vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2019-55-4-472-482vestich-518Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGОдностадийный способ получения бифункционального древесного угля и изучение его свойствOne-step method for obtaining bifunctional charcoal and study of its propertiesЛунёваН. К.LunevaN. K.

Лунёва Нина Клавдиевна – кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник. 

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Nina K. Luneva – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Leading Researcher. 

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk >

 

luneva@igic.bas-net.byЕзовитоваТ. И.EzovitovaT. I.

Езовитова Татьяна Ильинична – младший научный сотрудник. 

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Tatiana I. Ezovitоva – Junior Researcher.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk >

t.ezovitova@gmail.comШевчукВ. В.ShevchukV. V.

Шевчук Вячеслав Владимирович – член-корреспондент, доктор химических наук, зав. лаб. минеральных удобрений. 

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Viacheslav V. Shevchuk – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Chemistry), Head of the Laboratory of Mineral Fertilizers.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk >

shevchukslava@rambler.ruРатькоА. А.RatkoA. A.

Ратько Александр Анатольевич – кандидат химических наук, зам. директора по научной и инновационной деятельности. 

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Alexander A. Ratko – Ph. D. (Chemistry), Deputy Director for Science and Innovations. 

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk >

aratko@igic.bas-net.byИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus201906122019554472482Copyright © Лунёва Н.К., Езовитова Т.И., Шевчук В.В., Ратько А.А., 20192019Лунёва Н.К., Езовитова Т.И., Шевчук В.В., Ратько А.А.Luneva N.K., Ezovitova T.I., Shevchuk V.V., Ratko A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/518

Разработан одностадийный процесс получения активного угля путем термической переработки растительного сырья (опилок смеси различных пород древесины), пропитанного смесью ортофосфорной кислоты, карбамида и солей азотной кислоты. Показано активное влияние импрегнатов на процесс углефикации и порообразования углеродного остатка. Установлено, что углеродный остаток, полученный в интервале нагрева 20–700 °С, обладает высокой сорбционной активностью к парам органических соединений и имеет ионообменную емкость. Показано, что величина углеродного остатка в зависимости от используемого в древесине импрегната возрастает по сравнению с выходом необработанного исходного сырья в 3,1 раза при 600 °С и в 4,2 раза при 700 °С.

Single-stage process of obtaining active carbon by thermal processing of plant raw materials (mixture of different types of wood sawdust) impregnated with the mixture of phosphoric acid, urea and nitric acid salts has been developed. Active influence of impregnates on the process of carbonization and formation of carbon residue has been demonstrated. It is established that carbon residue obtained in the interval of heating 20–700 °С possesses high sorption activity to the vapors of organic compounds and has ion-exchange capacity. It has been shown that the value of carbon residue depending on the impregnate used in the wood increases by 3,1 times at 600 °С and by 4,2 times – at 700 °С as compared to the yield of non-treated initial raw materials.

