CZ306226B6 - Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků - Google Patents
Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306226B6 CZ306226B6 CZ2014-910A CZ2014910A CZ306226B6 CZ 306226 B6 CZ306226 B6 CZ 306226B6 CZ 2014910 A CZ2014910 A CZ 2014910A CZ 306226 B6 CZ306226 B6 CZ 306226B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- weight
- biological waste
- ions
- resp
- agricultural crops
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010796 biological waste Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 38
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title abstract 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims abstract description 28
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 26
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims abstract description 26
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000010903 husk Substances 0.000 claims abstract description 17
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 10
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 claims abstract description 8
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 235000007340 Hordeum vulgare Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 240000005979 Hordeum vulgare Species 0.000 claims abstract description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012264 purified product Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 28
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 17
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 14
- HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M potassium;sulfooxy sulfate Chemical class [K+].OS(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 12
- 241000195955 Equisetum hyemale Species 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 4
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 abstract description 16
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 25
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 23
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 241000758993 Equisetidae Species 0.000 description 1
- 241000195950 Equisetum arvense Species 0.000 description 1
- 239000005768 Equisetum arvense L. Substances 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910001579 aluminosilicate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- LRCFXGAMWKDGLA-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;hydrate Chemical compound O.O=[Si]=O LRCFXGAMWKDGLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 244000038280 herbivores Species 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 238000013332 literature search Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011022 opal Substances 0.000 description 1
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 1
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 1
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001120 potassium sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 description 1
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 239000000341 volatile oil Substances 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Technologie přečišťování biologických odpadů vznikajících při zpracování zemědělských plodin, zejména rýže seté a částí ječmene setého, respektive rýžových slupek a/nebo rýžových stonků s cílem odstranit podstatnou část iontů prvků, které jsou nežádoucí z hlediska získání oxidu křemičitého požadované kvality z těchto zbytků plodin. Zejména se jedná o draselné, vápenné, hliníkové, hořčíkové a sodíkové ionty. Nenamletý biologický odpad nebo namletý biologický odpad se bez jakékoliv předchozí úpravy vloží do uzavřeného reaktoru s přídavkem nasyceného roztoku octanu amonného nebo s přídavkem nasyceného roztoku hydrogenperoxosíranu draselného, načež se uzavřený reaktor vystaví působení mikrovlnné energie s ohřevem na teplotu 90 až 120 .degree.C po dobu 50 minut až 120 minut, přičemž za uvedených podmínek proběhne chemická reakce, jejímž výsledkem je odstranění nežádoucích doprovodných iontů uvedených prvků a následně po ochlazení na laboratorní teplotu se provede opakované promytí přečištěného produktu destilovanou vodou. Vyhodnocení úbytku nežádoucích doprovodných iontů prvků v biologickém odpadu se provede v hmotnostních procentech.
Description
Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků
Oblast techniky
Vynález se týká technologie přečišťování biologických odpadů vznikajících při zpracování zemědělských plodin, zejména rýže seté a částí ječmene setého, respektive rýžových slupek a rýžových stonků s cílem odstranit ionty, které jsou nežádoucí z hlediska získání oxidu křemičitého požadované kvality z těchto zbytků plodin. Oxid křemičitý získaný z rostlinných částí tohoto druhuje označován jako biomorfní oxid křemičitý. Tento oxid křemičitý získávaný spálením při teplotách, při kterých dochází k odstranění organické fáze, je znečištěn ionty zejména draslíku, vápníku, hliníku, hořčíku, sodíku, které se dostávají do částí rostlin při jejich růstu a jsou pro rostlinu nepostradatelné. Ionty, pokud nejsou odstraněny, se po spálení organické fáze (celulózy, hemicelulózy a ligninu) stávají součástí popílku s vysokým obsahem oxidu křemičitého, znečišťují jej a negativně ovlivňují tvar, velikost a měrný povrch jeho částic. Je-li popílek s vysokým obsahem oxidu křemičitého získaný z těchto rostlinných částí zbavený doprovodných iontů, vykazuje vysokou čistotu a stává se vhodným materiálem pro využití nejen ve farmaceutickém a kosmetickém průmyslu jako plnivo nebo abrazivo, ale také v oblasti elektroniky. V současné době je nanostruktumí biomorfní silika považována za perspektivní a environmentálně přijatelnou alternativu v mnoha oborech materiálového průmyslu.
