Preview

Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология

Расширенный поиск

Анализ продуктов низкотемпературного СВЧ-пиролиза торфа

https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-339-348

Аннотация

Для увеличения эффективности и интенсивности обработки органического природного каустобиолита – торфа, был разработан макет лабораторного СВЧ-реактора с увеличенным объемом загрузки обрабатываемого материала. Модернизированная экспериментальная установка представляет собой СВЧ-реактор при пониженном давлении с постоянным газовым отводом пиролизных газов через ловушку с жидким азотом в газовый пробоотборник. Увеличение объема микроволнового реактора было достигнуто благодаря применению дополнительных систем транспортировки микроволнового излучения и специальной систепоглощения отраженной мощности из объема реактора. Реактор подключался к источнику микроволнового излучения (промышленный магнетрон) частотой 2,45 ГГц, полной мощностью 1 кВт. Длительность микроволнового облучения торфа в реакторе составляла 16 мин. В результате серии экспериментов были получены и проанализированы образцы трех фракций – твердой, жидкой и газообразной. Проведен сравнительный анализ продуктов низкотемпературного пиролиза верхового сфагнового торфа, полученных при нагреве, основанном на теплопередаче от стенок реактора (обычный термический нагрев), и нагреве СВЧ-излучением. Главное отличие между нагревом излучением и теплопередачей состоит в том, что в первом случае происходит повышение температуры по всему объему, а не только в зоне границы раздела фаз, что повышает интенсификацию и эффективность процесса. Это в особенности проявляется при нагреве твердых объектов, в которых отсутствует передача тепла конвекцией. Сравнение продуктов трех полученных фракций проводилось с использованием данных анализа газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием, а также по результатам элементного анализа. Исследование показало, что при микроволновом нагреве происходит более глубокое разрушение исходного субстрата – до углеродистого остатка и низкомолекулярных продуктов неорганической и органической природы. Кроме того, поверхность твердой фракции была исследована с помощью сканирующего электронного микроскопа; обнаружено наличие пористых структур с размерами пор от 5 до 7 мкм.

Об авторах

Т. О. Крапивницкая
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Институт прикладной физики РАН
Россия
аспирант; ведущий инженер

603022, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23, Российская Федерация

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46, Российская Федерация


С. А. Буланова
Институт прикладной физики РАН
Россия
инженер-исследователь

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46, Российская Федерация


А. А. Сорокин
Институт прикладной физики РАН
Россия
старший научный сотрудник

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46, Российская Федерация


А. Н. Денисенко
Институт прикладной физики РАН
Россия
ведущий конструктор

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46, Российская Федерация


Д. Л. Ворожцов
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Россия
к.х.н., ведущий инженер

603022, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23, Российская Федерация


Л. Л. Семенычева
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Россия
д.х.н., заведующая лабораторией нефтехимии

603022, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23, Российская Федерация


Список литературы

1. Москаленко Т.В., Михеев В.А., Ворсина Е.В. Искусственно полученные гуминовые вещества для восстановления почв // Успехи современного естествознания. 2018. N 1. С. 109–114. https://doi.org/10.17513/use.36659

2. Степанов А.А., Шульга П.С., Госсе Д.Д., Смирнова М.Е. Применение природных гуматов для ремедиации загрязненных городских почв и стимулирования роста растений // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2018. N 2. С. 30–34.

3. Спиридонова А.М., Жернов Ю.В., Аввакумова Н.П., Зотова Л.М., Трошкина Н.П. Антивирусная активность фракций гуминовых веществ пелоидов в отношении штаммов вируса иммунодефицита человека 1 типа // Инфекция и иммунитет. 2012. Т. 1. N 1-2. С. 424.

4. Пат. № 2071490, Российская Федерация. Способ производства торфяного красителя на основе гуминовых кислот / О.И. Квасенков; патентообладатель ВНИИ консервной и овощесушильной промышленности; заявл. 22.07.1993, опубл. 10.01.1997.

5. Никифоренков М.И. Преимущества использования торфяных таблеток сухого прессования для выращивая рассады // Гавриш. 2011. N 6. С. 35–36.

6. Маслов С.Г., Инишева Л.И. Торф – как растительное сырье и направления его химической переработки // Химия растительного сырья. 1998. N 4. С. 5–7.

