CC BY
33
Краткие сообщения
УДК 674.032.11:630.866
КОРА СПЛАВНОЙ ПИХТЫ СИБИРСКОЙ - СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОУГОЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
© А.В. Щукина, Н.С. Епифанцева, Ю.Я. Симкин, Р.А. Степень
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск, 660049 (Россия) E-mail: [email protected]
Кору исходной и сплавной пихты сибирской подвергали пиролизу, а затем активировали и у полученных активных углей по стандартным методикам определяли сорбционные свойства. Установлено, что из коры сплавной пихты активный уголь по исследуемым показателям удовлетворяет стандартам.
Введение
Неравномерность распределения лесов на территории Российской Федерации и истощение лесосырьевых баз привели к существенному удалению лесных массивов от мест переработки и потребления древесины. Для снижения транспортных расходов в некоторых регионах используется лесосплав, доставка которым обходится в 4 раза дешевле железнодорожной и в 17 - автомобильной. Серьезной проблемой при переработке сплавной древесины является необходимость утилизации ее коры.
В основном из-за малого объема состав и свойства коры сплавной древесины изучены недостаточно, что говорит о затруднении ее квалифицированного применения. Наблюдения показывают, что древесина и кора всех хвойных пород существенно изменяют свои показатели при пребывании в воде. При этом из них вымываются дубильные вещества, водорастворимые полисахариды, смолистые и красящие соединения [1, 2].
В настоящее время почти половина всей заготавливаемой в мире древесины используется в качестве топлива в чистом виде или в виде древесного угля, для получения которого ежегодно перерабатывается около 400 млн м3 дровяной древесины. Древесный уголь является основой для получения активированного угля, все растущие потребности в котором заставляют искать новые источники сырья для его получения. Имеющиеся технологии позволяют получать древесный уголь не только из древесины, но и из отходов лесоперерабатывающих и сельскохозяйственных производств. Поэтому целью данных исследований являлось рассмотрение возможности утилизации коры сплавной пихты сибирской для получения активных углей с последующим изучением качественных характеристик и свойств.
Экспериментальная часть
Сырьем для получения активных углей служила кора исходной пихты сибирской и аналогичной древесины находящейся в воде в течение 2,0 мес. Образцы исследуемого материала отбирали с лесной биржи №1 ООО «Енисейского ЦБК». Диаметр древесных балансов, кора которых использовалась для опытов, составлял 120 ± 5мм, толщина - 4,0±0,3 мм, что соответствует молодняку. В ходе предварительных экспериментов определяли влажность и химический состав коры.
Пиролиз коры осуществлялся в лабораторной щелевидной реторте из жаропрочной стали с силитовыми стержнями, используемыми в качестве электронагревателей. В промышленности обычно древесный уголь выжигают при температуре 500 °С, которая поддерживалась в настоящем эксперименте при избыточном давлении 1-2-102 Па. Влажность сырья составляла 9-11%, скорость подъема температуры - 9 °С/мин, продолжительность выдержки при конечной температуре - 30 мин.
Угли, полученные из исходной и выдержанной в воде коры, были проактивированы в одинаковом режиме на лабораторной установке при температуре 820 °С, расходе водяного пара в пересчете на воду - 2 г на один грамм загружаемого угля, продолжительности активации - 30 мин. Характеристики полученных образцов активных углей исследовались по стандартным методикам [3, 4].
* Автор, с которым следует вести переписку.
62
Н.А. Войнов, Н.А. Николаев, Н.А. Еременко, А.Г. Карпеза
Результаты и обсуждение
Химический анализ исследуемого сырья показал значительное изменение его компонентного состава при пребывании в воде. Было установлено, что при сплаве древесины в коре интенсивно снижается вклад веществ, экстрагируемых водой, легко- и трудногидролизуемых полисахаридов и возрастает содержание спирторастворимых и минеральных веществ, а также лигнина (табл. 1). Под влиянием воздействия воды отмечено изменение первоначальной структуры коры. Эти факты оказывают существенное влияние на характеристики угольных материалов, полученных из данного вида сырья.
