Получение биочара из рисовой шелухи и соломы

PDF файл (Скачать)

№2-2023

https://doi.org/10.53939/15605655/2023_2_25

Аппазов Н.О., Акылбеков Н.И., Нарманова Р.А., Ахатаев Н.А., Жаппарбергенов Р.У., Канжар С.А.

Аннотация. В статье приведены результаты исследований по получению биочара из таких сельскохозяйственных растительных отходов, как рисовая шелуха и солома. Проведен подбор оптимальных условий проведения термолиза, такие как продолжительность и температура процесса. Продукты термолиза охарактеризованы на адсорбционную активность по йоду, суммарный объем пор по воде и на насыпную плотность. Пористая структура полученных продуктов изучена растровой электронной микроскопией. По результатам проведенных исследований найдено, что биочары полученные из шелухи и соломы при продолжительности термолиза 30 мин имеют низкие сорбционные характеристики по йоду и объемы пор по воде. При увеличении продолжительности термолиза улучшаются сорбционные характеристики, оптимальной для шелухи является продолжительность термолиза 60 мин при температуре 500°С, а для соломы оптимальным является продолжительность термолиза 60 мин при температуре 300°С. Самым оптимальным вариантом является биочар полученный из рисовой соломы при продолжительности 60 мин и температуре термолиза 300°С, имеющий адсорбционную активность по йоду 54,61%, суммарный объем пор по воде 0,941 см3 /г и насыпную плотность 169,29 г/дм3 . Полученные биочары из рисовой шелухи и соломы изучены методом растровой электронной микроскопии при 4300 и 5000 кратном увеличении, они имеют развитую пористую структуру.
Ключевые слова: биочар, рисовая шелуха, рисовая солома, термолиз, переработка, удобрение,возобновляемое топливо.