импрегнаттермическое разложение древесиныпористый сорбентудельная поверхностьактивность по бензолу и йодуimpregnatethermal decomposition of woodporous sorbentspecific surfaceactivity by benzeneiodineReferencesБеляев, Е. Ю. Получение и применение активированных углей в экологических целях / Е. Ю. Беляев // Химия раст. сырья. – 2000. – № 2. – С. 5–15.Belyaev E. Yu. Production and use of activated charcoal for environmental purposes. Khimija rastitel’nogo syr’yj = Chemistry of plant raw materials, 2000, no.2, pp. 5–15 (in Russian).Комплексная переработка антрацита в сорбционные материалы / Н. В. Сыч [и др.] // ЖПХ. – 2006. – Т. 79, № 5. – С. 732–736.Sych N. V., Kartel’ N. T., Nikolaichuk A. D., Strelko V.V., Tsyba N. N., Denisovich V. A. Integrated processing of anthracite into sorption materials. Russian Journal of Applied Chemistry, 2006, vol. 79, no. 5, pp. 722–726. https://doi.org/10.1134/s1070427206050053Preparation of activated carbons from Spanish anthracite-II. Activation by NaOH / М. А. Lillo-Rodenas [et al.] // Carbon. – 2001. – Vol. 39, № 5. – P. 751–759. https://doi.org/10.1016/s0008-6223(00)00186-xLillo-Rodenas M. A., Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A. Preparation of activated carbons from Spanish anthracite–II. Activation by NaOH. Carbon, 2001, vol. 39, no. 5, pp. 751–759. https://doi.org/10.1016/s00086223(00)00186-xSorption of gold and silver on carbon adsorbents from thiocyanate solutions / O. N. Kononova [et al.] // Carbon. – 2005. – Vol. 43, № 1. – P. 17–22. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.08.021Kononova O. N., Danilenko N. V., Kachin S.V., Dmitrieva Zh. V., Kholmogorov A. G., Kononov Yu. S. Sorption of gold and silver on carbon adsorbents from thiocyanate solutions. Carbon, 2005, vol. 43, no. 1, рр. 17–22. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.08.021Стрелко, В. В. Комбинированная активация антрацита / В. В. Стрелко, Н. В. Герасименко, Н. Т. Картель // ЖПХ. – 2001. – Т. 74, № 6. – С. 931–933.Strelko V. V., Gerasimenko N. V., Kartel’ N. T. Combined activation of anthracite. Russian Journal of Applied Chemistry, 2001, vol. 74, no. 6, pp. 958–960. https://doi.org/10.1023/a:1013013405996Картель, Н. Т. Влияние комбинированной обработки перед активацией на развитие поровой структуры антрацита / Н. Т. Картель, Н. В. Герасименко, В. В. Стрелко // ЖПХ. – 2002. – Т. 75, № 9. – С. 1443–1447.Kartel’ N. T., Gerasimenko N. V., Strelko V. V. Influence of combined treatment before activation on the development of pore structure of anthracite. Russian Journal of Applied Chemistry, 2002, vol. 75, no. 9, pp. 1411–1415. https://doi.org/10.1023/A:1022212525438Композиционные сорбирующие материалы на основе пористых углеродных порошков / Н. В. Сыч [и др.] // ЖПХ. – 2004. – Т. 77, № 2. – С. 210–213.Sych N. V., Kartel’ N. T., Strelko V. V., Denisovich V. A., Zaitsev Yu. P. Composite sorbing materials based on porous carbon powders. Russian Journal of Applied Chemistry, 2004, vol. 77, no. 2, pp. 205–208. https://doi.org/10.1023/b:rjac.0000030351.79710.07Морозова, А. А. Углеродные волокнистые материалы на основе вторичного сырья льноперерабатывающей промышленности / А. А. Морозова, Ю. В. Брежнева // Химические волокна. – 2001. – Т. 33, № 1. – С. 40–44.Morozova A. A., Brezhneva Y.V. Carbon fibre materials based on secondary stock from the flax–processing industry.Fibre Chemisty, 2001, vol. 33, no 1, pp. 48–52. https://doi.org/10.1023/A:1019233731614Ustinov, E. A. Multicomponent equilibrium adsorbtion on heterogeneous adsorbents // Adsorption. – 2000. – Vol. 6, № 3. – P. 195–204. https://doi.org/10.1023/A:1008977725974Ustinov E. A. Multicomponent equilibrium adsorbtion on heterogeneous adsorbents. Adsorption, 2000, vol. 6, no 3, pp. 195–204. https://doi.org/10.1023/A:1008977725974ГОСТ 20255.1–89. Иониты. Метод определения статической обменной емкости. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. – 5 с.State Standart 20255.1–89. Ion–exchange resins. Method of determining static ion-exchange capacity. Moscow, IPK Publishing house of standards, 2002. 5 p. (in Russian).ГОСТ 6217–74. Уголь активный древесный дробленый. Технические условия. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 7 с.State Standart 6217–74. Wood crushed activated carbon. Specifications. Moscow, IPK Publishing house of standards, 2003. 7 p. (in Russian).Лунева, Н. К. Интумесцентный антипирен для древесины и его защитные свойства / Н. К. Лунева, Л. И. Петровская // ЖПХ. – 2008. – Т. 81, № 4. – С. 667–672.Luneva N. K., Petrovskaya L. I. Performance of intumescent fire retardant for wood. Russian Journal of Applied Chemistry, 2008, vol. 81, no. 4, pp.704–707. https://doi.org/10.1134/S1070427208040265Лунева, Н. К. Влияние некоторых аммонийных солей на термораспад импрегнированной древесины и свойства активных углей / Н. К. Лунева, Л. И. Петровская // ЖПХ. – 2009. – Т. 82, № 7. – С. 1104–1108.Luneva N. K., Petrovskaya L. I. Effect of some ammonium salts on thermal decomposition of impregnated wood and properties of activated carbons. Russian Journal of Applied Chemistry, 2009, vol. 82, no. 7, pp. 1200–1204. https://doi.org/10.1134/S1070427209070088Лунева, Н. К. Ионообменные