Dosavadní stav techniky
Na základě studia struktur a materiálových složení rostlinných částí bylo zjištěno, že některé typy rostlin jsou vyztuženy křemíkem, respektive hydratovaným amorfním oxidem křemičitým, časté označení je také biogenní opál nebo silika. Obsah amorfního oxidu křemičitého se liší podle druhu rostlin a podle části rostlinného těla. Částice o velikosti desítek nanometrů vytvářejí kompaktní materiál ve formě vrstev, jejichž tloušťka dosahuje jednotek mikrometrů a které jsou velmi dobře spojeny s organickými složkami rostliny (celulózou, hemicelulózou, ligninem, pektinem, vosky). V menší nebo větší míře se částice nacházejí v buněčných stěnách, kde přispívají k základní ochraně nebo zpevnění rostlin. Tím poskytují částem rostlinných těl specifickou povrchovou ochranu, často zde dochází ke zvýšení tuhosti nebo tvrdosti. Tato fýzikálně-mechanická ochrana souvisí s odolností rostlin vůči napadení jinými organismy, ať se jedná o mikroorganismy, houby, plísně nebo býložravce.
Zemina, jíž dominují aluminosilikátové minerály, je zdrojem většiny anorganických prvků, které se zabudovávají do struktury rostlin, a to jako makroelementy tak mikroelementy, vstřebatelné rostlinným kořenovým systémem. Tento nepostradatelný zdroj všech prvků je obsažen v půdním roztoku, který je prvky zásobován v procesu zvětrávání, rozpouštění, iontové výměny, přítomnosti plynů v půdě a jejich nepřetržitém spolupůsobení. Kořenový systém rostlin má zásadní roli jak v absorpci minerálů, tak i v jejich solubilizaci, to je úpravě půdního systému pro jejich využití. Některé druhy rostlin mají schopnost absorbovat koloidní roztok kyseliny orthokřemičité z půdy, ve které rostou a v důsledku řady biochemických procesů a fotosyntézy dochází k vytváření systému částic oxidu křemičitého. Obsah oxidu křemičitého se v rostlinách značně liší a pohybuje se v rozmezí 0,1 až 10 % hmotnostních, výjimečně i výše. V případě rýže seté (Oryza sativa) rýžové slupky obsahují až 23 % hmotnostních oxidu křemičitého.
Touto přírodní biochemickou cestou se stávají části vybraných rostlin, zejména rýžové stonky a slupky akumulátorem nanočástic biomorfního oxidu křemičitého a tím ideálním surovinovým zdrojem pro jeho získávání a využití.
- 1 CZ 306226 B6
Mezi rostliny s vyšší schopností absorpce kyseliny orthokřemičité patří rýže setá (Oryza sativa), přeslička rolní (Equisetum arvense), přeslička zimní (Equisetum hyemale, syn.: Hippochaete hyemalis) a ječmen setý (Elordeum vulgare L). Mezi celosvětově nejvýznamnější plodinu patří rýže setá, jejíž roční produkce se v současné době pohybuje celosvětově kolem 685 miliónů tun 5 aje základní potravinou pro polovinu světové populace. Po zpracovávání sklizené rýže zůstává 1,0 až 1,5 násobek hmotnosti rýžových stonků a 0,2 až 0,33 násobek hmotnosti rýžových slupek.
V současné době patří proces spalování mezi nejběžnější způsob zpracování rostlinných zbytků za účelem získání siliky s vysokou čistotou, malou velikostí částic a přiměřenou porozitou, která 10 je analogická silice vyráběné průmyslovými procesy při teplotách dosahujících až 1700 °C.
