданович Н.И., Кузнецова Л.Н., Третьяков С.И., Жабин В.И. Планирование эксперимента в примерах и расчетах: учеб. пособие. Архангельск: АГТУ, 2010.
С. 46–60.

6. Бубнова А.И., Романенко К.А., Богданович Н.И. Формирование адсорбционных и структурных свойств углеродных адсорбентов пиролизом древесных отходов в присутствии NaOH // Тенденции развития техники и технологий-2015: сб. ст. междунар. науч.-техн. конф., 17–19 февр. 2015 г. Тверь: НДМ, 2015. С. 25–29.

7. Вячеславов А.С., Ефремова М. Определение площади поверхности и пористости материалов методом сорбции газов. М.: МГУ, 2011. 65 с.

8. Калиничева О.А., Богданович Н.И., Добеле Г.В. Предпиролиз древесного сырья в синтезе активных углей с NаОН // Лесн. журн. 2008. № 2. С. 117–122. (Изв. высш. учеб. заведений).

9. Bansal R.C., Goyal M. Activated Carbon Adsorption. USA, New York, 2005.
520 p.

10. Gorka J., Zawislak A., Choma J., Jaronies M. KOH Activation of Mesoporous Carbons Obtained by Soft-Templating // Carbon. 2008. Vol. 46, no. 8. Pp. 1159–1161.

11. Hayashi J., Kazehaya A., Muroyama K., Watkinson A.P. Preparation of Activated Carbon from Lignin by Chemical Activation // Carbon. 2000. Vol. 38, no. 13. Pp. 1873–1878.

12. Ji Y., Li T., Zhu L., Wang X., Lin Q. Preparation of Activated Carbon by
Microwave Heating KOH Activation // Applied Surface Science. 2007. Vol. 254, no. 2.
Pp. 506–512.

13. Srivastava S.K., Saran T., Sinha J., Ramachandran L.V., Rao S.K. Hydrogen Production from Coal-Alkali Interaction // Fuel. 1988. Vol. 67, no. 12. Pp. 1680–1682.

Поступила 30.01.17

Ссылка на английскую версию:

UDC 661.183.2

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.162[1]

Obtaining of Activated Carbons by Pyrolysis of Hidrolytic Lignin

K.A. Romanenko¹, Postgraduate Student

N.I. Bogdanovich¹, Doctor of Engineering Sciences, Professor

A.V. Kanarskiy², Doctor of Engineering Sciences, Professor

¹Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;

е-mail: k.romanenko@narfu.ru, n.bogdanovich@narfu.ru

²Kazan National Research Technological University, ul. Karla Marksa, 68, Kazan,

420015, Russian Federation; e-mail: alb46@mail.ru

The active industrial development has led to a large-scale accumulation of solid wastes, which has become a serious factor of environmental pollution. In this regard, humanity faces a very important problem of utilization of these wastes and the associated task of rational consumption of raw materials. Management of the processes of formation, accumulation and processing of waste is the most important link in ensuring environmental safety that affects

the economic and social development of all regions. The accumulation of waste has a significant impact on the state of natural complexes, public health. Sometimes, this fact is the main feature of territories to be considered as environmental emergency zones. The branches of chemical added-value wood processing (wood chemical and pulp and paper industries) differ by a low coefficient of the use of raw material; so they are classified as the most aggressive environmental offending enterprises. As a result of the long-term activity of such facilities, environmental pollution has recently acquired the character of a biosphere process, has become an urgent problem. One of the most common industrial wood wastes is hydrolyzed lignin. Despite its suitability for processing into useful products, it is almost completely exported into disposal areas. Hydrolytic lignin, having high acidity, is resistant to contamination, which makes its natural decomposition difficult. At the same time, it acidifies the soil, surface and groundwater, and pollutes the air basin. Over 2 million tons of lignin are located in the dumps of hydrolysis enterprises. Many proposed solutions for the hydrolytic lignin processing have not found wide industrial application. The most common method of its utilization is irrational combustion in boiler furnaces. Taking into account the urgency of utilization of secondary resources of chemical added-value wood processing, we formulate the work objective as the obtaining of carbon adsorbents from hydrolytic lignin. We have chosen a thermochemical activation method with the use of potassium hydroxide. In the course of the experiment, we have studied the influence of technological parameters on the yield and properties of the obtained activated carbon.

