Obtaining and study of carbon sorbents from oilseed sunflower waste | Получение и исследование углеродных сорбентов из отходов подсолнечника масличного

Russian. Разработка новых сорбционных материалов на основе отходов агропромышленного комплекса относится к активно развивающимся научным направлением. Цель исследования - получение сорбционных материалов из отходов переработки подсолнечника масличного (Helianthus annuus L.) – пустых корзинок – путем химической активации исходного сырья растворами азотной, серной, соляной и ортофосфорной кислот в концентрациях 1 М, 3 М и 10 М с последующей термической обработкой в герметичных реакторах (карбонизацией) в интервале температур 200…650 град. С. Выбранный способ переработки позволяет получать материалы с высокой сорбционной способностью. Закономерности воздействия на сырье всех изученных кислот однотипны. Содержание общей и водорастворимой золы в сорбционных материалах росло по мере повышения температуры карбонизации. Причем эта тенденция сохранялась при варьировании концентрации кислоты-модификатора в диапазоне от 1 до 10 М. Насыпная плотность сорбционных материалов при увеличении температуры карбонизации с 200 до 650 град. С возрастала в 1,5 раза. Текстура материалов зависела от температуры карбонизации – при 350…500 град. С наблюдалось развитие внутренних полостей исходного сырья, при 650 град. С происходило разрушение ячеистой структуры растительного каркаса. Отмечена тенденция увеличения рН водной вытяжки по мере роста концентрации активатора и температуры карбонизации. Оценку сорбционной способности материалов проводили с использованием в качестве сорбатов метиленового синего и бензола. Все полученные образцы обладали развитой поверхностью (от 11 до 110 м2/г по метиленовому синему, 306…1000 м2/г по бензолу) и пористой структурой, обеспечивающей протекание адсорбции в смешаннодиффузионном режиме. Адсорбция метиленового синего была описана с помощью наиболее распространенных моделей (Генри, Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина-Астахова, Дубинина-Радушкевича). Наиболее адекватной оказалась модель Дубинина-Астахова.

English. The development of new sorption materials based on agricultural waste is a new scientific area. The purpose of the study was to obtain sorption materials from the processing waste (empty calathia) of oilseed sunflower (Helianthus annuus L.), by chemical activation of the feedstock with solutions of nitric, sulfuric, hydrochloric, and orthophosphoric acids at concentrations of 1 M, 3 M, and 10 M, followed by heat treatment in sealed reactors (carbonization) at temperatures varying from 200 deg C to 650 deg C. The selected processing method allowed materials to be obtained with a high sorption capacity. The patterns of influence on raw materials of all studied acids were homogenous. The content of total and water-soluble ash in the sorption materials increased with carbonization temperature. Moreover, this tendency persisted when the concentration of the modifier acid varied in the range from 1M to 10 M. The bulk density of the sorption materials increased by 1.5 times with an increase in the carbonization temperature from 200 deg C to 650 deg C. The texture of the materials depended on the carbonization temperature – at 350–500 deg C we registered the development of internal cavities of the feedstock; at 650 deg C we registered the destruction of the cellular structure of the plant frame. The pH of the aqueous extract tended to increase with an increase in the concentration of the activator and carbonization temperature. The sorption capacity of the materials was assessed using methylene blue and benzene as sorbates. All the samples obtained were characterized by a developed surface (from 11 m2/g to 110 m2/g for methylene blue and from 306 m2/g to 1,000 m2/g for benzene) and a porous structure providing adsorption in a mixed diffusion mode. The adsorption of methylene blue was described using the most common models (Henry, Langmuir, Freundlich, Dubinin-Astakhov, and Dubinin-Radushkevich models). The most adequate was the Dubinin-Astakhov model.