Termogravimetrickými analýzami byly identifikovány teploty, při kterých dochází k degradaci celulózy, hemicelulózy a ligninu, to je složek, které jsou hlavní součástí rostlinných zbytků. Teploty se pohybují v rozmezí 300 až 600 °C. Kompletní degradace organické fáze nastává při teplotách cca 650 °C, zůstává popel, který je více nebo méně znečištěn sodíkem, draslíkem, vápníkem, 15 hořčíkem, hliníkem a fosforem, a to podle způsobu provedené předúpravy.
Vlastnímu procesu spalování předchází ve většině případů předúprava, která je zásadní pro získání výsledného produktu to je oxidu křemičitého s velikostí částic v desítkách nanometrů, s vysokou čistotou, respektive s velmi malým obsahem sloučenin sodíku, draslíku, vápníku, hoř20 číku, hliníku a fosforu. Výše zmíněné sloučeniny způsobují na jedné straně snížení teploty destrukce rostlinných zbytků, chovají se jako tavidla, což by bylo ekonomicky výhodné, na druhé straně způsobují jejich spékaní a mají negativní vliv na čistotu, velikost částic a velikost pórů získaného oxidu křemičitého.
Předúprava rýžových slupek a rýžových stonků je většinou prováděna při zvýšené teplotě v 0,1 až 10 M kyselině chlorovodíkové v kratším nebo delším časovém horizontu, ve kterém dochází k odstranění uvedených iontů. Dalšími alternativními činidly jsou kyselina sírová, kyselina octová, ale i destilovaná voda, peroxid vodíku a vybrané iontové kapaliny. Po takto provedených předůpravách následuje promytí a usušení.
Procesy předúpravy a následného pálení slupek jsou ověřeny a zdokumentovány v řadě odborných publikací. Podle literární rešerše byly tyto způsoby získávání siliky popsány pro různé druhy rostlin obsahujících ve svých rostlinných částech vyšší množství oxidu křemičitého (přesličky, rýžové slupky a stonky, stonky cukrové třtiny). Analytické metody běžně využívané k popisu 35 velikosti částic, chemického složení, měrného povrchu, porozity, určení typu vazeb na povrchu oxidu křemičitého jsou SEM, EDAX, TEM, TG A FT-IR, BET.
Podstata vynálezu
Podstatou řešení podle vynálezu je použití takového technologického procesu charakteristického zvolenou teplotou, při které dochází k působení vhodné chemikálie na vstupní surovinu typického složení, dobou náběhu na teplotu procesu, výší teploty procesu, dobou po jakou proces probíhá, dobou poklesu teploty na laboratorní teplotu a výkonem reaktoru, ve kterém proces probíhá 45 a následně úbytkem množství doprovodných iontů vyjádřených v hmotnostních procentech. Pro procesy přečišťování je možné použít příkladně mikrovlnný reaktor Synthos 3000 (Anton Paar).
Při procesu přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem nanostruktumího biomorfního oxidu křemičitého od nežá50 doucích doprovodných iontů prvků, zejména draselných, vápenných, hliníkových, hořčíkových a sodíkových dochází působením nasyceného roztoku soli, kterým je octan amonný nebo hydrogenperoxosíran draselný, a to na vstupní surovinu charakteristickou obsahem nanostruktumího biomorfního oxidu křemičitého v rozmezí do 35-ti hmotnostních procent u vysušené suroviny. Biologický odpad obsahuje množství doprovodných iontů prvků, jako je draslík, sodík, vápník, 55 hořčík nebo hliník. Působením nasyceného roztoku soli octanu amonného nebo hydrogenperoxo
-2CZ 306226 B6 síranu draselného na vstupní surovinu biologického odpadu při procesu probíhajícím za specifikovaných podmínek dojde k rozpuštění nežádoucích doprovodných iontů prvků, které jsou následně odstraněny opakovaným promytím destilovanou vodou. Biologický odpad je umístěn do uzavřeného reaktoru společně s nasyceným roztokem soli octanu amonného nebo společně s nasyceným roztokem hydrogenperoxosíranu draselného a reaktor je vystaven působení mikrovlnné energie s ohřevem na teplotu 90 až 120 °C po dobu 50 minut až 120 minut, přičemž za uvedených podmínek proběhne chemická reakce. Vložená surovina je po této fyzikálně-chemické předúpravě resp. očištění zbavena iontů prvků, které snižují kvalitu získaného produktu a rovněž negativně ovlivňují tvar, velikost a měrný povrch částic oxidu křemičitého, který je možno následně získat spálením meziproduktu vzniklého přečištěním vstupní suroviny.
