RU2809093C1 - Method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by electromagnetic method - Google Patents

Method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by electromagnetic method Download PDF

Info

Publication number
RU2809093C1
RU2809093C1 RU2022119192A RU2022119192A RU2809093C1 RU 2809093 C1 RU2809093 C1 RU 2809093C1 RU 2022119192 A RU2022119192 A RU 2022119192A RU 2022119192 A RU2022119192 A RU 2022119192A RU 2809093 C1 RU2809093 C1 RU 2809093C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biochar
rice husk
nanomaterial
electromagnetic
sorption
Prior art date
Application number
RU2022119192A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алла Сергеевна Смоляниченко
Елена Вячеславовна Яковлева
Сергей Григорьевич Иващенко
Максим Сергеевич Иващенко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НаукаСорбция" ООО "НСОРБ"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НаукаСорбция" ООО "НСОРБ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НаукаСорбция" ООО "НСОРБ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2809093C1 publication Critical patent/RU2809093C1/en

Links

Abstract

FIELD: sorption chemistry.
SUBSTANCE: following has been proposed: a method of preparation of carbon sorption nanomaterial from biochar in an electromagnetic way, including obtaining the original biochar from rice husk by carbonization of the original rice husk in a muffle furnace at a temperature of 600°C for 30 minutes with pre-washing, processing of the resulting initial biochar from rice husk in a process activation apparatus for processing materials, according to which a sample of the resulting initial biochar from rice husk was mixed in distilled water and exposed to a rotating electromagnetic field with ferromagnetic particles m=200 g for 30 seconds in a process activation apparatus for processing materials, after which it was dried in an oven for 4 hours at t=105°C.
EFFECT: obtaining an effective sorbent using the method preparation of carbon sorption nanomaterial from biochar by the electromagnetic method with its subsequent use for the purification of natural and wastewater at municipal and industrial facilities.
4 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Известен способ производства сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника и установка для его реализации (RU 2 763 291, МПК: B01J 20/20, публикация патента 28.12.2021), который заключается в термической переработке лузги подсолнечника, причем тепловую переработку лузги подсолнечника осуществляют вихревым окислительным пиролизом, при этом сушка лузги подсолнечника начинается до поступления в реактор, в смесителе; лузга подсолнечника из приемного бункера посредством безосевого шнекового транспортера поступает в подающий бункер, затем шнековым питателем - в смеситель, куда одновременно поступают горячие парогазовые продукты пиролиза, отбираемые за воздухоохлаждаемым циклоном, затем смесь лузги подсолнечника и парогазовых продуктов пиролиза проходит через вентилятор рециркуляции и подается через прямоточную горелку с рассекателем в вихревой циклонный реактор, в котором начинается окислительный пиролиз при температурах 300-400°С; одновременно с вводом лузги подсолнечника в эту же зону вихревого циклонного реактора тангенциально подается горячий воздух вторичного дутья, подогретый в кожухе охлаждения воздухоохлаждаемого циклона, а заканчивается окислительный пиролиз в воздухоохлаждаемом циклоне при температурах 330-420°С, при этом в нем происходит одновременное отделение от парогазовых продуктов пиролиза твердых частиц, которые падают в теплоизолированный бункер сбора и представляют собой сорбент на биоугольной основе, а парогазовые продукты окислительного пиролиза выходят из воздухоохлаждаемого циклона и покидают установку. There is a known method for the production of biochar-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation (RU 2 763 291, IPC: B01J 20/20, patent publication 12/28/2021), which consists of thermal processing of sunflower husks, and thermal processing of the husks sunflower is carried out by vortex oxidative pyrolysis, while drying of sunflower husks begins before entering the reactor, in a mixer; sunflower husks from the receiving hopper through an axleless screw conveyor enter the feed hopper, then through a screw feeder into the mixer, where hot steam-gas pyrolysis products taken from an air-cooled cyclone are simultaneously supplied, then the mixture of sunflower husks and steam-gas pyrolysis products passes through a recirculation fan and is fed through a direct-flow a burner with a divider into a vortex cyclone reactor, in which oxidative pyrolysis begins at temperatures of 300-400°C; simultaneously with the introduction of sunflower husks into the same zone of the vortex cyclone reactor, hot secondary blast air, heated in the cooling casing of the air-cooled cyclone, is tangentially supplied, and oxidative pyrolysis ends in the air-cooled cyclone at temperatures of 330-420 ° C, while simultaneous separation from the steam-gas pyrolysis products of solid particles, which fall into a heat-insulated collection hopper and represent a biochar-based sorbent, and vapor-gas products of oxidative pyrolysis exit the air-cooled cyclone and leave the installation.

