catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-93Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ УГЛЕРОД-КРЕМНЕЗЕМНЫХ КОМПОЗИТОВ И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ РИСОВОЙ ШЕЛУХИ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ТЕКСТУРНЫХ И ДИСПЕРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКDevelopment of technology for production of porous carbon-silica composites and carbon materials from rice husks and study their texture and dispersion characteristicsЛаричевЮ. В.LarichevYu. V.

канд. хим. наук, науч. сотрудник Института катализа СО РАН. Тел.: (383) 326-94-00

ylarichev@gmail.comЕлецкийП. М.YeletskyP. M.

канд. хим. наук, науч. сотрудник того же института. Тел.: (383) 326-96-58.

yeletsky@catalysis.ruТузиковФ. В.TuzikovF. V.

д-р биологических наук, ведущий науч. сотрудник, руководитель группы наноструктурного анализа того же института. Тел.: (383) 326-94-00

tuzikov@catalysis.ruЯковлевВ. А.YakovlevV. A.

канд. хим. наук, зав. лабораторией каталитических процессов переработки возобновляемого сырья того же института. Тел.: (383) 330-62-54

yakovlev@catalysis.ruИнститут катализа СО РАН, г. НовосибирскRussian Federation201324112014027279Copyright © LLC "KALVIS", 20142014LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/93

Предложен метод утилизации рисовой шелухи (РШ), трудноперерабатываемого отхода производства рисасырца, заключающийся в карбонизации РШ в реакторе с кипящим слоем катализатора. Зольный остаток, образующийся после карбонизации при 465–600 °С представляет собой углерод-кремнеземный нанокомпозитный материал (C/SiO2) с содержанием SiO2 58,7– 81,8 вес.%, удельной поверхностью SБЭТ = 152–232 м2/г. При выщелачивании SiO2 фтористоводородной кислотой получены пористые углеродные материалы с удельной поверхностью 165–494 м2/г и содержанием SiO2 менее 1 %. Данные материалы исследованы методами МУРР, ПЭМ и рентгеновской дифракции. Впервые получена информация о размерах частиц SiO2 в углеродкремнеземных нанокомпозитах. Установлено, что повышение температуры карбонизации от 465 до 600 °С приводит к увеличению средних размеров частиц кремнезема от 5,5 до 8,1 нм. Показана перспективность развития методики определения размеров частиц кремнезема в углеродной матрице методом МУРР для целенаправленного дизайна пористых углеродных материалов с заранее заданными свойствами. Метод карбонизации РШ в кипящем слое катализатора является одним из наиболее перспективных в плане переработки РШ в C/SiO2 нанокомпозиты и пористые углеродные материалы с применением подходов темплатного синтеза.

Rice hulls (RH) is a paddy rice waste product difficult to recycle. The method of RH carbonation in a fluidized bed reactor with a catalyst developed as a way of RH utilization. The ash formed after carbonization at 465-600 °C is carbon-silica nanocomposite material (C/SiO2) containing SiO2 58,7–81,8 weight.% and specific surface SBET = 152–232 m2/g. The porous carbon material with a specific surface area 165–494 m2/g and SiO2 content less than 1% were received during leaching SiO2 by hydrofluoric acid. These materials were characterized by SAXS, TEM and X-ray diffraction. Information about the size of SiO2 particles in the carbon-silica nanocomposites is obtained for the first time. It is found that increases in temperature carbonization from 465 to 600 °C leads to an increase in average size of silica particles from 5,5 to 8,1 nm. It is shown the promise for the development of methods for determining the size of the silica particles in a carbon matrix by SAXS for targeted design of porous carbon materials with predetermined properties. The RH carbonation method in a fluidized bed of catalyst is one of the most promising in terms of processing in RH C/SiO2 nanocomposites and porous carbon materials usingapproaches template synthesis.

