Carbon activat din deșeurile de plante medicinale din China, prin activarea H3PO4
1 Laboratorul cheie Hubei pentru controlul poluării cu vapori industriali și praf, Școala de inginerie chimică și de mediu, Universitatea Jianghan, Wuhan 430056, China
Abstract
Cantități mari de deșeuri de plante medicinale din China produse de factorii medicinali au fost în principal depozitate ca deșeuri. În acest studiu, prin activarea acidului fosforic, o deșeuri de medicamente din plante chinezești Magnolia officinalis (CHMW-MO) a fost preparat pentru cărbune activ (CHMW-MO-AC). A fost investigat efectul condițiilor de preparare (raportul de impregnare acid fosforic/CHMW-MO, temperatura de activare și timpul) de cărbune activ asupra randamentului de CHMW-MO-AC. Suprafața și textura poroasă a CHMW-MO-ACs au fost caracterizate prin adsorbție de azot la 77 K.
și volumul porilor au fost atinși la valoarea lor cea mai mare de 920 m 2/g, respectiv 0,703 cm 3/g. Analiza gravitației termice și scanarea imaginilor microscopului electronic au arătat că CHMW-MO-AC au o rezistență termică ridicată și o dezvoltare a porilor. Rezultatele au indicat faptul că CHMW-MO este un bun material precursor pentru prepararea cărbunelui activ, iar CHMW-MO-AC cu volum bine dezvoltat de mezopor poate fi preparat prin activarea H3PO4.
1. Introducere
Cantități mari de deșeuri medicinale din plante chinezești (CHMW) produse ca subproduse în procesul farmaceutic al medicamentelor tradiționale chineze brute cauzează probleme serioase de eliminare a deșeurilor solide în China. Datorită absenței unor metode adecvate de eliminare, CHMW-urile sunt în principal depozitate sau, în mod opțional, sunt eliminate ca deșeuri solide. Deci, CHMW-urile au fost propuse pentru compostare de către unii cercetători, dar CHMW-urile sunt sărace în nutrienți ca îngrășăminte, dar abundente în celuloză, hemiceluloză și lignină, care sunt de obicei dificil de digerat sau degradat în compostare [1]. Prin urmare, este necesar să se ofere o soluție rentabilă, cu valoare adăugată ridicată și inovatoare la problemele cauzate de CHMW.
Pentru CHMW, o posibilă utilizare este transformarea acestuia în cărbune activ. Deși a fost investigat cărbunele activ preparat din subproduse agroindustriale, în literatura de specialitate nu există cercetări sistematice privind cărbunele activ preparat din CHMW. Pentru studiul său de fezabilitate privind prepararea cărbunelui activ, CHMW din Magnolia officinalis (MO) (denumit prin CHMW-MO) ca un precursor pentru un preparat de cărbune activ cu costuri reduse a fost investigat în această lucrare. Datorită procesului său simplu într-un singur pas, a temperaturii de activare mai scăzute, a randamentului mai mare, a timpului de activare mai scurt și a dezvoltării mai mari a porozității [2, 3], activarea acidului fosforic a fost recunoscută pe scară largă pentru producția de cărbune activ din materiale lignocelulozice. Deci, în hârtie, acidul fosforic a fost utilizat ca agent de activare pentru prepararea cărbunelui activ din CHMW-MO. Și au fost studiate efectele concentrației de acid fosforic, a temperaturii de activare și a raportului de impregnare și a timpului de activare asupra randamentului de CHMW-MO-AC. Rezultatele au arătat că aceasta este o abordare promițătoare pentru prepararea cărbunelui activ.
2. Materiale și metode
2.1. Materiale
După filtrare, amestecul a fost deshidratat la 105 ° C în cuptor peste noapte până când s-a ajuns la greutatea constantă a amestecului; apoi a fost carbonizat și activat simultan în interiorul unui reactor orizontal complet sigilat cu tub de cuarț (40 milimetri în diametru și 1500 milimetri înălțime) sub un debit de azot de înaltă puritate (99,99%) de 120 ml min -1, la temperaturi finale în intervalul de 350 –550 ° C și timpul de activare pentru 35, 50 și respectiv 65 de minute. Odată ce s-a atins timpul de activare, încălzirea a fost oprită și apoi fluxul de gaz a fost continuat pentru a răci tubul de cuarț până la temperatura camerei. După răcire, produsul activ a fost scos și spălat cu apă deionizată pentru a îndepărta substanța chimică rămasă până când soluția spălată a devenit neutră. Cărbunele activ a fost uscat la 105 ° C timp de 12 ore. Ulterior, cărbunele activ a fost cântărit și depozitat în recipiente de plastic pentru studii suplimentare. Toate experimentele au fost repetate de 3 ori. Randamentul CHMW-MO-AC este definit ca raportul dintre greutatea cărbunelui activ final
la cea a CHMW-MO uscat (
2.3. Caracterizarea carbonelor activate
Pentru o evaluare a comportamentelor termice ale MO, CHMW-MO și CHMW-MO-AC preparate la diferite rapoarte de impregnare, a fost utilizat un analizor Netzsch STA-409 pentru a efectua caracteristicile comportamentului analizei gravitației termice (TGA). Aproximativ 10 mg din probă au fost încălzite la o temperatură finală de 900 ° C la o rată de încălzire de 10 ° C min -1 sub flux de azot gazos pentru a asigura o atmosferă inertă în sistem. Rata scăzută de încălzire de 10 K min -1 a fost utilizată în test pentru a minimiza diferența de temperatură între camera TGA și probă și, de asemenea, pentru a menține proba suficient timp la un anumit interval de temperatură, astfel încât să se poată obține un comportament termic perceptibil.
Suprafața BET și mărimea porilor CHMW-MO-ACs au fost determinate prin adsorbție N2 la 77 K folosind un analizor de suprafață (Micromeritics, ASAP 2020). Înainte de măsurătorile de adsorbție a gazului, carbonul a fost degazat la 200 ° C într-o stare de vid timp de 24 de ore. Izotermele de adsorbție a azotului au fost măsurate la o presiune relativă (
) variază de la aproximativ 0,005 până la 0,985.
A fost observată o morfologie a probei utilizând un microscop electronic cu scanare (SEM, model JEOL 5400). Suprafața probei a fost acoperită cu Au - Pd pentru a preveni încărcarea electrică în timpul examinării. Imaginea a fost realizată în modul de vid ridicat sub o tensiune de accelerare de 15 kV, folosind electroni secundari.
3. Rezultate și discuții
3.1. Proprietatea CHMW-MO
Analizele, proximale și finale ale CHMW-MO sunt date în Tabelul 2. Componentele MO și CHMW-MO sunt prezentate și în Tabelul 2.
Rezultatele analitice arată că CHMW-MO are un conținut ridicat de carbon de aproximativ 48,51% și un conținut scăzut de cenușă. Aceste rezultate indică faptul că CHMW-MO este potrivit pentru a fi utilizat ca precursor pentru prepararea cărbunelui activ, datorită conținutului său redus de anorganici și a conținutului ridicat de carbon. Cantitatea de CHMW-MO a fost mai mică de 3 m 2/g. Comparând conținutul de cenușă al CHMW-MO și MO, conținutul de cenușă al CHMW-MO a scăzut brusc de la 6,20 la 2,84%.