Přečištění biologického odpadu vzniklého při zpracování zejména zemědělských plodin je provedeno za užití 0,5 až 2,0 gramů nenamletého nebo namletého biologického odpadu s přídavkem 30 ml nasyceného roztoku octanu amonného nebo nasyceného roztoku hydrogenperoxosíranu draselného. V tomto poměru se na větší množství použitého biologického odpadu užije odpovídající množství nasyceného roztoku octanu amonného nebo nasyceného roztoku hydrogenperoxosíranu draselného. Biologickým odpadem zemědělských plodin přírodního původu jsou s výhodou slupky a stébla rýže seté nebo části ječmene setého nebo přírodním biologickým zdrojem jsou části přesličky rolní a/nebo části přesličky lesní a/nebo části přesličky zimní.
Mletí vstupní suroviny je provedeno následujícím způsobem a zahrnuje několik fází. Prvé hrubé mletí suroviny se provede ve vibračním stroji s frekvencí vibrací 25 až 35 Hz osazeném jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 20 mm po dobu 4 až 6 minut, druhé jemné mletí se provede ve shodném vibračním stroji za stejných podmínek se třemi ocelovými koulemi o velikosti průměru 3 mm po dobu 4 až 6 minut. Následuje finální ultra jemné mletí ve shodném vibračním stroji a za shodných podmínek s jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 10 mm v kombinaci s třicetipěti korundovými koulemi o velikosti průměru 3 mm do získání částic namleté suroviny v rozmezí od 1 do 250 pm.
Vstupní surovinou jsou rostlinné zemědělské odpady a části rostlin charakteristické vyšším obsahem oxidu křemičitého a přítomností doprovodných iontů draslíku, vápníku, hliníku, hořčíku nebo sodíku, které jsou nežádoucí z hlediska získání finálního produktu, to je nanostruktumího biomorfního oxidu křemičitého. Tyto suroviny byly podrobeny základní charakterizaci, kterou byl získán přehled o rozložení anorganické fáze v organické fázi a přehled o přítomnosti doprovodných iontů a jejich množství. Obě analýzy byly provedeny na rastrovacím elektronovém mikroskopu. Vstupní surovina do procesu očišťování může být použita jako namletá nebo nenamletá. Vyhodnocování úbytku nežádoucích doprovodných iontů prvků v přečištěné surovině resp. v přečištěném biologickém odpadu je provedeno v hmotnostních procentech.
V provedeném procesu přečištění namleté suroviny slupek rýže seté v nasyceném roztoku octanu amonného se snížil obsah iontů K o 97,8 % hmotnostních, Ca o 87,2 % hmotnostních, Al o 32,5 % hmotnostních. Mg o 94,7 % hmotnostních a Na o 73,0 % hmotnostních. V provedeném procesu přečištění namleté suroviny, kterou byly slupky rýže seté v nasyceném roztoku hydrogenperoxosíranu draselného se snížil obsah iontů K. o 93,7 % hmotnostních, Ca o 93,2 % hmotnostních, Al o 37,8 % hmotnostních, Mg o 93,6 % hmotnostních a Na o 75,0 % hmotnostních. Ohřev reaktoru byl udržován po dobu 60-ti minut na teplotě 100 °C. Za uvedených podmínek proběhla chemická reakce, jejímž výsledkem je odstranění shora uvedeného množství nežádoucích doprovodných iontů vyjmenovaných prvků.