МУРРрисовая шелухакипящий слойуглеродные материалыуглерод-минеральные композитыSAXSrice husksfluidized bedcarbon materialscarbon-mineral compositesReferencesLiu Y., Guo Yu., Gao W.i, Wang Zh., Ma Yu., Wang Z. // J. of Cleaner Prod. 2012. Vol. 32. P.204.Liu Y., Guo Yu., Gao W.i, Wang Zh., Ma Yu., Wang Z. // J. of Cleaner Prod. 2012. Vol. 32. P.204.Li Y., Ding X., Guo Yu., Rong Ch., Wang L., Qu Yu., Ma X., Wang Z. // J. of Hazard. Mat. 2011. Vol. 186. P.2151.Li Y., Ding X., Guo Yu., Rong Ch., Wang L., Qu Yu., Ma X., Wang Z. // J. of Hazard. Mat. 2011. Vol. 186. P.2151.Isahak W.N.R.W., Hisham M.W.M., Yarmo M.A., Hin T.Y. // Ren. and Sust. En. Reviews. 2012. Vol. 16. P. 5910.Isahak W.N.R.W., Hisham M.W.M., Yarmo M.A., Hin T.Y. // Ren. and Sust. En. Reviews. 2012. Vol. 16. P. 5910.Xiujuan G., Shurong W., Qi W., Zuogang G., Zhongyang L. // Chinese J. of Chem. Eng. 2011. Vol. 19(1). P. 116.Xiujuan G., Shurong W., Qi W., Zuogang G., Zhongyang L. // Chinese J. of Chem. Eng. 2011. Vol. 19(1). P. 116.Dagnino E.P., Chamorro E.R., Romano S.D., Felissia F.E., Area M.C. // Ind. Crops and Prod. 2013. Vol. 42. P. 363.Dagnino E.P., Chamorro E.R., Romano S.D., Felissia F.E., Area M.C. // Ind. Crops and Prod. 2013. Vol. 42. P. 363.Rosa S.M.L., Rehman N., de Miranda M.I.G., Nachtigall S.M.B., Bica C.I.D. // Carbohydrate Polymers. 2012.Rosa S.M.L., Rehman N., de Miranda M.I.G., Nachtigall S.M.B., Bica C.I.D. // Carbohydrate Polymers. 2012.Vol. 87. P. 1131.Vol. 87. P. 1131.Zhang H., Zhao X., Ding X., Lei H., Chen X., An D., Li Y., Wang Z. // Biores. Tech. 2010. Vol. 101. P. 1263.Zhang H., Zhao X., Ding X., Lei H., Chen X., An D., Li Y., Wang Z. // Biores. Tech. 2010. Vol. 101. P. 1263.Suxia R., Haiyan X., Jinling Z., Shunqing L., Xiaofeng H., Tingzhou L. // Carbohydrate Res. 2012. Vol. 359. P. 1.Suxia R., Haiyan X., Jinling Z., Shunqing L., Xiaofeng H., Tingzhou L. // Carbohydrate Res. 2012. Vol. 359. P. 1.Bansal N., Tewari R., Soni R., Soni S.K. // Waste Manag. 2012. Vol. 32. P. 1341.Bansal N., Tewari R., Soni R., Soni S.K. // Waste Manag. 2012. Vol. 32. P. 1341.Adam F., Appaturi J.N., Iqbal A. // Catal. Tod. 2012. Vol. 190. P. 2.Adam F., Appaturi J.N., Iqbal A. // Catal. Tod. 2012. Vol. 190. P. 2.Ma X., Zhou B., Gao W., Qu Y., Wang L., Wang Z., Zhu Y. // Powd. Tech. 2012. Vol. 217. P. 497.Ma X., Zhou B., Gao W., Qu Y., Wang L., Wang Z., Zhu Y. // Powd. Tech. 2012. Vol. 217. P. 497.Chandrasekhar S., Pramada P.N., Raghavan P., Satyanarayana K.G., Gupta T.N. // J. of Mat. Sci. Let. 2002. Vol. 21. P. 1245.Chandrasekhar S., Pramada P.N., Raghavan P., Satyanarayana K.G., Gupta T.N. // J. of Mat. Sci. Let. 2002. Vol. 21. P. 1245.Martinez V., Valencia M.F., Cruz J., Mejia J.M., Chejne F. // Ceramics Int. 2006. Vol. 32. P. 891.Martinez V., Valencia M.F., Cruz J., Mejia J.M., Chejne F. // Ceramics Int. 2006. Vol. 32. P. 891.Wua H., Gao M., Zhu D., Zhang S., Pan Y., Pan H., Liu Y., Oliveira F.J., Vieira J.M. // Ceramics Int. 2012. Vol. 38. P. 3519.Wua H., Gao M., Zhu D., Zhang S., Pan Y., Pan H., Liu Y., Oliveira F.J., Vieira J.M. // Ceramics Int. 2012. Vol. 38. P. 3519.Zawrah M.F., Zayed M.A., M.R.K. // J. of