Keywords: accumulation of waste, added-value wood processing, waste reclamation, hydrolytic lignin, activated carbon, pyrolysis.

REFERENCES

1. Beletskaya M.G., Bogdanovich N.I. Formirovanie adsorbtsionnykh svoystv nanoporistykh materialov metodom termokhimicheskoy aktivatsii [The Formation of Adsorption Properties of Nanoporous Materials by Thermochemical Activation]. Khimiya rastitel'nogo syr'ya [Chemistry of Plant Raw Material], 2013, no. 3, pp. 77–82.

2. Beletskaya M.G., Bogdanovich N.I., Kuznetsova L.N., Savrasova Yu.A. Metody termokhimicheskoy aktivatsii v sinteze aktivnykh ugley ikh tekhnicheskikh ligninov [Methods Termochemical Activation in the Synthesis of Activated Carbons of Technical Lignin]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2011, no. 6, pp. 144–148.

3. Beletskaya M.G., Bogdanovich N.I., Romanenko K.A. Sintez aktivnykh ugley iz gidroliznogo lignina s ispol'zovaniem gidroksidov Na i K [Synthesis of Activated Carbons from Hydrolytic Lignin Using Na and K Hydroxides]. Evraziyskiy soyuz uchenykh [Eurasian Union of Scientists], 2014, no. 7-1(7), pp. 19–21.

4. Bogdanovich N.I. Piroliz tekhnicheskikh ligninov [Pyrolysis of Technical Lignins]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 1998, no. 2-3, pp. 120–132.

5. Bogdanovich N.I., Kuznetsova L.N., Tret'yakov S.I., Zhabin V.I. Planirovanie eksperimenta v primerakh i raschetakh: ucheb. posobie [Design of Experiment in Examples and Calculations]. Arkhangelsk, 2010, pp. 46–60.

6. Bubnova A.I., Romanenko K.A., Bogdanovich N.I. Formirovanie adsorbtsionnykh i strukturnykh svoystv uglerodnykh adsorbentov pirolizom drevesnykh otkhodov v prisutstvii NaOH [Formation of Adsorption and Structural Properties of Carbon Adsorbents by Pyrolysis of Wood Waste in the Presence of NaOH]. Tendentsii razvitiya tekhniki i tekhnologiy – 2015: sb. st. mezhdunar. nauch.-tekhn. konf., 17–19 fevr. 2015 g. [Development Trends of Engineering and Technologies ‒ 2015: Proc. Intern. Sci. Eng. Conf., 17–19 February 2015]. Tver, 2015, pp. 25–29.

7. Vyacheslavov A.S., Efremova M. Opredelenie ploshchadi poverkhnosti i poristosti materialov metodom sorbtsii gazov [Determination of the Surface Area and Media Porosity by the Gas Trapping Method]. Moscow, 2011. 65 p.

8. Kalinicheva O.A., Bogdanovich N.I., Dobele G.V. Predpiroliz drevesnogo syr'ya v sinteze aktivnykh ugley s NaON [Pre-pyrolysis of Wooden Raw Material in Synthesis of Active Coals with NaOH]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2008, no. 2, pp. 117–122.

9. Bansal R.C., Goyal M. Activated Carbon Adsorption. USA, New York, 2005.
520 p.

10. Gorka J., Zawislak A., Choma J., Jaronies M. KOH Activation of Mesoporous Carbons Obtained by Soft-Templating. Carbon, 2008, vol. 46, no. 8, pp. 1159–1161.

11. Hayashi J., Kazehaya A., Muroyama K., Watkinson A.P. Preparation of Activated Carbon from Lignin by Chemical Activation. Carbon, 2000, vol. 38, no. 13, pp. 1873–1878.

12. Ji Y., Li T., Zhu L., Wang X., Lin Q. Preparation of Activated Carbon by
Microwave Heating KOH Activation. Applied Surface Science, 2007, vol. 254, no. 2,
pp. 506–512.

13. Srivastava S.K., Saran T., Sinha J., Ramachandran L.V., Rao S.K. Hydrogen Production from Coal-Alkali Interaction. Fuel, 1988, vol. 67, no. 12, pp. 1680–1682. 

Received on January 30, 2017

For citation: Romanenko K.A., Bogdanovich N.I., Kanarskiy A.V. Obtaining of Activated Carbons by Pyrolysis of Hidrolytic Lignin. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2017, no. 4, pp. 162–171. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.162