V provedeném procesu přečištění nenamleté suroviny slupek rýže seté v nasyceném roztoku octanu amonného se snížil obsah iontů K o 99,0 % hmotnostních, Ca o 80,2 % hmotnostních, Al o 85,5 % hmotnostních, Mg o 94,8 % hmotnostních a Na o 77,5 % hmotnostních. V provedeném procesu přečištění nenamleté suroviny slupek rýže seté v nasyceném roztoku hydrogenperoxosíranu draselného se snížil obsah iontů K. o 98,8 % hmotnostních, Ca o 88,1 % hmotnostních, Al o 94,8 % hmotnostních, Mg o 91,5 % hmotnostních a Na o 77,4 % hmotnostních. Teplota
-3CZ 306226 B6 v reaktoru byla udržována po dobu 60-ti minut na hodnotě 100 °C. Za uvedených podmínek proběhla chemická reakce, jejímž výsledkem je odstranění shora uvedeného množství nežádoucích doprovodných iontů vyjmenovaných prvků.
Příklady uskutečnění vynálezu
V příkladných provedeních vynálezu byla věnována pozornost zejména slupkám rýže seté, které ve své struktuře obsahují nejvíce nanostruktumího biomorfního oxidu křemičitého s dalšími příměsemi jako jsou ionty draslíku, vápníku, hliníku, hořčíku a sodíku. Postupem podle vynálezu byly slupky rýže seté v maximální možné míře zbaveny nežádoucích doprovodných iontů uvedených prvků. Následující příklady uvádějí odzkoušené metody pro odstranění nežádoucích příměsí prvků.
Příklad 1
Namletá surovina v množství 2 g se bez jakékoliv předchozí úpravy vloží do uzavřeného reaktoru. Následně je přidáno 30 ml nasyceného roztoku octanu amonného. Připravený roztok se surovinou ze slupek rýže seté je vystaven působení mikrovlnné energie o maximálním výkonu 1000 W. Proces očišťování slupek rýže seté probíhá podle následujících teplotních parametrů řízených mikrovlnným výkonem. Ohřev reaktoru na teplotu 100 °C během 3 minut, výdrž na této teplotě 60 minut, chlazení na teplotu 25 °C během 20 minut. V průběhu procesu očišťování je kontrolován tlak v reakční teflonové trubici, který se pohybuje v rozmezí 4,0 až 5,0 baru.
Mletí vstupní suroviny bylo provedeno následujícím způsobem. Prvé hrubé mletí suroviny se provede ve vibračním stroji s frekvencí vibrací 30 Hz osazeném jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 20 mm po dobu 5 minut, druhé jemné mletí se provede ve shodném vibračním stroji za stejných podmínek se třemi ocelovými koulemi o velikosti průměru 3 mm po dobu 5 minut. Následuje finální ultra jemné mletí ve shodném vibračním stroji a za shodných podmínek s jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 10 mm v kombinaci s třicetipěti korundovými koulemi o velikosti průměru 3 mm do získání částic namleté suroviny v rozmezí od 10 do 80 pm.
Po kontrolní strukturní a chemické analýze zkoumaný vzorek vykazuje následující snížení obsahu doprovodných iontů K, Ca, Al, Mg, Na. Shora popsaným procesem očišťování namleté suroviny v octanu amonném se snížil obsah iontů K o 97,8 % hmotnostních, Ca o 87,2 % hmotnostních, AI o 32,5 % hmotnostních, Mg o 94,7 % hmotnostních a Na o 73,0 % hmotnostních.
Příklad 2
Namletá surovina v množství 2 g se bez jakékoliv předchozí úpravy vloží do uzavřeného reaktoru. Následně je přidáno 30 ml nasyceného roztoku hydrogenperoxosíranu draselného. Připravený roztok včetně vložené suroviny je vystaven působení mikrovlnné energie o maximálním výkonu 1000 W. Proces očišťování probíhá podle následujících teplotních parametrů řízených mikrovlnným výkonem: ohřev reaktoru na teplotu 100 °C během 3 minut, výdrž na této teplotě 60 minut, chlazení na teplotu 25 °C během 20 minut. V průběhu procesu očišťování je kontrolován tlak v reakční trubici, který se pohybuje v rozmezí 4,0 až 5,0 baru.
