Очистка жидких радиоактивных отходов активированным углем, полученным из шлам-лигнина. С. 184-194

УДК

544.723.21

DOI:

10.37482/0536-1036-2025-3-184-194

Аннотация

Исследован синтез углеродных сорбентов из шлам-лигнина методом термохимической активации и определены их адсорбционные свойства. Шлам-лигнин – это крупнотоннажный отход, образующийся при коагуляционной очистке сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов. Проблемой при утилизации отхода является сложный химический состав осадка и отсутствие спроса на потенциальные продукты, которые могут быть получены в результате его переработки. В число возможных направлений использования побочных продуктов переработки входит синтез активированных сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов и радионуклидов. Для изучения влияния независимых параметров на адсорбционные свойства активированных углей был проведен эксперимент с применением ротатабельного центрального композиционного плана 2-го порядка. На основании экспериментальных данных выведены уравнения регрессии для адсорбционной активности иода и метиленового синего. Пористая структура поверхности углей анализировалась с помощью автоматизированной системы ASAP 2020 MR. По методикам Брунауэра–Эммета–Теллера и Баррета–Джойнера–Халенды определяли объемы пор активированных сорбентов из шлам-лигнина. В ходе эксперимента выявлены оптимальные условия режима пиролиза: температура – 700 °С, продолжительность – 60 мин и дозировка активирующего агента – 180 %. Данный режим является экономически выгодным для формирования высокоэффективных углеродных сорбентов по причине не очень высокого расхода щелочи по сравнению с другими видами лигнинов. Исследованы сорбенты, полученные при оптимальных условиях. Спектрометрическим методом проведен анализ сорбционных свойств по отношению к различным радионуклидам (цезий, кобальт, стронций и т. д). С помощью программного комплекса SpectraLine GP (Gamma Precision) построены энергетические спектры, затем рассчитаны начальная и конечная активности радионуклидов. Определено, что углеродные сорбенты, полученные из шлам-лигнина методом термохимической активации, возможно применять для селективного извлечения некоторых радионуклидов с эффективностью до 94 %.

Сведения об авторах

Е.С. Логинова (Кокина)^1*, ст. преподаватель; ResearcherID: HMP-6017-2023,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8576-3338
Т.Е. Бойкова¹, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: AAK-1789-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4589-4015
Н.И. Богданович², д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: A-4662-2013,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5374-2943
К.Б. Воронцов², канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: P-2313-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6369-7245

¹Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, ул. К. Во- ронина, д. 6, г. Северодвинск, Россия, 164500; e.kokina@narfu.ru*, t.boykova@narfu.ru
²Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Север- ной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; k.vorontsov@narfu.ru

Ключевые слова

адсорбционные свойства, активированные угли, синтез, шламлигнин, радионуклиды

Для цитирования

Loginova (Kokina) E.S., Boykova T.E., Bogdanovich N.I., Vorontsov K.B. Purification of Liquid Radioactive Waste with Activated Carbon from Sludge-Lignin // Изв. вузов. Лесн. журн. 2025. № 3. С. 184–194. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-3-184-194

