Development of technology for production of porous carbon-silica composites and carbon materials from rice husks and study their texture and dispersion characteristics
Abstract
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 using
approaches template synthesis.
About the Authors
Yu. V. LarichevRussian Federation
P. M. Yeletsky
Russian Federation
F. V. Tuzikov
Russian Federation
V. A. Yakovlev
Russian Federation
References
1. Liu Y., Guo Yu., Gao W.i, Wang Zh., Ma Yu., Wang Z. // J. of Cleaner Prod. 2012. Vol. 32. P.204.
2. 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.
3. 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.
4. Xiujuan G., Shurong W., Qi W., Zuogang G., Zhongyang L. // Chinese J. of Chem. Eng. 2011. Vol. 19(1). P. 116.
5. Dagnino E.P., Chamorro E.R., Romano S.D., Felissia F.E., Area M.C. // Ind. Crops and Prod. 2013. Vol. 42. P. 363.
6. Rosa S.M.L., Rehman N., de Miranda M.I.G., Nachtigall S.M.B., Bica C.I.D. // Carbohydrate Polymers. 2012.
7. Vol. 87. P. 1131.
8. Zhang H., Zhao X., Ding X., Lei H., Chen X., An D., Li Y., Wang Z. // Biores. Tech. 2010. Vol. 101. P. 1263.
9. Suxia R., Haiyan X., Jinling Z., Shunqing L., Xiaofeng H., Tingzhou L. // Carbohydrate Res. 2012. Vol. 359. P. 1.
10. Bansal N., Tewari R., Soni R., Soni S.K. // Waste Manag. 2012. Vol. 32. P. 1341.
11. Adam F., Appaturi J.N., Iqbal A. // Catal. Tod. 2012. Vol. 190. P. 2.
12. Ma X., Zhou B., Gao W., Qu Y., Wang L., Wang Z., Zhu Y. // Powd. Tech. 2012. Vol. 217. P. 497.
13. Chandrasekhar S., Pramada P.N., Raghavan P., Satyanarayana K.G., Gupta T.N. // J. of Mat. Sci. Let. 2002. Vol. 21. P. 1245.
14. Martinez V., Valencia M.F., Cruz J., Mejia J.M., Chejne F. // Ceramics Int. 2006. Vol. 32. P. 891.
15. 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.
16. Zawrah M.F., Zayed M.A., M.R.K. // J. of Hazard. Mat. 2012. Vol. 227—228. P. 250.
17. Chiew Y.L., Cheong K.Y. // Mat. Sci. and Eng. B. 2011. Vol. 176. P. 951.
18. Padhi B.K., Patnaik C. // Ceramics Int. 1995. V. 21. P. 213.
19. Umeda J., Kondoh K., Kawakami M., Imai H. // Powder Tech. 2009. Vol. 189. P. 399.
20. Panpa W., Jinawath S. // Applied Cat. B: Envir. 2009. Vol. 90. P. 389.
21. Prasetyoko D., Ramli Z., Endud S., Hamdan H., Sulikowski B. // Waste Manag. 2006. Vol. 26. P. 1173.
22. Guo Y., Rockstraw D.A. // Micropor. and Mesopor. Mat. 2007. Vol. 100. P. 12.
23. Елецкий П.М., Яковлев В.А., Каичев В.В., Языков Н.А., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 321.
24. Guo Y., Yang S., Yu K., Zhao J., Wang Z., Xu H. // Mater. Chem. and Phys. 2002. Vol. 74. P. 320.
25. Guo Y., Yang S., Fu W., Qi J., Li R., Wang Z., Xu H. // Dyes and Pigments. 2003. Vol. 56. P. 219.
26. Елецкий П.М., Яковлев В.А., Фенелонов В.Б., Пармон В.Н. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. С. 741.
27. Yeletsky P.M., Yakovlev V.A., Mel’gunov M.S., Parmon V.N. // Micropor. and Mesopor. Mat. 2009. Vol. 121. P. 34.
28. Никонов Г.К., Бурковская Л.Ф., Артамонова Н.А., Челохсаева Г.Л. // Гидрол. и лесохим. пром. 1990. Т. 7. С. 18.
29. Устинов Е.А., Фенелонов В.Б., Яковлев В.А., Елецкий П.М. // Кинетика и катализ. 2007. Т. 48. С. 629.
30. Chang Ch.-F., Chang Ch.-Y., Tsai W.-T. // Journal of Colloid and Interface Science. 2000. Vol. 232. P. 45.
31. Yoshizawa N., Maruyama K., Yamada Y., Zielinska-Blajet M. // Fuel. — 2000. Vol. 79. P. 1461.
32. Петров В.С., Симкин Ю.Я., Крылова О.К. // Химия в интересах устойчивого развития. 1996. Т. 4. С. 389.
33. 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.
34. Ahmad M.A., Wan Daud W.M.A., Aroua M.K. // Colloids and Surfaces A: Phys.Chem. Eng. Aspects. 2008. Vol. 312. P. 131.
35. Ip A.W.M., Barford J.P., McKay G. // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. P. 8909.
36. Zhang F., Ma H., Chen J., Li G.-D., Zhang Y., Chen J.-S. // Bioresource Tech. 2008. Vol. 99. P. 4803.
37. Sevilla M., Alvarez S., Centeno T.A., Fuertes A.B., Stoeckli F. // Electrochimica Acta. 2007. Vol. 52. P.3207.
38. Pak Ch., Chang H., Kim J. // Pat. US 7220697, 2007.
39. Колесников М.П. Формы кремния в растениях // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 301.
40. Захаров А.М., Беляков А.В., Цвигунов А.Н. // Стекло и керамика. 1993. № 9—10. С. 37.
41. Vassilev S.V., Baxter D., Andersen L.K., Vassileva C.G., Morgan T.J. // Fuel. 2012. Vol. 94. P. 1.
42. 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.
43. Larichev Y.V., Shlyapin D.A., Tsyrul’nikov P.G., Bukhtiyarov V.I. // Catalysis Letters. 2008. Vol. 120. P. 204.
44. Козьмина Е.П. Рис и его качество. М.: Колос, 1976. 400 с.
45. Svergun D.I. // J. Appl. Crystallogr. 1992. Vol. 25.P. 495.
46. Konarev P.V., Petoukhov M.V., Volkov V.V., Svergun D.I. // J. Appl. Cryst. 2006. Vol. 39. P. 277.
47. Фенелонов В.Б. Пористый углерод. Новосибирск: Ин-т катализа СО РАН, 1995. 518 с.
48. Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М.: Наука, 1986. 279 с.
Review
For citations:
Larichev Yu.V., Yeletsky P.M., Tuzikov F.V., Yakovlev V.A. Development of technology for production of porous carbon-silica composites and carbon materials from rice husks and study their texture and dispersion characteristics. Kataliz v promyshlennosti. 2013;(2):72-79. (In Russ.)