Prvé hrubé mletí suroviny je provedeno ve vibračním stroji s frekvencí vibrací 30 Hz osazeném jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 20 mm po dobu 6 minut, druhé jemné mletí se provede ve shodném vibračním stroji za stejných podmínek se třemi ocelovými koulemi o velikosti průměru 3 mm po dobu 6 minut. Následuje finální ultra jemné mletí ve shodném vibračním stroji a za shodných podmínek s jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 10 mm v kombinaci s tříce
-4CZ 306226 B6 tipěti korundovými koulemi o velikosti průměru 3 mm do získání částic namleté suroviny v rozmezí od 6 do 35 pm.
Výše popsaným procesem očišťování namleté suroviny v hydrogenperoxosíranu draselném se snížil obsah iontů K o 93,7 % hmotnostních, Ca o 93,2 % hmotnostních, Al o 37,8 % hmotnostních, Mg o 93,6 % hmotnostních a Na o 75,0 % hmotnostních.
Příklad 3
Nenamletá surovina v množství 0,5 g se bez jakékoliv předchozí úpravy vloží do uzavřeného reaktoru. Následně je přidáno 30 ml nasyceného roztoku octanu amonného. Připravený roztok s vloženou surovinou je vystaven působení mikrovlnné energie o maximálním výkonu 1000 W. Proces očišťování probíhá podle následujících teplotních parametrů řízených mikrovlnným výkonem: ohřev reaktoru na teplotu 100 °C během 3 minut, výdrž na této teplotě 60 minut, chlazení na teplotu 25 °C během 20 minut. V průběhu procesu očišťování je kontrolován tlak v uzavíratelné reakční trubici, který se pohybuje v rozmezí 4,0 až 5,0 baru.
Výše popsaným procesem očišťování nenamleté suroviny v octanu amonném se snížil obsah iontů K o 99,0 % hmotnostních, Ca o 80,2 % hmotnostních, Al o 85,5 % hmotnostních, Mg o 94,8 % hmotnostních a Na o 77,5 % hmotnostních.
Příklad 4
Nenamletá surovina v množství 0,5 g se bez jakékoliv předchozí úpravy vloží do uzavřeného reaktoru. Následně je přidáno 30 ml nasyceného roztoku hydrogenperoxosíranu draselného. Připravený roztok se surovinou je vystaven působení mikrovlnné energie o maximálním výkonu 1000 W. Proces očišťování probíhá podle následujících teplotních parametrů řízených mikrovlnným výkonem: ohřev reaktoru na teplotu 100 °C během 3 minut, výdrž na této teplotě 60 minut, chlazení na teplotu 25 °C během 20 minut. V průběhu procesu očišťování je kontrolován tlak v reakční trubici, který se pohybuje v rozmezí 4,0 až 5,0 baru.
Výše popsaným procesem očišťování nenamleté suroviny v hydrogenperoxosíranu draselném se snížil obsah iontů K. o 98,8 % hmotnostních, Ca o 88,1 % hmotnostních, Al o 94,8 % hmotnostních, Mg o 91,5 % hmotnostních a Na o 77,4 % hmotnostních.
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem nanostrukturního biomorfního oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků, zejména draselných, vápenných, hliníkových, hořčíkových a sodíkových, vyznačený tím, že nenamletý biologický odpad nebo namletý biologický odpad se bez jakékoliv předchozí úpravy vloží do uzavřeného reaktoru s přídavkem nasyceného roztoku octanu amonného nebo s přídavkem nasyceného roztoku hydrogenperoxosíranu draselného, načež se uzavřený reaktor vystaví působení mikrovlnné energie s ohřevem na teplotu 90 až 120 °C po dobu 50 až 120 minut, přičemž za uvedených podmínek proběhne chemická reakce jejímž výsledkem je odstranění nežádoucích doprovodných iontů uvedených prvků a následně po ochlazení na laboratorní teplotu se provede opakované promytí přečištěného produktu destilovanou vodou.-5CZ 306226 B6
- 2. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin podle nároku 1, vyznačený tím, že na 0,5 až 2,0 gramy namletého nebo nenamletého biologického odpadu se použije 30 ml nasyceného roztoku octanu amonného nebo nasyceného roztoku hydrogenperoxosíranu draselného.