свойства термообработанного NH4Cl-содержащего гидратцеллюлозного волокна / Н. К. Лунева, М. З. Гаврилов // ЖПХ. – 2011. – Т. 84, № 3. – С. 376–379.Luneva N. K., Gavrilov M. Z. Ion exchange properties of heat-treated NH4Cl-containing cellulose regenerated. Russian Journal of Applied Chemistry, 2011, vol. 84, no. 3, pp. 368–371. http://doi.org/10.1134/S1070427211030050Лунева, Н. К. Разработка новых огнебиозащитных препаратов для древесины, устойчивых к водным обработкам / Н. К., Лунева, Л. И. Петровская // ЖПХ. – 2011. – Т. 84, № 10. – С. 1680–1685.Luneva N. K., Petrovskaya L. I. Development of new water-treatment-resistant fireand bioprotective preparations for wood. Russian Journal of Applied Chemistry, 2011, vol. 84, no. 10, pp. 1772–1777. https://doi.org/10.1134/S1070427211100168Композиция ингибитора горения древесины на основе фосфор–азотного магнийсодержащего металлокомплекса / Н. К. Лунева [и др.] // ЖПХ. – 2017. – Т. 90, № 9. – С. 1205–1214.Luneva N. K., Onufreichuk A. V., Ezovitova T. I., Shevchuk V. V., Smychnik A. D. Composition of a wood combustion inhibitor based on magnesium complex containing phosphorus and nitrogen. Russian Journal of Applied Chemistry, 2017, vol. 90, no. 9, pp. 1459–1468. https://doi.org/10.1134/S1070427217090130. ГОСТ 2081–2010. Карбамид. Технические условия. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2010. – 15 с.State Standart 2081–2010. Carbamide. Specifications. Moscow, FGUP «STANDARTINFORM», 2010. 15 p. (in Russian).Лидин, Р. А. Константы неорганических веществ: справочник / Р. А. Лидин, Л. Л. Андреева, В. А. Молочко. – М.: Дрофа, 2008. – 685 с.Lidin R. A., Andreeva L. L., Molochko V. A. Constants of inorganic substances. Moscow, Drofa Publ., 2008. 685 p. (in Russian).Ягодовский, В. Д. Адсорбция / В. Д. Ягодовский. – М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – 216 с.Yagodovskii V. D. Adsorption. Moscow, BINOME. Laboratory of knowledge Publ., 2015. 216 p. (in Russian).Школьников, Е. И. Аналитическое уравнение для расчета распределений пор по размерам из адсорбционных данных / Е. И. Школьников, Е. В. Сидорова // Доклады Академии наук. – 2007. – Т. 412, № 3. – С. 357–360.Shkol’nikov E. I., Sidorova E. V. Analytical equation for calculating the pore size distribution from adsorption data. Doklady Physical Chemistry, 2007, vol. 412, no. 1, pp. 4–7. https://doi.org/10.1134/s0012501607010022Condon, James B. Surface area and porosity determinations by physisorption: measurements and theory / James B. Condon. – Amsterdam: Elsevier, 2006. – 296 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-51964-1.X5000-6Condon James B. Surface area and porosity determinations by physisorption. Measurements and theory. Amsterdam, Elsevier Publ., 2006. 296 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-51964-1.X5000-6Способ получения активного угля: пат. 17196 BY: МПК С 01В 31/12 (2006.01) / Н. К. Лунева, А. М. Сафонова, Л. А. Петровская, Т. И. Езовитова, Н. П. Крутько. – Опубл. 30.06.2013.Luneva N. K., Safonova A. M., Petrovskaya L. I., Ezovitova T. I., Krutko N. P. Method of producing active coal. Patent BY 17196, 2013 (in Russian).Дейнеко, И. П. Химические превращения целлюлозы при пиролизе / И. П. Дейнеко // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журн. – 2004. – № 4. – С. 96–112.Deineko I. P. Chemical transformations of cellulose under pyrolysis. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenii. Lesnoi zhurnal = Bulletin of Higher Educational Institutions. Forest jornal. 2004, no. 4, pp. 96–112 (in Russian).Дядин, Ю. А. Графит и его соединения включения / Ю. А. Дядин // Соровский образоват. журн. – 2000. – Т. 6, № 10. – С. 43–49.Dyadin Yu. А. Graphite and its inclusion compounds. Sorovskii obrazovatel’nyi zhurnal = Sorov Educational Journal, 2000, vol. 6, no. 10 pp. 43–49 (in Russian).Касаточкин, В. И. Переходные формы углерода: Структурная химия углерода и углей / В. И. Касаточкин. – М.: Наука, 1969. – С. 7–16.Kasatochkin V. I. Transite forms of carbon: Structural forms of carbon and coals. Moscow, Nauka Publ., 1969. pp. 7–16 (in Russian).Хайманн, Р. Б. Аллотропия углерода / Р. Б. Хайманн, С. Е. Евсюков // Природа. – 2003. – № 8. – С. 66–72.Heimann R. B., Evsyukov S. E. Carbon allotropy. Priroda, 2003, no. 8, pp. 66–72 (in Russian).Елецкий, А. В. Эндоэдральные структуры / А. В. Елецкий // УФН. – 2000. –Т. 170, № 2. – С. 113–142.Eletskii A. V. Endohedral structures. Physics–Uspekhi., 2000, vol. 43, no. 2, pp. 111–137. https://doi.org/10.1070/PU2000v043n02ABEH000646New sorbent materials for the hydrogen storage and transportation / L. L. Vasiliev [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2007. – Vol. 32, № 18. – P. 5015–5025. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.07.029Vasiliev L. L., Kanonchik L. E., Kulakov A. G., Mishikinis D. A., Safonova A. M., Luneva N. K. New sorbent materials for the hydrogen storage and transportation. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, vol. 32, no. 18, pp. 5015–5025. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.07.029

The authors declare that there are no conflicts of interest present.