Hazard. Mat. 2012. Vol. 227—228. P. 250.Zawrah M.F., Zayed M.A., M.R.K. // J. of Hazard. Mat. 2012. Vol. 227—228. P. 250.Chiew Y.L., Cheong K.Y. // Mat. Sci. and Eng. B. 2011. Vol. 176. P. 951.Chiew Y.L., Cheong K.Y. // Mat. Sci. and Eng. B. 2011. Vol. 176. P. 951.Padhi B.K., Patnaik C. // Ceramics Int. 1995. V. 21. P. 213.Padhi B.K., Patnaik C. // Ceramics Int. 1995. V. 21. P. 213.Umeda J., Kondoh K., Kawakami M., Imai H. // Powder Tech. 2009. Vol. 189. P. 399.Umeda J., Kondoh K., Kawakami M., Imai H. // Powder Tech. 2009. Vol. 189. P. 399.Panpa W., Jinawath S. // Applied Cat. B: Envir. 2009. Vol. 90. P. 389.Panpa W., Jinawath S. // Applied Cat. B: Envir. 2009. Vol. 90. P. 389.Prasetyoko D., Ramli Z., Endud S., Hamdan H., Sulikowski B. // Waste Manag. 2006. Vol. 26. P. 1173.Prasetyoko D., Ramli Z., Endud S., Hamdan H., Sulikowski B. // Waste Manag. 2006. Vol. 26. P. 1173.Guo Y., Rockstraw D.A. // Micropor. and Mesopor. Mat. 2007. Vol. 100. P. 12.Guo Y., Rockstraw D.A. // Micropor. and Mesopor. Mat. 2007. Vol. 100. P. 12.Елецкий П.М., Яковлев В.А., Каичев В.В., Языков Н.А., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 321.Елецкий П.М., Яковлев В.А., Каичев В.В., Языков Н.А., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 321.Guo Y., Yang S., Yu K., Zhao J., Wang Z., Xu H. // Mater. Chem. and Phys. 2002. Vol. 74. P. 320.Guo Y., Yang S., Yu K., Zhao J., Wang Z., Xu H. // Mater. Chem. and Phys. 2002. Vol. 74. P. 320.Guo Y., Yang S., Fu W., Qi J., Li R., Wang Z., Xu H. // Dyes and Pigments. 2003. Vol. 56. P. 219.Guo Y., Yang S., Fu W., Qi J., Li R., Wang Z., Xu H. // Dyes and Pigments. 2003. Vol. 56. P. 219.Елецкий П.М., Яковлев В.А., Фенелонов В.Б., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 741.Елецкий П.М., Яковлев В.А., Фенелонов В.Б., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 741.Yeletsky P.M., Yakovlev V.A., Mel’gunov M.S., Parmon V.N. // Micropor. and Mesopor. Mat. 2009. Vol. 121. P. 34.Yeletsky P.M., Yakovlev V.A., Mel’gunov M.S., Parmon V.N. // Micropor. and Mesopor. Mat. 2009. Vol. 121. P. 34.Никонов Г.К., Бурковская Л.Ф., Артамонова Н.А., Челохсаева Г.Л. // Гидрол. и лесохим. пром. 1990. Т. 7. С. 18.Никонов Г.К., Бурковская Л.Ф., Артамонова Н.А., Челохсаева Г.Л. // Гидрол. и лесохим. пром. 1990. Т. 7. С. 18.Устинов Е.А., Фенелонов В.Б., Яковлев В.А., Елецкий П.М. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. С. 629.Устинов Е.А., Фенелонов В.Б., Яковлев В.А., Елецкий П.М. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. С. 629.Chang Ch.-F., Chang Ch.-Y., Tsai W.-T. // Journal of Colloid and Interface Science. 2000. Vol. 232. P. 45.Chang Ch.-F., Chang Ch.-Y., Tsai W.-T. // Journal of Colloid and Interface Science. 2000. Vol. 232. P. 45.Yoshizawa N., Maruyama K., Yamada Y., Zielinska-Blajet M. // Fuel. — 2000. Vol. 79. P. 1461.Yoshizawa N., Maruyama K., Yamada Y., Zielinska-Blajet M. // Fuel. — 2000. Vol. 79. P. 1461.Петров В.С., Симкин Ю.Я., Крылова О.К. // Химия в интересах устойчивого развития. 1996. Т. 4. С. 389.Петров В.С., Симкин Ю.Я., Крылова О.К. // Химия в интересах устойчивого развития. 1996. Т. 4. С. 389.