7. Штин С.М. Применение торфа как топлива для малой энергетики // ГИАБ – Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. N 7. С. 82–96.

8. Куликова М.П., Куликова М.П., Куулар Л.Л. Исследование химического состава торфа // Фундаментальные исследования. 2013. N 4-1. С. 90–94;

9. Алферов В.В., Косивцов Ю.Ю., Чалов К.В., Луговой Ю.В. Термокаталитическая переработка торфа в присутствии алюмосиликатных катализаторов // Труды Инсторфа. 2013. N 8 (61). С. 18–22.

10. Пат. № 2259385, Российская Федерация. Способ переработки торфа / В.А. Котельников, А.И. Подзоров; заявл. 11.03.2004; опубл. 27.08.2005.

11. Удалов Е.И., Болотов В.А., Танашев Ю.Ю., Черноусов Ю.Д., Пармон В.Н. Пиролиз жидкого гексадекана в условиях селективного нагрева катализатора СВЧ-излучением // Теоретическая и экспериментальная химия. 2010. Т. 46. N 6. С. 370–377.

12. Чумаков Ю.А., Князева А.Г. Влияние сжимаемости тяжелых углеводородов на макрокинетику их разложения под действием СВЧизлучения // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Т. 15. N 2. С. 179–187.

13. Передерий М.А., Хаджиев С.Н., Цодиков М.В. Деструкция токсичных соединений и нефтяных загрязнений при воздействии СВЧизлучений // Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. 2011. N 4 (72). С. 52–62.

14. Лиштван И.И. Физико-химические свойства торфа, химическая и термическая его переработка // Химия твердого топлива. 1996. N 3. С. 3–23.

15. Богдашов А.А., Крапивницкая Т.О., Песков Н.Ю. Моделирование тепловых и электродинамических процессов при СВЧ-пиролизе торфа // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо’2018): материалы 28-й Междунар. Крымской конф. (Севастополь, 9–15 сентября 2018 г.). Севастополь, 2018. Т. 6. С. 1381–1387.

16. Krapivnitskaia T.O., Bogdashov A.A., Denisenko A.N., Glyavin M.Yu., Kalynov Yu.K., Kuzikov S.V., et al. High-temperature microwave pyrolysis of peat as a method to obtaining liquid and gaseous fuel. EPJ Web of Conferences. 10th International Workshop 2017 “Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and opplications”. 2017. Vol. 49. Article Number 02023. 2 p. https://doi.org/10.1051/epjconf/201714902023

17. Крапивницкая Т.О., Богдашов А.А., Денисенко А.Н., Песков Н.Ю., Глявин М.Ю., Семенычева Л.Л., Ворожцов Д.Л. Экспериментальное исследование СВЧ- пиролиза торфа // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 2019. Т. 9. N 4. С. 750–758. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-750-758

18. Чухарева Н.В., Шишмина Л.В., Новиков А.А. Физико-химические характеристики торфяных гуминовых кислот и остатков их кислотного гидролиза // Химия растительного сырья. 2003. N 3. С. 11–15.

19. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1989. 592 с.

20. Неймарк Н.Е. Синтетические минеральные адсорбенты и носители катализаторов. Киев: Навукова думка,1982. 216 с.

21. Земскова Л.А. Модифицированные углеродные волокна: сорбенты, электродные материалы, катализаторы // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2009. N 2 (144). С. 39–52.

22. Патент № 2620404, Российская Федерация. Способ получения мезопористого углерода / А.Г. Ткачев, А.В. Мележик, Г.В. Соломахо; патентообладатель ООО «НаноТехЦентр»; заявл. 26.01.2016; опубл. 25.05.2017.


Рецензия

Для цитирования:


Крапивницкая Т.О., Буланова С.А., Сорокин А.А., Денисенко А.Н., Ворожцов Д.Л., Семенычева Л.Л. Анализ продуктов низкотемпературного СВЧ-пиролиза торфа. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):339-348. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-339-348

For citation:


Krapivnitskaia T.O., Bulanova S.A., Sorokin A.A., Denisenko A.N., Vorozhtcov D.L., Semenycheva L.L. Analysis of the products of low-temperature microwave pyrolysis of peat. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2020;10(2):339-348. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-339-348

Просмотров: 652


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-2925 (Print)
ISSN 2500-1558 (Online)