- 3. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin podle nároku 1, vyznačený tím, že vyhodnocení úbytku nežádoucích doprovodných iontů prvků v biologickém odpadu se provede v hmotnostních procentech.
- 4. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin podle nároku 1, vyznačený tím, že prvé hrubé mletí suroviny biologického původu se provede ve vibračním stroji s frekvencí vibrací 25 až 35 Hz osazeném jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 20 mm po dobu 4 až 6 minut, druhé jemné mletí se provede ve shodném vibračním stroji a za shodných podmínek se třemi ocelovými koulemi o velikosti průměru 3 mm po dobu 4 až 6 minut a finální ultra jemné mletí se provede ve shodném vibračním stroji za shodných podmínek s jednou ocelovou koulí o velikosti průměru 10 mm v kombinaci s třicetipěti korundovými koulemi o velikosti průměru 3 mm do získání částic namleté suroviny přírodního původu v rozmezí od 1 do 250 pm.
- 5. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin podle nároků 1 a 3, vyznačený tím, že v provedeném procesu přečištění namleté suroviny v nasyceném roztoku octanu amonného nebo resp. v nasyceném roztoku hydrogenperoxosíranu draselného se snížil obsah iontů K o 97,8 % hmotnostních nebo resp. o 93,7 % hmotnostních, Ca o 87,2 % hmotnostních nebo resp. o 93,2 % hmotnostních, Al o 32,5 % hmotnostních nebo resp. o 37,8 % hmotnostních, Mg o 94,7 % hmotnostních nebo resp. o 93,6 % hmotnostních, Na o 73,0 % hmotnostních nebo resp. o 75,0 % hmotnostních.
- 6. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin podle nároků 1 a 3, vyznačený tím, že v provedeném procesu přečištění nenamleté suroviny v nasyceném roztoku octanu amonného nebo resp. v nasyceném roztoku hydrogenperoxosíranu draselného se snížil obsah iontů K o 99,0 % hmotnostních nebo resp. o 98,8 % hmotnostních, Ca o 80,2 % hmotnostních nebo resp. o 88,1 % hmotnostních, Al o 85,5 % hmotnostních nebo resp. o 94,8 % hmotnostních, Mg o 94,8 % hmotnostních nebo resp. o 91,5 % hmotnostních, Na o 77,5 % hmotnostních nebo resp. o 77,4 % hmotnostních.
- 7. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin podle nároku 1, vyznačený tím, že se použije biologický odpad přírodního původu obsahující ve vysušeném stavu do 35-ti hmotnostních procent nanostrukturního biomorfního oxidu křemičitého.
- 8. Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin podle nároku 7, vyznačený tím, že biologickým odpadem zemědělských plodin přírodního původu jsou slupky a stébla rýže seté nebo části ječmene setého nebo přírodním biologickým zdrojem jsou části přesličky rolní a/nebo části přesličky lesní a/nebo části přesličky zimní.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2014-910A CZ2014910A3 (cs) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2014-910A CZ2014910A3 (cs) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ306226B6 true CZ306226B6 (cs) | 2016-10-12 |
CZ2014910A3 CZ2014910A3 (cs) | 2016-10-12 |
Family
ID=57203767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2014-910A CZ2014910A3 (cs) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2014910A3 (cs) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018178459A1 (es) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Universidad de Córdoba | Procedimiento para la obtención de biosílice a partir de cáscara de arroz |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000024340A (ko) * | 2000-02-09 | 2000-05-06 | 유재엽 | 쌀겨로부터 실리카를 추출하는 방법 |
WO2001058808A1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-16 | Rk Chemical Co. Ltd. | Method of preparation for silica (sio2) from rice bran |
CN1500067A (zh) * | 2001-03-26 | 2004-05-26 | ���չ�˾ | 从生物材料中生产高纯度的无定形二氧化硅的工艺 |
US20110195166A1 (en) * | 2007-09-10 | 2011-08-11 | Powell Intellectual Property Holdings, Llc | Modified Biogenic Silica and Method for Purifying a Liquid |