Плаксин Г.В., Бакланова О.Н., Дроздов В.А., Дуплякин В.К., Кузнецов Б.Н., Рудковский А.В., Щипко М.Л. // Химия в интересах устойчивого развития. 2000. № 8. C. 715.Плаксин Г.В., Бакланова О.Н., Дроздов В.А., Дуплякин В.К., Кузнецов Б.Н., Рудковский А.В., Щипко М.Л. // Химия в интересах устойчивого развития. 2000. № 8. C. 715.Ahmad M.A., Wan Daud W.M.A., Aroua M.K. // Colloids and Surfaces A: Phys.Chem. Eng. Aspects. 2008. Vol. 312. P. 131.Ahmad M.A., Wan Daud W.M.A., Aroua M.K. // Colloids and Surfaces A: Phys.Chem. Eng. Aspects. 2008. Vol. 312. P. 131.Ip A.W.M., Barford J.P., McKay G. // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. P. 8909.Ip A.W.M., Barford J.P., McKay G. // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. P. 8909.Zhang F., Ma H., Chen J., Li G.-D., Zhang Y., Chen J.-S. // Bioresource Tech. 2008. Vol. 99. P. 4803.Zhang F., Ma H., Chen J., Li G.-D., Zhang Y., Chen J.-S. // Bioresource Tech. 2008. Vol. 99. P. 4803.Sevilla M., Alvarez S., Centeno T.A., Fuertes A.B., Stoeckli F. // Electrochimica Acta. 2007. Vol. 52. P.3207.Sevilla M., Alvarez S., Centeno T.A., Fuertes A.B., Stoeckli F. // Electrochimica Acta. 2007. Vol. 52. P.3207.Pak Ch., Chang H., Kim J. // Pat. US 7220697, 2007.Pak Ch., Chang H., Kim J. // Pat. US 7220697, 2007.Колесников М.П. Формы кремния в растениях // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 301.Колесников М.П. Формы кремния в растениях // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 301.Захаров А.М., Беляков А.В., Цвигунов А.Н. // Стекло и керамика. 1993. № 9—10. С. 37.Захаров А.М., Беляков А.В., Цвигунов А.Н. // Стекло и керамика. 1993. № 9—10. С. 37.Vassilev S.V., Baxter D., Andersen L.K., Vassileva C.G., Morgan T.J. // Fuel. 2012. Vol. 94. P. 1.Vassilev S.V., Baxter D., Andersen L.K., Vassileva C.G., Morgan T.J. // Fuel. 2012. Vol. 94. P. 1.Larichev Y.V., Prosvirin I.P., Shlyapin D.A., Shitova N.B., Tsyrul’nikov P.G., Bukhtiyarov V.I. // Kinet. Catal. 2005. Vol. 46. P. 597.Larichev Y.V., Prosvirin I.P., Shlyapin D.A., Shitova N.B., Tsyrul’nikov P.G., Bukhtiyarov V.I. // Kinet. Catal. 2005. Vol. 46. P. 597.Larichev Y.V., Shlyapin D.A., Tsyrul’nikov P.G., Bukhtiyarov V.I. // Catalysis Letters. 2008. Vol. 120. P. 204.Larichev Y.V., Shlyapin D.A., Tsyrul’nikov P.G., Bukhtiyarov V.I. // Catalysis Letters. 2008. Vol. 120. P. 204.Козьмина Е.П. Рис и его качество. М.: Колос, 1976. 400 с.Козьмина Е.П. Рис и его качество. М.: Колос, 1976. 400 с.Svergun D.I. // J. Appl. Crystallogr. 1992. Vol. 25.P. 495.Svergun D.I. // J. Appl. Crystallogr. 1992. Vol. 25.P. 495.Konarev P.V., Petoukhov M.V., Volkov V.V., Svergun D.I. // J. Appl. Cryst. 2006. Vol. 39. P. 277.Konarev P.V., Petoukhov M.V., Volkov V.V., Svergun D.I. // J. Appl. Cryst. 2006. Vol. 39. P. 277.Фенелонов В.Б. Пористый углерод. Новосибирск: Ин-т катализа СО РАН, 1995. 518 с.Фенелонов В.Б. Пористый углерод. Новосибирск: Ин-т катализа СО РАН, 1995. 518 с.Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М.: Наука, 1986. 279 с.Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М.: Наука, 1986. 279 с.

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