Одержання та адсорбційні характеристики біокарбонових матеріалів з господарських відходів

Abstract

Метою цього дослідження є розробка нових карбонових матеріалів на основі сільськогосподарських відходів і детальне вивчення їх фізико-хімічних властивостей, що дозволяє оцінити потенційні напрями використання цих матеріалів у промисловості та екологічних технологіях. У межах роботи було обрано чотири види відходів, зокрема деревну тирсу, яблучну макуху, а також лушпиння пшениці та кукурудзи, що широко доступні та мало використовуються як сировина для створення адсорбентів. Відібрані матеріали піддавалися процесу піролізу при температурі 500°C протягом однієї години, що дозволяє ефективно зберегти пористу структуру матеріалу і покращити його адсорбційні властивості. Отримані зразки біокарбонових матеріалів було проаналізовано за допомогою азотної порозиметрії, яка дозволила визначити їх адсорбційний потенціал, пористість та загальну площу поверхні. Результати дослідження показали значну різницю в адсорбційній здатності зразків, залежно від типу вихідної сировини. Найвищу адсорбційну активність продемонстрував зразок на основі кукурудзяного лушпиння, що свідчить про його перспективність для очищення води від різних видів забруднень, зокрема органічних та неорганічних сполук, важких металів та інших токсичних речовин. Крім того, було проведено додатковий аналіз зразків з метою оцінки їх потенціалу в інших галузях. Зокрема, виявлена пористість та площа поверхні матеріалів дозволяють розглядати їх як перспективні компоненти для фільтраційних систем, каталізаторів у хімічних реакціях, матеріалів для зберігання енергії, а також засобів для екологічного захисту та відновлення навколишнього середовища. Результати дослідження підтверджують, що використання аграрних відходів для створення функціональних карбонових матеріалів є не лише економічно вигідним, але й екологічно доцільним підходом, що сприяє зменшенню обсягу відходів та створенню нових можливостей для сталого розвитку.

The aim of this research is the development of new carbon materials based on agricultural waste and a detailed study of their physicochemical properties, which allows to evaluate the potential directions of use of these materials in industry and environmental technologies. Within the framework of the work, four types of waste were chosen, in particular, wood sawdust, apple cake, as well as wheat and corn husks, which are widely available and rarely used as raw materials for creating adsorbents. The selected materials were subjected to the process of pyrolysis at a temperature of 500°C for one hour, which effectively preserves the porous structure of the material and improves its adsorption properties. The obtained samples of biocarbon materials were analyzed using nitrogen porosimetry, which made it possible to determine their adsorption potential, porosity, and total surface area. The results of the study showed a significant difference in the adsorption capacity of the samples, depending on the type of raw material. The sample based on corn husk demonstrated the highest adsorption activity, which indicates its potential for water purification from various types of pollution, including organic and inorganic compounds, heavy metals and other toxic substances. In addition, an additional analysis of the samples was carried out in order to assess their potential in other industries. In particular, the revealed porosity and surface area of the materials allow us to consider them as promising components for filtration systems, catalysts in chemical reactions, materials for energy storage, as well as means for environmental protection and environmental restoration. The results of the study confirm that the use of agricultural waste for the creation of functional carbon materials is not only economically beneficial, but also an ecologically appropriate approach, which contributes to reducing the amount of waste and creating new opportunities for sustainable development.