Оценка сорбционных свойств биоуглей, полученных методом гидротермального ожижения из тростника обыкновенного (Phragmites australis)

Abstract

Актуальность работы обуславливается необходимостью использования инновационного для нашей страны метода термохимической конверсии влажной биомассы и органических отходов - гидротермального ожижения. В данной работе уделяется внимание дальнейшему применению побочного продукта процесса - твердого угольного остатка (биоугля). Полученные твердые остатки предлагается использовать в качестве сорбентов. Цель: оценка сорбционных свойств угольных остатков процесса гидротермального ожижения тростника обыкновенного, а также подбор методов их активации. Объект: уголь, полученный методом гидротермального ожижения растительной биомассы - тростника обыкновенного (Phragmites australis). Методы: гидротермальное ожижение, химическая активация перекисью водорода и парогазовая активация угольных сорбентов, оценка сорбционной емкости по метиленовому синему, элементный анализ, изучение пористой структуры путем сорбции азота. Результаты. Выход сорбента при активации составил 45 и 30 % при химической активации и 91 % при парогазовой; максимальная сорбционная емкость по метиленовому синему 18,4 мг/г была достигнута за счет хемосорбции для образца после активации угля перекисью в присутствии серной кислоты. Максимальная площадь поверхности по методу Брунаэра, Эммета и Теллера (18,47 м2/г) и суммарный объем пор (0,186 см3/г) были достигнуты для образца после парогазовой активации. Исходя из результатов оценки пористой структуры, открыта мезопористая структура полученных углей. Полученные угли показали сорбционные свойства, не уступающие сорбционным свойствам похожих дешевых сорбентов из отходов. Доказана возможность использования полученных сорбентов для решения экологических задач, в том числе для очистки сточных вод

Relevance. The need to use an innovative method of thermochemical conversion of wet biomass and organic waste - hydrothermal liquefaction. This paper focuses on the further application of the by-product of the process - solid coal residue (biochar). The obtained solid residue is proposed to be used as sorbent. Aim. To evaluate the sorption capacity of carbon residues from hydrothermal liquefaction of common reed, as well as to select methods for their activation. Object. Hydrochar produced by hydrothermal liquefaction from plant biomass - common reed (Phragmites australis). Methods. Hydrothermal liquefaction, chemical activation of hydrochar sorbents by hydrogen peroxide and vapor-gas activation, sorption capacity by methylene blue, elemental analysis, specific surface area measurement by the Brunaer, Emmett and Teller method, nitrogen sorption-desorption at 77 K. Results. Sorbent yield during activation was 45 and 30% with chemical activation and 91% with steam-gas activation. The maximum sorption capacity for methylene blue of 18.4 mg/g was achieved due to chemisorption for the sample after carbon activation with peroxide in the presence of sulphuric acid. The maximum BET surface area (18.47 m2/g) and total pore volume (0.186 cm3/g) were achieved for the sample after gas-vapor activation. Based on the results of porous structure evaluation, the mesoporous structure of the obtained coals was discovered. The obtained coals showed sorption properties as good as those of similar cheap waste sorbents. The authors have proved the possibility of using the obtained sorbents for solving environmental problems, including wastewater treatment