CN102730702A (zh) * | 2012-07-17 | 2012-10-17 | 福州大学 | 一种快速制造白色活性稻壳灰的方法及其装置 |
-
2014
- 2014-12-16 CZ CZ2014-910A patent/CZ2014910A3/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000024340A (ko) * | 2000-02-09 | 2000-05-06 | 유재엽 | 쌀겨로부터 실리카를 추출하는 방법 |
WO2001058808A1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-16 | Rk Chemical Co. Ltd. | Method of preparation for silica (sio2) from rice bran |
CN1500067A (zh) * | 2001-03-26 | 2004-05-26 | ���չ�˾ | 从生物材料中生产高纯度的无定形二氧化硅的工艺 |
US20110195166A1 (en) * | 2007-09-10 | 2011-08-11 | Powell Intellectual Property Holdings, Llc | Modified Biogenic Silica and Method for Purifying a Liquid |
CN102730702A (zh) * | 2012-07-17 | 2012-10-17 | 福州大学 | 一种快速制造白色活性稻壳灰的方法及其装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018178459A1 (es) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Universidad de Córdoba | Procedimiento para la obtención de biosílice a partir de cáscara de arroz |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2014910A3 (cs) | 2016-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Permatasari et al. | Agricultural wastes as a source of silica material | |
Saxena et al. | Carbon nanoparticles in ‘biochar’boost wheat (Triticum aestivum) plant growth | |
Zorpas et al. | Particle size effects on uptake of heavy metals from sewage sludge compost using natural zeolite clinoptilolite | |
KR101048410B1 (ko) | 미세구조의 고순도 실리카 및 섬유를 동시에 제조하는 방법 | |
Adebisi et al. | Extraction of silica from cassava periderm using modified sol-gel method | |
RU2668655C2 (ru) | Источник ионов щелочных металлов со средней скоростью высвобождения ионов и способы получения | |
US20170022070A1 (en) | System and methods for removing impurities from phosphogypsum and manufacturing gypsum binders and products | |
Santi et al. | Empty fruit bunches as potential source for biosilica fertilizer for oil palm | |
Abdulrahman et al. | Preparation and characterization of activated cow bone powder for the adsorption of cadmium from palm oil mill effluent | |
Teow et al. | Synthesis and characterization of graphene shell composite from oil palm frond juice for the treatment of dye-containing wastewater | |
Hariz et al. | Local practices for production of rice husk biochar and coconut shell biochar: Production methods, product characteristics, nutrient and field water holding capacity | |
Van Eynde et al. | Effect of pretreatment and temperature on the properties of Pinnularia biosilica frustules | |
CN104667874B (zh) | 羟基磷灰石改性桉木结构复合重金属吸附剂的制备方法 | |
Saad et al. | The effect of incineration temperature to the chemical and physical properties of Ultrafine Treated Rice Husk Ash (UFTRHA) as Supplementary Cementing Material (SCM) | |
CZ306226B6 (cs) | Způsob přečištění biologického odpadu vznikajícího při zpracování zemědělských plodin charakterizovaných vysokým obsahem oxidu křemičitého od nežádoucích doprovodných iontů prvků | |
CN104561105B (zh) | 一种血红密孔菌生物合成金纳米颗粒的方法及其应用 | |
TWI861846B (zh) | 用於控制生物矽之性質的方法 | |
CN106335901A (zh) | 利用单户庭院含重金属生物质制备的生物炭及制法和应用 | |
CN109012574A (zh) | 一种凹凸棒石晶体的改性方法 | |
US8911526B2 (en) | Nano-leucite for slow release nitrogen fertilizer and green environment | |
Yusaidi et al. | Structural analysis of silica extract from banana stems via acid leaching under different reaction time | |
Syafiqah et al. | A factorial analysis study on removal of mercury by palm oil fuel ash adsorbent | |
Ayomanor et al. | Potential synthesis of solar-grade silicon from rice husk ash | |
Muzni et al. | Effect of acid leaching on different state of rice husk | |
CZ305968B6 (cs) | Metoda získávání nanočástic biomorfního oxidu křemičitého z rostlinných částí charakteristických jeho vysokým obsahem |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20221216 |