Процессы термической переработки рисовой шелухи при получении активированного углеродного материала и их аппаратурное обеспечение

Перед интенсивно развивающейся Социалистической Республикой Вьетнам в настоящее время стоят две острые проблемы: утилизация большого количества рисовой шелухи и очистка воды и воздуха от загрязняющих веществ. Первая связана с высокими темпами производства риса, которое достигло в 2016 году 45 млн. тонн, и образования при его переработке ~20%мас. рисовой шелухи. Вторая заключается в отставании исследований и внедрения разработок в области производства эффективных сорбентов, применение которых способствует улучшению экологической обстановки от совершенствования мероприятий по очистке воды и воздуха от вредных примесей в агропромышленном комплексе Вьетнама. Кроме этого, активированный углеродный материал из рисовой шелухи также может найти применения в химических источниках электрического тока и других областях, где требуются высокопористые углеродные материалы.
Решать обозначенные проблемы позволяет комплексный подход к переработке рисовой шелухи с одновременным производством востребованных материалов – сорбентов на основе активированного углеродного материала и диоксида кремния. Выбор методов переработки рисовой шелухи базируется на исследовании состава органической и неорганической части сырья, который для различных регионов выращивания риса (Китай, Индия, Вьетнам, Казахстан, Российская Федерация) варьирует в широких пределах. Тип исходного сырья может влиять на качество получаемых углеродных материалов, степень развития в них пористости и механическую прочность. Вместе с тем публикации в этом направлении исследований для шелухи риса, выращенного в северных районах Вьетнама, в периодической литературе отсутствуют.
До настоящего времени работы по использованию и утилизации рисовой шелухи во Вьетнаме проводились по двум направлениям:
– сжигание шелухи риса с выработкой тепловой и электрической энергии;
5
– получение диоксида кремния из минеральной составляющей рисовой шелухи.
Системные исследования в области получения активированного углеродного материала активацией карбонизата твердыми карбонатами калия и натрия не проводились и сведения о них в литературных источниках отсутствуют. Вместе с тем данное направление является перспективным с точки зрения установления технологического потенциала сырья для получения новых материалов. В связи с этим исследования, направленные на изучение состава рисовой шелухи и, на его основе, выбора процессов ее термической переработки с получением активированного углеродного материала и их аппаратурного обеспечения являются актуальными.
Степень разработанности темы
Переработка рисовой шелухи в активированный углеродный материал проводятся научными коллективами Института химии Дальневосточного отделения РАН (Л.А. Земнухова, В.И. Сергиенко, Г.А. Федорищева, А.Г. Егоров, Е.Д. Шкорина, А.Н. Холомейдик), Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстана (С.В. Ефремова, И.С. Сухарников, А.В. Бунчук), Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (П.М. Елецкий, В.А. Яковлев, В.Н. Пармон), Химического колледжа Цзилиньского университета, Китай (Yan Liu, Yupeng Guo, Wei Gao, Zhuo Wang, Yuejia Ma, Zichen Wang), Department of Environmental Technology, Central Leather Research Institute, Adyar, Chennai, Tamil Nadu, India (L.J. Kennedy, J.J. Vijaya, G. Sekaran) и Department of Chemistry, Indian Institute of Technology Roorkee, India (V.K. Gupta).
Работа выполнена в рамках исследований по теме «Стабилизация технологии производства активированного угля из рисовой шелухи Вьетнама» в рамках государственного проекта 09/2012/HĐ-NĐT (12/2012-12/2014).

6
Объект исследования: технология и аппаратурное обеспечение получения
активированного углеродного материала из шелухи риса, выращенного в северных районах Вьетнама.
Предмет исследования: процессы термического превращения углеводородсодержащей части рисовой шелухи при карбонизации и активации материала с применением твердых активаторов.
Цель работы: определение оптимальных параметров процессов термической переработки рисовой шелухи (карбонизация рисовой шелухи и активация углеродного материала, полученного после выделения SiO2 из карбонизата, с использованием твердых активаторов – карбонатов калия и натрия) и разработка аппаратурно-технологической схемы получения активированного углеродного материала.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Получение данных о составе шелухи риса, выращенного в северных районах Вьетнама и определение путей ее переработки для получения активированного углеродного материала.
2. Определение влияния условий проведения процесса пиролиза рисовой шелухи на элементный состав и пористую структуру карбонизата.
3. Определение параметров процессов выщелачивания (концентрация раствора гидроксида натрия, соотношение NaOH/карбонизат, температура) и осаждения (концентрация HCl) диоксида кремния, при которых достигается максимальная степень извлечения SiO2 из карбонизата.
4. Определение зависимости площади удельной поверхности, адсорбционного объема и диаметра пор активированного углеродного материала от природы и количества введенных добавок, температуры и времени выдержки при проведении процессов парогазовой и химической активации.
5. Разработка методики расчета аппарата кипящего слоя для процесса карбонизации рисовой шелухи и аппаратурно-технологической схемы производства активированного углеродного материала.
6. Реализация результатов работы.