Недостатком известного способа является ограниченный интервал температуры, не позволяющий выбрать режим тепловой обработки при более высокой температуре.The disadvantage of this known method is the limited temperature range, which does not allow choosing a heat treatment mode at a higher temperature.

Известен также способ встречно-вихревой обработки сырья и аппарат встречно-вихревого слоя для обработки сырья (пат. РФ № 2771497, опубл. 05.05.2022), использующий для обработки различного вида сырья энергию вращающегося постоянного магнитного поля, воздействующего на ферромагнитные элементы, которые непосредственно взаимодействуют с обрабатываемым сырьем. Аппарат встречно-вихревого слоя для обработки сырья, содержащий состыкованную с нижней частью корпуса аппарата съемную рабочую камеру с ферромагнитными элементами, вращающуюся магнитную головку, размещенную в верхней части рабочей камеры, входной и выходной патрубки, при этом в верхней части рабочей камеры размещена дополнительная встречно-вращающаяся магнитная головка, установленная со смещением в горизонтальной плоскости относительно первой магнитной головки, под рабочей камерой установлена выходная камера, отделенная от рабочей камеры узлом отсева ферромагнитных элементов, при этом на дне выходной камеры установлена пробка с магнитом, входной патрубок расположен в верхней части рабочей камеры напротив магнитных головок, а выходной патрубок расположен в выходной камере.There is also a known method of counter-vortex processing of raw materials and a counter-vortex layer apparatus for processing raw materials (patent of the Russian Federation No. 2771497, publ. 05/05/2022), which uses the energy of a rotating constant magnetic field to process various types of raw materials, acting on ferromagnetic elements that directly interact with the processed raw materials. A counter-vortex layer apparatus for processing raw materials, containing a removable working chamber with ferromagnetic elements docked to the lower part of the apparatus body, a rotating magnetic head located in the upper part of the working chamber, inlet and outlet pipes, while an additional counter-vortex layer is located in the upper part of the working chamber. a rotating magnetic head installed offset in a horizontal plane relative to the first magnetic head, an output chamber is installed under the working chamber, separated from the working chamber by a screening unit for ferromagnetic elements, while a plug with a magnet is installed at the bottom of the output chamber, the inlet pipe is located in the upper part of the working chamber opposite the magnetic heads, and the outlet pipe is located in the outlet chamber.

Недостатком известного способа является установка вращающихся магнитных головок, усложняющих технологический процесс обработки материала. The disadvantage of this known method is the installation of rotating magnetic heads, which complicate the technological process of processing the material.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения порошка активированного угля (RU 2 769 520, МПК: C01B 32/312, публикация патента 01.04.2022), путем воздействия ферромагнитных элементов во вращающемся электромагнитном поле вихревого электромагнитного аппарата, включающий загрузку, измельчение, активацию водяным паром при высокой температуре и выгрузку. Подача воды осуществляется непосредственно в активную зону аппарата, где происходит измельчение и активация при соударении ферромагнитных активирующих элементов с каменноугольным сырьем – антрацитовой крошкой и водяным паром при температуре более 250°С, образующимся за счет превращения кинетической энергии движущихся элементов в тепловую, а выгрузка готового продукта осуществляется регулируемым потоком воздуха, выносящим фракции требуемого гранулометрического состава из активной зоны. The closest to the claimed is a method for producing activated carbon powder (RU 2 769 520, IPC: C01B 32/312, patent publication 04/01/2022), by exposure to ferromagnetic elements in the rotating electromagnetic field of a vortex electromagnetic apparatus, including loading, grinding, activation with water vapor at high temperature and unloading. Water is supplied directly to the active zone of the apparatus, where grinding and activation occurs upon collision of ferromagnetic activating elements with coal raw materials - anthracite chips and water vapor at a temperature of more than 250 ° C, formed due to the conversion of the kinetic energy of moving elements into thermal energy, and the unloading of the finished product is carried out by a controlled air flow, removing fractions of the required granulometric composition from the active zone.

