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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010903 husk Substances 0.000 claims abstract description 25
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims abstract description 18
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 241000208818 Helianthus Species 0.000 description 7
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 7
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000007353 oxidative pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Abstract
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
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809093C1 true RU2809093C1 (en) | 2023-12-06 |
Family
ID=
Citations (5)
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)
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 |