Влияние катализирующих добавок на процесс получения углеродных сорбентов из отходов древесностружечных плит

Аннотация

В работе представлены результаты исследований, которые посвящены вопросам переработки много тоннажных полимерных отходов древесно-стружечных плит (далее ДСП) методом низкотемпературного пиролиза в присутствии катализирующих добавок: солей переходных металлов (Cu⁺, Ni²⁺) и гидроксида калия. В работе проведен анализ научно-технической информации известных методов переработки полимерных отходов и способов получения углеродных сорбентов с применением различных реагентов. Целью настоящей работы являлось исследование влияния катализирующих добавок солей переходных металлов (Cu⁺, Ni²⁺) и гидроксида калия на физико-химические, сорбционные и текстурные характеристики пиролизатов, полученных из полимерных отходов ДСП.

В работе авторами представлены результаты лабораторных исследований с применением современных аналитических методов измерений и оборудования. Анализ пористой структуры пиролизатов выполнен с использованием анализатора сорбции газов Quantachrome NOVA 4200e адсорбцией азота (77 К). Содержание валовых форм металлов определяли атомно-абсорбционным методом на пламенном атомно-абсорбционном спектрофотометре КВАНТ-2МТ по методике М-02Вд/2001. Методом рентгеновского микроанализа на сканирующем электронном микроскопе Hitachi S-3400N (Япония), который оснащен рентгеновским энергодисперсионным спектрометром NORAN, получены снимки при увеличении х1000. Также для исследований использованы стандартные методики, принятые в адсорбционной технике: спектрофотометрические, титриметрические, потенциометрические и др. Представлены результаты термохимической утилизации полимерных отходов ДСП, где установлены параметры процесса пиролиза. Оптимальное массовое соотношение отходов ДСП: катализатор – 1:0.02, температура проведения пиролиза 600-700^оС, со скоростью 10-12 град/мин, время выдержки 30-60 мин. В работе исследовано влияние условий проведения пиролиза в присутствии КОН и без него на формирование пористой структуры и сорбционных свойств полученных образцов. Максимальный практический выход определен у образца ДСП:КОН (1:0.02) – 34%, Сорбционные характеристики - активность по йоду – 763±25 мг/г, по МГ – 200±11 мг/г. Установлено, что введение катализаторов влияет на практический выход, сорбционные свойства и параметры пористой структуры. Так, добавление катализаторов в систему Cu⁺ и Ni²⁺ позволило увеличить выход продукта с 20 до 25%. Введение в систему никелевого катализатора ДСП: Ni²⁺ (1:0.02) позволяет увеличить сорбционную активность пиролизатов по йоду на 40%. Объем микропор составляет – 0.203 см³/г, площадь поверхности микропор – 562 м²/г. С помощью сканирующей электронной микроскопии показано, что пиролизаты без катализаторов имеют слоистую упорядоченную структуру, схожую по своим свойствам с древесиной, размер пор составляет 10-50 нм. После введения катализаторов наблюдается нарушение структуры углей, в образцах ДСП: Ni²⁺ (1:0.02) и ДСП: Cu²⁺ (1:0.05) формируются более мелкие поры неправильной формы от 2.5 нм.

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что введение катализирующих добавок солей переходных металлов (Cu¹⁺, Ni²⁺) и гидроксида калия влияет на физико-химические свойства, пористую структуру пиролизатов и их текстурные характеристики. Предложенный способ позволяет получать пиролизаты в одну стадию, которые обладают сорбционными свойствами, близкие по характеристикам с промышленными марками древесных углей типа БАУ-МФ.