Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (2), 285–299
Green approach to production of porous char adsorbents via oxidative carbonization in fluidized catalyst bed
Petr M. Yeletsky – Federal Research Center Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; yeletsky@catalysis.ru
Nikolay A. Yazykov – Federal Research Center Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia
Yury V. Dubinin – Federal Research Center Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia
Maksim M. Borodaevskiy – Federal Research Center Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia
Svetlana A. Selishcheva – Federal Research Center Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia
Vadim A. Yakovlev – Federal Research Center Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia
Corresponding author: Petr M. Yeletsky, yeletsky@catalysis.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-2-285-299
ABSTRACT A green and energy-efficient technique for production of porous carbon-mineral chars from agricultural wastes (rice husk, wheat bran) and sedimentary carbonaceous feedstocks (high-ash peat, coal) was developed. It is based on partial combustion in fluidized bed of a deep oxidation catalyst at low temperatures (465 – 600 °C). This technique yields porous chars with an elevated mineral content that depends on a feedstock used, and gaseous products of complete oxidation. It was found that the obtained chars have developed porosity with BET specific surface area of ca. 50 – 170 m2g-1, pore volume of 0.05 – 0.17 ml·g-1, and ash content of 16 – 79 wt. %. They were additionally characterized by TGA and FTIR. Their testing as adsorbents for heavy metal ions (by the example of Cu2+) and organic dyes (by the example of methyl green) revealed that their adsorption capacities are comparable to those of chars produced by the conventional pyrolytic approaches.
KEYWORDS biochar, biomass, rice husk, bran, fluidized catalyst bed, composite
ACKNOWLEDGEMENTS The work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the governmental order for Boreskov Institute of Catalysis (project FWUR-2024-0038). The authors also thank Dr. Roman B. Tabakaev from University of Tyumen for providing feedstock (wheat bran and high-ash peat).
FOR CITATION Yeletsky P.M., Yazykov N.A., Dubinin Y.V., Borodaevskiy M.M., Selishcheva S.A., Yakovlev V.A. Green approach to production of porous char adsorbents via oxidative carbonization in fluidized catalyst bed. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (2), 285–299.
[In Russian] П.М. Елецкий, Н.А. Языков, Ю.В. Дубинин, М.М. Бородаевский, С.А. Селищева, В.А. Яковлев
«Зеленый» подход к производству пористых углеродсодержащих адсорбентов путем окислительной карбонизации в кипящем слое катализатора
УДК 544.72, 544.47, 542.943
АННОТАЦИЯ Разработан экологичный и энергоэффективный подход к получению пористых углерод-минеральных адорбентов из отходов сельского хозяйства (рисовая шелуха, пшеничные отруби) и осадочного углеродсодержащего сырья (высокозольный торф, уголь). Он основан на неполном сжигании в реакторе с кипящим слоем катализатора глубокого окисления при пониженных температурах (465 – 600 °С). Данный подход позволяет получать пористые углеродсодержащие материалы с повышенным содержанием минеральной компоненты, состав и содержание которой зависит от используемого сырья, а также газообразные продукты полного окисления. Было обнаружено, что полученные адсорбенты обладают развитой пористой структурой с удельной поверхностью по БЭТ ~50 – 170 м2•г-1, объемом пор 0,05 – 0,17 мл•г-1, зольностью 16 – 79 мас. %. Данные материалы были дополнительно исследованы методами ТГА и ИК-спектроскопии. Их тестирование в качестве адсорбентов ионов тяжелых металлов (на примере Cu2+) и органических красителей (на примере метилового зеленого) показало, что их адсорбционная способность сравнима с адсорбционной способностью биоуглей, полученных традиционными пиролитическими методами.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА биоуголь, биомасса, рисовая шелухи, отруби, кипящий слой катализатора, композит