Недостатком известного способа является необходимость подачи сжатого воздуха, требующей установки дополнительного оборудования, усложняющем в свою очередь технологическую схему получения порошка, что в целом увеличивает затраты на производство сорбента. Кроме того фракционный состав угля после обработки на аппарате вихревого слоя в данном случае составил 0,07-0,10 мкм, что превышает размеры сорбента, полученного заявляемым способом.The disadvantage of this known method is the need to supply compressed air, which requires the installation of additional equipment, which in turn complicates the technological scheme for obtaining the powder, which generally increases the cost of sorbent production. In addition, the fractional composition of coal after processing on a vortex layer apparatus in this case was 0.07-0.10 microns, which exceeds the size of the sorbent obtained by the claimed method.

Целью настоящего изобретения является получение эффективного сорбента способом подготовки углеродного сорбционного наноматериала из биоугля электромагнитным методом с целью его последующего применения для очистки природных и сточных вод на объектах коммунального и промышленного назначения.The purpose of the present invention is to obtain an effective sorbent by preparing carbon sorption nanomaterial from biochar using the electromagnetic method for the purpose of its subsequent use for the purification of natural and wastewater at municipal and industrial facilities.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе подготовки углеродного сорбционного наноматериала из биоугля электромагнитным методом измельчается, структурируется обрабатываемы материал, также оптимизируется его химический состав. This goal is achieved by the fact that in the proposed method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar, the material being processed is crushed by electromagnetic method, structured, and its chemical composition is also optimized.

Исходный биоуголь из рисовой шелухи (соломы) получен путем карбонизации исходной рисовой шелухи (соломы) в муфельной печи при температуре 600°С в течение 30 минут с предварительной промывкой. Биоуголь рисовой шелухи (соломы) далее подвергался обработке в аппарате активации процессов для обработки материалов (RU 2170707, МПК: C02F 1/48, публикация патента 20.07.2001). Навеска биоугля рисовой шелухи (соломы), размешивалась в дистиллированной воде, помещалась в немагнитный цилиндр с ферромагнитными частицами m=200 г, далее подвергалась воздействию во вращающемся электромагнитным полем в течение 30 секунд в аппарате активации процессов для обработки материалов, после чего просушивалась в сушильном шкафу в течение 4 часов при t=105°С. Вращающиеся в электромагнитном поле ферромагнитные частицы обуславливают магнитостриционный эффект, приводящий к восстановлению оксидов на поверхности частиц обрабатываемого материала. Способ позволяет повысить содержание углерода в сорбенте с 43,3 до 78,5% по сравнению с исходным биоуглем (фиг. 1, табл. 1), снизить содержание примесей в сорбенте, а также измельчить сорбент до наноразмеров 1-50 нм с образованием пор диаметром до 1 нм (фиг. 2,3), тем самым повысив однородность состава. 5 Данный способ позволил осуществить подготовку углеродного сорбента, подтвердившего свою эффективность при обработке сточных вод в лабораторных условиях. Raw rice husk (straw) biochar is produced by carbonizing raw rice husk (straw) in a muffle furnace at 600°C for 30 minutes with pre-washing. Rice husk (straw) biochar was further processed in a process activation apparatus for materials processing (RU 2170707, IPC: C02F 1/48, patent publication 07/20/2001). A sample of rice husk (straw) biochar was mixed in distilled water, placed in a non-magnetic cylinder with ferromagnetic particles m = 200 g, then exposed to a rotating electromagnetic field for 30 seconds in a process activation apparatus for processing materials, and then dried in a drying oven for 4 hours at t=105°C. Ferromagnetic particles rotating in an electromagnetic field cause a magnetostriction effect, leading to the reduction of oxides on the surface of particles of the processed material. The method makes it possible to increase the carbon content in the sorbent from 43.3 to 78.5% compared to the original biochar (Fig. 1, Table 1), reduce the content of impurities in the sorbent, and also grind the sorbent to nanosizes of 1-50 nm with the formation of pores with a diameter of up to 1 nm (Fig. 2,3), thereby increasing the homogeneity of the composition. 5 This method made it possible to prepare a carbon sorbent, which has confirmed its effectiveness in treating wastewater in laboratory conditions.

