ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ И ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ОТХОДОВ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ МЕТОДОМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА

22 Apr 2021, 16:15
10m
1221 (Lomonosov st. 9)

1221

Lomonosov st. 9

oral Environmental Protection Systems Environmental Protection Systems

Speaker

Ms Anna Atanovа (Sergeevna)

Description

В последние десятилетия наблюдается прирост производства и потребления, и как следствие, образование и накопление отходов из полимерных композиционных материалов на основе древесностружечных плит (далее ДСтП), согласно статистическим данным [1], в России только в 2019 г. Их объем производства составил более 10 млн м3.
На сегодняшний день проблема утилизации отходов ДСтП остается нерешенной, основная часть по-прежнему поступает на полигоны ТКО, что приводит к изъятию на десятилетия из эксплуатации земельных ресурсов. В результате захоронения отходов происходит биохимическое разложение, которое сопровождается длительными эмиссиями токсичных загрязняющих веществ в почвы и водные объекты окружающей среды. Переработка во вторичные материалы из-за высокого содержания ароматичных смол в составе ДСП, затруднена, поэтому поиск перспективных и эффективных способов утилизации остается актуальным направлением.
Анализ литературных данных и проведенные ранее нами исследования показали возможность переработки отходов на основе ДСтП термохимическими методами. Одним из рассматриваемых методов, позволяющих утилизировать крупногабаритные отходы, является низкотемпературный пиролиз.
Применение термохимической утилизации отходов позволяет утилизировать трудно перерабатываемые компоненты отходов, дает возможность получить полуфабрикаты, высококалорийное топливо и сырье, которые применяются в различных технологических процессах. Газообразные и жидкие продукты термохимической деструкции полимеров потенциально могут быть использованы как энергоносители для получения тепловой энергии.
В результате термохимической переработки формируется углеродистый остаток – карбонизат (пиролизат), по своей структуре и свойствам подобный углеродным сорбентам. Известно, что их пористая структура недостаточно развита и сорбционные характеристики пиролизатов возможно регулировать, добавляя в исходное сырье различные катализирующие реагенты (гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, кислоты, соли переходных металлов, например, на основе Pt, Сu, Fe, Co, Ni и др.).
Введение в систему каталитических добавок позволяет регулировать процесс пиролиза: понизить температуру, увеличить выход пиролизных газов или пиролизата, увеличить скорость реакций термохимической деструкции что, способствует формированию пористой структуры в углеродных материалах.
Целью настоящей работы являлось исследование закономерностей процессов каталитического пиролиза и адсорбционных свойств и пористой структуры углеродных материалов, полученных из многотоннажных отходов ДСтП в присутствии катализирующих добавок – солей меди (I) и никеля (II).
Для определения возможности термохимической переработки отходов ДСтП получено несколько партий углеродных сорбентов. В качестве прекурсоров использовали предварительно измельченные отходы древесностружечных плит средней плотности с влажностью не более 13%.
Пиролиз проводили в лабораторной печи муфельного типа при 500-700 С, со скоростью нагрева 10-15 град/мин, время выдержки составляло 30-60 мин. Пиролизаты на основе отходов ДСП без реагентов обозначены как П-К-1, совместно с никельсодержащим катализатором П-К-2(3), с медьсодержащим катализатором П-К-4.
Содержание ионов меди и никеля в фильтратах определяли атомно-абсорбционным методом по методике М-02-Вд-2001. Концентрации металлов не превышали нормативных показателей.
В работе исследовалось влияние содержания катализаторов на сорбционные свойства и параметры пористой структуры пиролизатов.

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что введение в систему ионов металлов влияет на адсорбционные свойства пиролизатов и пористую структуру. При их исследовании были построены изотермы адсорбции-десорбции азота. Введение никелевого и медного катализаторов позволило увеличить объемы всех разновидностей пор, а также предельный объем адсорбционного пространства ~ на 30%. Площадь поверхности увеличилась более чем на 100 м2/г.
Полученные партии образцов пиролизатов обладают бипористой структурой. Активность по йоду и красителю МГ у образца достигла П-К-2 760±25 и 280±23 мг/г соответственно. Емкость по йоду у промышленных марок древесных активных углей типа БАУ составляет 750-800 мг/г.
Комплексная переработка методом каталитического пиролиза с использованием катализирующих добавок солей меди (I) и никеля (II) возможна и является перспективной в области обращения с полимерными отходами из ДСтП. Предложенный способ позволяет получать пиролизаты в одну стадию, которые обладают сорбционными свойствами, близкие по характеристикам с промышленными марками древесных углей типа БАУ.

Position of speaker graduate student
Affiliation of speaker graduate student
Publication Without publication of the article

Primary authors

Ms Anna Atanovа (Sergeevna) Mrs Irina Glushankova (Samulovna)

Presentation Materials