Список литературы/References

1 Azargohar, R., & Dalai, A. K. (2006). Biochar as a precursor of activated carbon [Article]. Applied Biochemistry and Biotechnology, 131(1-3), 762-773.
2 Hayes, M. H. B. (2006). Biochar and biofuels for a brighter future [Letter]. Nature, 443(7108), 144-144. https://doi.org/10.1038/443144c.
3 Karaosmanoglu, F., Isigigur-Ergundenler, A., & Sever, A. (2000). Biochar from the straw-stalk of rapeseed plant [Article]. Energy & Fuels, 14(2), 336-339. https://doi.org/10.1021/ef9901138.
4 Ozcimen, D., & Karaosmanoglu, F. (2004). Production and characterization of bio-oil and biochar from rapeseed cake [Article]. Renewable Energy, 29(5), 779-787. https://doi.org/10.1016/j.renene.2003.09.006.
5 Purevsuren, B., Avid, B., Tesche, B., & Davaajav, Y. (2003). A biochar from casein and its properties [Article]. Journal of Materials Science, 38(11), 2347-2351. https://doi.org/10.1023/a:1023980429410.
6 Chan, K. Y., Van Zwieten, L., Meszaros, I., Downie, A., & Joseph, S. (2007). Agronomic values of greenwaste biochar as a soil amendment. Australian Journal of Soil Research, 45(8), 629-634. https://doi. org/10.1071/sr07109.
7 Larson, R. W. (2007). Using biochar for cost-effective CO2 sequestration in soils.
8 Rondon, M. A., Lehmann, J., Ramirez, J., & Hurtado, M. (2007). Biological nitrogen fixation by common beans (Phaseolus vulgaris L.) increases with bio-char additions. Biology and Fertility of Soils, 43(6), 699-708. https://doi.org/10.1007/s00374-006-0152-z.
9 Woods, W. I., Falcao, N. P. S., & Teixeira, W. G. (2006). Biochar trials aim to enrich soil for smallholders. Nature, 443(7108), 144-144. https://doi.org/10.1038/443144b.
10 Suerbaev, H. A., Chepajkin, E. G., Dzhiembaev, B. Z., Appazov, N. O., & Abyzbekova, G. M. (2007). Catalytic hydroxycarbonylation of isobutylene with carbon monoxide and polyhydric alcohols in the presence of the Pd(acac)(2)-PPh3-TsOH system. Petroleum Chemistry, 47(5), 345-347. https://doi.org/10.1134/ s0965544107050064.
11 Appazov NO, Zhusupbek UA, Turmanov RA, Lyubchyk SB, Lyubchyk AI, Lyubchyk SI, Lygina OS, Bainazarova SR, Bazarbayev BM (2019) Method for obtaining activated carbon from rice straw and husk [Sposob poluchenija aktivirovannogo uglja iz risovoj solomy i sheluhi]. Patent for utility model of the Republic of Kazakhstan 3892 [Patent na poleznuju model’ Respubliki Kazahstan 3892]. (In Russian).
12 Arutyunyan, T. V., Korystova, A. F., Kublik, L. N., Levitman, M. K., Shaposhnikova, V. V., Appazov, N. O., Narmanova, R. A., Ibadullayeva, S. Z., & Korystov, Y. N. (2014). Camel Thorn Extract Reduces Activity of Angiotensin-Converting Enzyme in Rat Aorta Increased during Aging and Treatment with NO-Synthase Inhibitor. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 158(2), 222-224. https://doi.org/10.1007/s10517-014- 2727-2.
13 Yespanova I.D., Zhusupova L.A., Tapalova A.S., Appazov N.O. (2018) Microwave activation of addition of 1-hexene and butanoic acid reaction // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan-Series Chemistry and Technology. 1: 63-69. ISSN 2518-1491 (Online), ISSN 2224-5286 (Print).
14 Appazov N.O., Seitzhanov S.S., Zhunissov A.T., Narmanova, R.A. (2017) Synthesis of Cyclohexyl Isovalerate by Carbonylation of Isobutylene with Carbon Monoxide and Cyclohexanol in the Presence of Pd(PPh3)(4)-PPh3-TsOH and Its Antimicrobial Activity // Russian Journal of Organic Chemistry. 53(10): 1596- 1597. ISSN: 1608-3393 (Online), ISSN: 1070-4280. doi: 10.1134/S1070428017100189.
15 Lyubchyk, S., Shapovalova, O., Lygina, O., Oliveira, M. C., Appazov, N., Lyubchyk, A., Charmier, A. J., Lyubchik, S., & Pombeiro, A. J. L. (2019). Integrated Green Chemical Approach to the Medicinal Plant Carpobrotus edulis Processing [Article]. Scientific Reports, 9, 12, Article 18171. https://doi.org/10.1038/s41598- 019-53817-8.
16 Suerbaev K.A., Chepaikin E.G., Appazov N.O., Dzhiembaev B.Z. (2012) Hydroalkoxycarbonylation of isobutylene with polyhydric alcohols in the presence of catalytic systems based on palladium compounds and tertiary phosphines // Petroleum Chemistry. 52(3): 189-193. ISSN: 1555-6239 (Online), ISSN: 0965-5441. doi: 10.1134/S0965544112030127.
17 Suerbaev, K. A., Kudaibergenov, N. Z., Appazov, N. O., & Zhaksylykova, G. Z. (2016). Synthesis of L-menthyl isovalerate by esterification of isovaleric acid with L-menthol under microwave irradiation. Russian Journal of Organic Chemistry, 52(4), 585-586. https://doi.org/10.1134/s1070428016040205.
18 Sun, L. Y., Deng, J. Y., Fan, C. H., Li, J., & Liu, Y. L. (2020). Combined effects of nitrogen fertilizer and biochar on greenhouse gas emissions and net ecosystem economic budget from a coastal saline rice field in southeastern China. Environmental Science and Pollution Research, 27(14), 17013-17022. https://doi. org/10.1007/s11356-020-08204-6;
19 Aamer, M., Shaaban, M., Hassan, M. U., Ying, L., Tang, H. Y., Ma, Q. Y., Munir, H., Rasheed, A., Li, X. M., Ping, L., & Huang, G. Q. N2 O Emissions Mitigation in Acidic Soil Following Biochar Application Under Different Moisture Regimes. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. https://doi.org/10.1007/s42729-020-00311-0.
20 Singh, S. V., Chaturvedi, S., Dhyani, V. C., & Kasivelu, G. (2020). Pyrolysis temperature influences the characteristics of rice straw and husk biochar and sorption/desorption behaviour of their biourea composite. Bioresource Technology, 314, Article 123674. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123674.
21 Xu, X. T., He, C., Yuan, X., Zhang, Q., Wang, S. L., Wang, B. H., Guo, X. M., & Zhang, L. (2020). Rice straw biochar mitigated more N2 O emissions from fertilized paddy soil with higher water content than that derived from ex situ biowaste. Environmental Pollution, 263, Article 114477. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114477.
22 Mukome, F. N. D., Buelow, M. C., Shang, J. T., Peng, J., Rodriguez, M., Mackay, D. M., Pignatello, J. J., Sihota, N., Hoelen, T. P., & Parikh, S. J. (2020). Biochar amendment as a remediation strategy for surface soils impacted by crude oil. Environmental Pollution, 265(PT A), Article 115006. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115006.
23 Narmanova RA, Filonov AE., Appazov NO, Puntus IF, Ahmetov LI, Funtikova TI, Turmanov RA, Omarov EA, Bazarbayev BM (2019) Bacterial strains association for removing oil and oil products from soils and waters under conditions of a sharply continental and hot desert climate [Associacija shtammov bakterij dlja udalenija nefti i nefteproduktov iz gruntov i vod v uslovijah rezko kontinental’nogo i zharkogo aridnogo klimata]. Patent for invention of the Republic of Kazakhstan 33715 [Patent na izobretenie Respubliki Kazahstan]. (In Russian).
24 Bisenov K.A., Narmanova R.A., Appazov N.O. (2020). Physical and chemical studies of the oil sludge hydrocarbon composition and the prospects for their use in the technology of expanded clay production // News of NAS RK. Series of chemistry and technology. 5(443): 28-37. https://doi.org/10.32014/2020.2518-1491.77.
25 Narmanova R.A., Bishimbayev V.K., Tapalova A.S., Appazov N.O. (2020). Polymer additive effect on the structural and mechanical properties of the organic part of oil bituminous rock. // News of NAS RK. Series of chemistry and technology. 5(443): 141-150. https://doi.org/10.32014/2020.2518-1491.91.
26 Bissenov K.A., Uderbayev S.S., Saktaganova N.A. (2016) Physicochemical Analysis of Structure of Foamed Concrete with Addition of Oil Sludges // Research Journal of Pharmaceutical Biological and Chemical Sciences. 7(4): 1701-1708.
27 Montayev S.A., Zharylgapov S.M., Bisenov K.A., Shakeshev B.T., Almagambetova M.Z. (2016) Investigating Oil Sludges and Their Application as Energy Efficient and Modifying Component in Ceramic Pastes // Research Journal of Pharmaceutical Biological and Chemical Sciences. 7(3): 2407-2415. ISSN: 0975-8585.
28 Shalbolova U., Narmanova R., Elpanova M. (2012) Methodical peculiarities of tariff setting at oil transportation via main pipelines // Actual problems of economics. 138: 540-555. ISSN: 1993-6788.
29 Lu, H. F., Bian, R. J., Xia, X., Cheng, K., Liu, X. Y., Liu, Y. L., Wang, P., Li, Z. C., Zheng, J. F., Zhang, X. H., Li, L. Q., Joseph, S., Drosos, M., & Pan, G. X. (2020). Legacy of soil health improvement with carbon increase following one time amendment of biochar in a paddy soil - A rice farm trial. Geoderma, 376, Article 114567. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114567.
30 Usowicz, B., Lipiec, J., Lukowski, M., Bis, Z., Usowicz, J., & Latawiec, A. E. (2020). Impact of biochar addition on soil thermal properties: Modelling approach. Geoderma, 376, Article 114574. https://doi. org/10.1016/j.geoderma.2020.114574.
31 Bashir, S., Hussain, Q., Zhu, J., Fu, Q. L., Houben, D., & Hu, H. Q. (2020). Efficiency of KOH-modified rice straw-derived biochar for reducing cadmium mobility, bioaccessibility and bioavailability risk index in red soil. Pedosphere, 30(6), 874-882. https://doi.org/10.1016/s1002-0160(20)60043-1.
32 Li, Q. L., Wang, M., Fu, Q., Li, T. X., Liu, D., Hou, R. J., Li, H., Cui, S., & Ji, Y. (2020). Short-term influence of biochar on soil temperature, liquid moisture content and soybean growth in a seasonal frozen soil area. Journal of Environmental Management, 266, Article 110609. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110609.
33 Ran, C., Gulaqa, A., Zhu, J., Wang, X. W., Zhang, S. Q., Geng, Y. Q., Guo, L. Y., Jin, F., & Shao, X. W. (2020). Benefits of Biochar for Improving Ion Contents, Cell Membrane Permeability, Leaf Water Status and Yield of Rice Under Saline-Sodic Paddy Field Condition. Journal of Plant Growth Regulation, 39(1), 370-377. https://doi.org/10.1007/s00344-019-09988-9.
34 Seleiman, M. F., Alotaibi, M. A., Alhammad, B. A., Alharbi, B. M., Refay, Y., & Badawy, S. A. (2020). Effects of ZnO Nanoparticles and Biochar of Rice Straw and Cow Manure on Characteristics of Contaminated Soil and Sunflower Productivity, Oil Quality, and Heavy Metals Uptake. Agronomy-Basel, 10(6), Article 790. https://doi.org/10.3390/agronomy10060790.
35 Wang, D. Y., Felice, M. L., & Scow, K. M. (2020). Impacts and interactions of biochar and biosolids on agricultural soil microbial communities during dry and wet-dry cycles. Applied Soil Ecology, 152, Article 103570. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103570.
36 GOST 6217. Crushed active charcoal. Technical conditions [Ugol’ aktivnyj drevesnyj droblenyj. Tehnicheskie uslovija]. Moscow, Russia, 2003. (In Russian).
37 GOST 17219. Active coals. Method for determining the total pore volume by water [Ugli aktivnye. Metod opredelenija summarnogo ob#ema por po vode]. Moscow, Russia, 1988. (In Russian). 38 GOST 16190. Sorbents. Bulk density determination method [Sorbenty. Metod opredelenija nasypnoj plotnosti]. Moscow, Russia, 1970. (In Russian).