Как следует из опытных данных, при пиролизе выход угля из коры сплавной пихты оказывается достаточно высоким и составляет 28% мас. от первоначальной загрузки образца и незначительно отличается от полученного из исходной коры - 29% (табл. 2). Основной параметр активации - обгар - в обоих случаях составил около 50%.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что из коры пихты исходной и выдержанной в воде получался активный уголь, по сорбционным свойствам удовлетворяющий стандартным требованиям.
Сорбционные характеристики активных углей и их сопоставление с применяемыми ГОСТами представлены в таблице 2. Активные угли из коры сплавной пихты обладают меньшей адсорбционной способностью по сравнению с таковым из исходной коры по метиленовому голубому и йоду. При пребывании коры в воде снижается ее механическая прочность, что свидетельствует об ослаблении внутренних связей. Возможно, такой факт сказывается на некотором снижении величины адсорбционной поверхности получаемых активных углей по сравнению с углями, вырабатываемыми из исходной коры. Это отражается на уменьшении адсорбционной активности коры сплавной пихты. Активные угли с подобными характеристиками применяются на практике для очистки сточных вод предприятий.
Вместе с тем угли из коры сплавной древесины обладают слабой механической прочностью, что ограничивает сферу их применения. Для повышения этого показателя также древесные угли можно брикетировать либо активировать с нефтебитумной композицией при температуре 850 °С. На ряде примеров показано, что механическая прочность конечных продуктов, получаемых из брикетов коры, а также смеси угля и нефтибитума возрастает [5, 6].
Таблица 1. Изменение химического состава коры пихты сибирской при сплаве
Содержание компонентов, %
Кора водорастворимые вещества спирторастворимые вещества легкогидролизуемые полисахариды трудногидролизуемые полисахариды лигнин минеральные вещества
Исходная 8,21 13,28 15,21 21,05 23,57 2,73
Находящаяся в воде 2 мес. 4,08 14,35 8,14 13,29 29,30 4,42
Таблица 2. Основные технические характеристики активных углей из исходной и сплавной коры пихты
Кора Выход древесного угля, % Обгар, % Активность по йоду, % Активность по метиленовому голубому, мг/г Суммарный объем пор по воде, см3/г
Исходная 29 50 71 310 2,2
Находящаяся в 28 50 62 285 2,0
воде 2 мес.
Для марки БАУ-А по ГОСТ 6217-74 60 - 1,6
Для марки ОУ-А по ГОСТ 4453-74 - 225 -
Выводы
Результаты проведенных исследований показывают целесообразность использования коры сплавной пихты сибирской для получения активных углей. По своим техническим характеристикам и адсорбционным свойствам они мало отличаются от углей, полученных из коры исходной пихты, и могут быть использованы для очистки сточных вод предприятий лесохимического профиля от фенолов и некоторых других органических веществ.
Список литературы
1. Алексеев В.Г., Мороз Е.Б., Сипачева Е.С., Колбасова О.В. Обобщенные факторы воздействия первоначального плотового лесотранспорта на экологическое состояние водных объектов // Лесоэксплуатация. Вып. 5. Красноярск, 2004. С. 259-263.
2. Кашкина Н. А. Природные условия проведения первоначального плотового лесотранспорта и основные фрагменты связей технологических процессов с окружающей средой // Лесоэксплуатация. Вып. 5. Красноярск, 2004. С. 271-277.
3. ГОСТ 4453-74 Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный. 02.08.1974. №1865.
4. ГОСТ 6217-74 Уголь активный древесный дробленый. 21.05.74. № 1249.
5. А.С. 1020371 СССР МКИ Брикетирование отходов окорки / А.Н. Минин, В.В. Богомазов. 26.03.79. БИ №1711.
6. Мазурова Е.В., Петров В.С., Чупрова Н.А. и др. Угли из пихты с нефтебитумной добавкой // Химия растительного сырья. 2002. №2. С. 153-154.
Поступило в редакцию 24 марта 2006 г.