Краткое описание чертежей Brief description of drawings

Фиг. 1 Химический состав биоугля рисовой шелухи, обработанного электромагнитным способом. Fig. 1 Chemical composition of rice husk biochar treated by electromagnetic method.

Фиг. 2 Микрофотография поверхности частицы биоугля рисовой шелухи, обработанного электромагнитным способом, М 1:2 нм.Fig. 2 Micrograph of the surface of a rice husk biochar particle treated by electromagnetic method, M 1:2 nm.

Фиг. 3 Микрофотография поверхности частицы биоугля рисовой шелухи, обработанного электромагнитным способом, М 1:10 нм.Fig. 3 Micrograph of the surface of a rice husk biochar particle treated by electromagnetic method, M 1:10 nm.

Состав исходного сырья. Показатели качества исходного биоугля рисовой шелухи (соломы) и биоугля рисовой шелухи (соломы) с электромагнитной обработкой приведены в таблице 1. Composition of feedstock. The quality indicators of the original rice husk (straw) biochar and rice husk (straw) biochar with electromagnetic treatment are shown in Table 1.

Таблица 1 – Химический состав полученных образцов биоугля рисовой рисовой шелухи с и без электромагнитной обработкойTable 1 – Chemical composition of the obtained rice husk biochar samples with and without electromagnetic treatment

Тип сорбентаSorbent type С, %WITH, % O, %O, % Si, %Si, % K, %K, % Ca, %Ca, % Mg, %Mg,% Na, %Na, % Cl, %Cl, % Fe, %Fe,% Al, %Al,% 11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 11eleven Биоуголь рисовой шелухи с электромагнитной обработкойRice Husk Biochar with Electromagnetic Treatment 78,578.5 18,518.5 2,12.1 0,50.5 0,10.1 0,10.1 0,10.1 -- 0,10.1 -- Биоуголь рисовой шелухиRice Husk Biochar 43,343.3 42,542.5 8,28.2 1,01.0 1,11.1 0,90.9 0,40.4 0,10.1 -- 2,72.7

Claims (4)

1. Способ подготовки углеродного сорбционного наноматериала из биоугля электромагнитным методом, включающий получение исходного биоугля из рисовой шелухи путем карбонизации исходной рисовой шелухи в муфельной печи при температуре 600°С в течение 30 минут с предварительной промывкой, обработку полученного исходного биоугля из рисовой шелухи в аппарате активации процессов для обработки материалов, согласно которой навеска полученного исходного биоугля из рисовой шелухи размешивалась в дистиллированной воде и подвергалась воздействию во вращающемся электромагнитном поле с ферромагнитными частицами m=200 г в течение 30 секунд в аппарате активации процессов для обработки материалов, после чего просушивалась в сушильном шкафу в течение 4 часов при t=105°С. 1. A method for preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by the electromagnetic method, including obtaining initial biochar from rice husk by carbonizing the original rice husk in a muffle furnace at a temperature of 600°C for 30 minutes with preliminary washing, processing the resulting initial biochar from rice husk in an activation apparatus processes for processing materials, according to which a sample of the resulting initial biochar from rice husk was mixed in distilled water and exposed to a rotating electromagnetic field with ferromagnetic particles m = 200 g for 30 seconds in a process activation apparatus for processing materials, after which it was dried in a drying oven for 4 hours at t=105°C. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ подготовки углеродного сорбционного наноматериала из биоугля электромагнитным методом позволяет повысить содержание углерода в сорбенте с 43,3 до 78,5% по сравнению с исходным биоуглем, снизить содержание примесей в сорбенте. 2. The method according to claim 1, characterized in that the method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by the electromagnetic method makes it possible to increase the carbon content in the sorbent from 43.3 to 78.5% compared to the original biochar, and to reduce the content of impurities in the sorbent. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ подготовки углеродного сорбционного наноматериала из биоугля электромагнитным методом обеспечивает достижение наноразмеров получаемого материала. 3. The method according to claim 1, characterized in that the method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by the electromagnetic method ensures that the resulting material reaches nanosizes. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ подготовки углеродного сорбционного наноматериала из биоугля электромагнитным методом позволяет получить пористость в наночастицах размером до 1 нм.4. The method according to claim 1, characterized in that the method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by the electromagnetic method makes it possible to obtain porosity in nanoparticles up to 1 nm in size.
RU2022119192A 2022-07-13 Method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by electromagnetic method RU2809093C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2809093C1 true RU2809093C1 (en) 2023-12-06