Авторлар туралы мәліметтер
Аппазов Н.О - химия ғылымдарының кандидаты, профессор, Қызылорда университетінің ғылыми профессоры. Қорқыт ата, e-mail: nurasar.82@mail.ru
Ақылбеков Н.И. – PhD, Қызылорда университетінің «Физика-химиялық талдау әдістері» инженерлік зертханасының меңгерушісі. Қорқыт ата, e-mail: nurgali_089@mail.ru
Нарманова Р.А. – техника ғылымдарының кандидаты, Қызылорда университетінің «Физика-химиялық талдау әдістері» инженерлік зертханасының жетекші ғылыми қызметкері. Қорқыт ата, e-mail: roza_an@mail.ru
Ахатаев Н.А. – химия ғылымдарының кандидаты, Қызылорда университетінің «Физика-химиялық талдау әдістері» инженерлік зертханасының аға ғылыми қызметкері. Қорқыт Ата, e-mail: nurlibek.83@mail.ru
Жаппарбергенов Р.У – техника ғылымдарының магистрі, Қызылорда университетінің «Физика-химиялық талдау әдістері» инженерлік зертханасының ғылыми қызметкері. Қорқыт ата, e-mail: ulagat-91@mail.ru
Қанжар С.А - Қызылорда университетінің студенті. Қорқыт ата, e-mail: sakenkanzhar@gmail.com С