Литература

1. Bedmohata M.A., Chaudhari A.R., Singh S.P., Choudhary M.D. Adsorption Capacity of Activated Carbon Prepared by Chemical Activation of Lignin for the Removal of Methylene Blue Dye. International Journal of Advanced Research in Chemical Science (IJARCS), 2015, vol. 2, iss. 8, pp. 1–13.
2. Beletskaya M.G., Bogdanovich N.I., Makarevich N.A. Carbon Adsorbent Technology: Physico-Chemical Analysis of Activated Carbons. Arkhangelsk, Northern (Arctic) Federal University Publ., 2015. 96 p. (In Russ.).
3. Bogdanovich N.I. Pyrolysis of Technical Lignins. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 1998, no. 2–3, pp. 120–132. (In Russ.).
4. Bogdanovich N.I., Kuznetsova L.N., Dobele G.V. New Reagents of Thermochemical Activation of Carbon Materials in the Synthesis of Adsorbents. Carbon Adsorbents: Proceedings of the 2nd International Seminar. Kemerovo, Institute of Coal and Coal Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences Publ., 2000, pp. 16–18. (In Russ.).
5. Celik A., Demirbaş A. Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solutions via Adsorption onto Modified Lignin from Pulping Wastes. Energy Sources, 2005, vol. 27, iss. 12, pp. 1167–1177. https://doi.org/10.1080/00908310490479583
6. Chernysheva E.A., Nakhanovich V.S., Zajtseva A.A., Russavskaya N.V. Technology and Equipment for Obtaining Sulfur-Containing Sorbents Based on Lignin. Collection of Scientific Papers of the Angarsk State Technical University, 2016, no. 1, pp. 76–80. (In Russ.).
7. Chistyakov A.V., Tsodikov M.V. Methods for Preparing Carbon Sorbents from Lignin (Review). Russian Journal of Applied Chemistry, 2018, vol. 91, pp. 1090–1105. https://doi.org/10.1134/S1070427218070054
8. Elnakar H., Buchanan I.D. Pulp and Paper Mill Effluent Management. Water Environment Research, 2019, vol. 91, iss. 10, pp. 1069–1071. https://doi.org/10.1002/wer.1179
9. Irkutsk National Research Technical University. INRTU Scientists Will Present Several Waste Disposal Technologies from the Baikal Central Processing Plant at the International Ecological and Water Forum. Avaialble at: https://www.istu.edu/novosti/pub/45665 (accessed 5.08.24). (In Russ.).
10. Khorokhordin A.M., Rudakov O.Ya., Perzev V.T., Cherepakhina R.G., Rudakov O.B. Application of Slime-Lignin with Slaked Lime as an Organomineral Additive in Cement. Khimiya, fizika i mekhanika materialov, 2021, no. 2 (29), pp. 89–96. (In Russ.).
11. Lainer Yu.A., Malkov G.A., Tuzhilin A.S., Perekhoda S.P., Vetchinkina T.N. Prospects of Aluminum-Containing Waste Integrated Treatment with Production of Alumina, Coagulants and Construction Materials. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii = Ecology and Industry of Russia, 2013, no. 4, pp. 10–15. (In Russ.). https://doi.org/10.18412/1816-0395-2013-4-10-15
12. Lityaeva Z.A., Gavrilov S.N. Combined Humate-Containing Reagent for Drilling Fluids. Patent RF no. 208751, 1997. (In Russ.).
13. Loginova (Kokina) E.S., Boykova T.E., Bogdanovich N.I., Vorontsov K.B., Adsorption of Cobalt Isotope from Liquid Radioactive Waste by Carbon Nanostructured Materials of Thermochemical Activation of Sludge-Lignin. Bezopasnost’ i okhrana truda v lesozagotovitel’nom i derevoobrabatyvayushchem proizvodstvakh = Occupational Health and Safety in Logging and Woodworking Industries, 2024, no. 3. https://doi.org/10.33920/pro-5-2403-04
14. Malnik V.V., Yamamuro M., Tomberg I.V., Molozhnikova E.V., Bukin Yu.S., Timoshkin O.A. Lacustrine, Wastewater, Interstitial and Fluvial Water Quality in the Southern Lake Baikal Region. Journal of Water & Health, 2022, vol. 20, iss. 1, pp. 23–40. https://doi.org/10.2166/wh.2021.064
15. Methodology for Measuring the Activity of Gamma-Emitting Nuclides in Counting Samples Using a Semiconducting Spectrometer. Certificate no. 582/04 on Certification Issued by D.I. Mendeleyev Institute for Metrology, 25.10.2004. (In Russ.).
16. Sedova E.L., Vorontsov K.B., Burkova S.A. Influence of Coagulation Treatment on the Efficiency of Lignin Containing Wastewater Purification. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2019, no. 4, pp. 159–167. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.4.159
17. Suhas, Carrott P.J.M., Ribeiro Carrott M.M.L. Lignin – from Natural Adsorbent to Activated Carbon: A Review. Bioresource Technology, 2007, vol. 98, iss. 12, pp. 2301–2312. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.08.008
18. Thompson G., Swain J., Kay M., Forster C.F. The Treatment of Pulp and Paper Mill Effluent: A Review. Bioresource Technology, 2001, vol. 77, iss. 3, pp. 275–286. https://doi.org/10.1016/s0960-8524 (00)00060-2
19. Timofeeva S.S. Vermicomposting of Technical Waste and Their Biological Activity. Environmental Safety of the East Siberian Region: Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference. Irkutsk, 2003, pp. 17–21. (In Russ.).
20. Vorontsov K.B., Bogdanovich N.I., Sedova E.L., Solovyova P.V. Formation of Adsorption Properties of Carbon Nanostructured Materials by Thermochemical Activation of Sludge-Lignin. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2021, no. 4, pp. 181–188. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-4-181-189