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2170707C1 (en) * 2000-07-13 2001-07-20 Вершинин Николай Петрович Material treatment process activating apparatus
WO2007068778A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Universidad De Granada Method for producing activated carbon from waste pet
RU2763291C1 (en) * 2021-03-10 2021-12-28 Общество с ограниченной ответственностью Акционерная фирма "Перспектива" Опытно-механический Завод Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation
RU2769520C1 (en) * 2021-02-25 2022-04-01 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Интор" Method for producing activated carbon powder
RU2771497C2 (en) * 2020-11-02 2022-05-05 Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" Method for counter-vortex processing of raw materials and counter-vortex layer apparatus for processing raw materials

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2170707C1 (en) * 2000-07-13 2001-07-20 Вершинин Николай Петрович Material treatment process activating apparatus
WO2007068778A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Universidad De Granada Method for producing activated carbon from waste pet
RU2771497C2 (en) * 2020-11-02 2022-05-05 Общество с ограниченной ответственностью "Эволюция Биогазовых Систем" Method for counter-vortex processing of raw materials and counter-vortex layer apparatus for processing raw materials
RU2769520C1 (en) * 2021-02-25 2022-04-01 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Интор" Method for producing activated carbon powder
RU2763291C1 (en) * 2021-03-10 2021-12-28 Общество с ограниченной ответственностью Акционерная фирма "Перспектива" Опытно-механический Завод Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Markovska et al. A study on the thermal destruction of rice husk in air and nitrogen atmosphere
US4226585A (en) Apparatus for the production of cement clinkers from moist agglomerated raw material
CA1236265A (en) .alpha. ALUMINA PRODUCTION IN A STEAM-FLUIDIZED REACTOR
WO2013032365A1 (en) Method for producing amorphous silicon dioxide from rice husk
RU2809093C1 (en) Method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by electromagnetic method
RU140672U1 (en) INSTALLATION FOR PROCESSING ORGANIC RAW MATERIALS IN FUEL
JPH07178344A (en) Method and device for heating and pulverizing material
RU1836124C (en) Installation for regeneration and production of auxiliary filter agents
CN111908469A (en) Preparation method of special adsorption activated carbon
KR0125705B1 (en) Continuous process for the preparation of alumina mitride by carbonitrading of aluminium
RU2668043C1 (en) Synthetic gas production method
US1634478A (en) Process and apparatus for making decolorizing carbon
RU2359006C1 (en) Method of coal processing
US6907994B2 (en) Process for converting wet fly ash into dry useful industrial products
RU2111923C1 (en) Method for production of active coal of fruit kernel and nut shell
US5145492A (en) Apparatus for the treatment of filter sludge consisting predominantly of diatomite and method of operating same
SU787448A1 (en) Method of thermal preparation of coal for coking
RU2815780C1 (en) Method of producing pyrolysis filler
RU2812781C1 (en) Method for producing synthesis gas
RU2780782C1 (en) Method for processing solid household waste
JPH03213108A (en) Device and method for recovering brewery filter medium containing diatom earth
RU2769520C1 (en) Method for producing activated carbon powder
RU2174948C1 (en) Method of heat treatment of carbon-containing raw material including production of carbon sorbent and plant for realization of this method
RU2804115C1 (en) Method for producing granular sorbent
RU2468064C1 (en) Method for obtaining organic hydrophobic component from peat