Сведения об авторах
Аппазов Н.О - кандидат химических наук, профессор, профессор-исследователь Кызылординского университета им. Коркыт Ата, e-mail: Акылбеков Н.И - PhD, руководитель лаборатории инженерного профиля «Физико-химические методы анализа» Кызылординского университета им. Коркыт Ата, e-mail:
Нарманова Р.А - кандидат технических наук, ведуший научный сотрудник лаборатории инженерного профиля «Физико-химические методы анализа» Кызылординского университета им. Коркыт Ата, e-mail:
Ахатаев Н.А - кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории инженерного профиля «Физико-химические методы анализа» Кызылординского университета им. Коркыт Ата, e-mail: nurlibek.83@mail.ru
Жаппарбергенов Р.У - магистр технических наук, научный сотрудник лаборатории инженерного профиля «Физико-химические методы анализа» Кызылординского университета им. Коркыт Ата, e-mail:
Канжар С.А - студент Кызылординского университета им. Коркыт Ата, e-mail: sakenkanzhar@gmail.com

Information about the authors
Appazov N.O - candidate of chemical sciences, professor, research professor at Kyzylorda University. Korkyt Ata, e-mail: nurasar.82@mail.ru
Akylbekov N.I - PhD, head of the engineering laboratory "Physico-chemical methods of analysis" of Kyzylorda University. Korkyt Ata, e-mail: nurgali_089@mail.ru
Narmanova R.A - Candidate of Technical Sciences, leading researcher at the engineering laboratory "Physico-chemical methods of analysis" of Kyzylorda University. Korkyt Ata, e-mail: roza_an@mail.ru
Akhataev N.A - Candidate of Chemical Sciences, senior researcher at the engineering laboratory "Physico-chemical methods of analysis" of Kyzylorda University. Korkyt Ata, e-mail: nurlibek.83@mail.ru
Zhapparbergenov R.U - Master of Technical Sciences, researcher at the engineering laboratory “Physico-chemical methods of analysis” at Kyzylorda University. Korkyt Ata, e-mail: ulagat-91@mail.ru
Kanzhar S.A - student of Kyzylorda University. Korkyt Ata, e-mail: sakenkanzhar@gmail.com