З метою вирішення проблеми комплексної утилізації рисової соломи відходу виробництва рису була поставлена ​​задача отримання з рослинної кремнійвміщуваних сировини зразків алюмосиликатов, перспективних для використання в якості високоефективних сорбентів. З лужних гідролізатів соломи рису різних сортів далекосхідної селекції синтезований ряд зразків алюмосиликатов натрію, досліджено вплив умов синтезу на властивості кінцевого продукту. Визначено хімічний і фазовий склад отриманих зразків, методом скануючої електронної мікроскопії встановлено морфологія часток, виміряна питома поверхня, записані ІК-спектри, вивчені термічні властивості, визначені межі термічної стабільності та ідентифіковані продукти термічних перетворень. Кислотно-основні властивості поверхні досліджені методом рН-метрії та індикаторним методом Гаммета, визначено розподіл активних центрів. На модельних водних розчинах метиленового синього встановлена ​​залежність сорбційної ємності отриманих алюмосиликатов від сорту рису і умов екстракції кремнію з соломи (тривалості лужного гідролізу). Результати дослідження розширюють можливості комплексної утилізації відходів сільського господарства з отриманням цінних продуктів і поглиблюють знання про; переробці биогенного кремнійвміщуваних сировини і механізмах сорбції поллютантов органічної природи на алюмосилікатних матеріалах.

Анотація наукової статті з хімічних наук, автор наукової роботи - Панасенко Олександр Євгенович, Борисова Поліна Дмитрівна, Ареф'єва Ольга Дмитрівна, Земнухова Людмила Олексіївна


ALUMINOSILICATES FROM RICE STRAW: OBTAINING AND SORPTION PROPERTIES

In order to solve the problem of complex utilization of rice straw waste of rice production the task was to obtain from vegetable silicon-containing raw materials samples of aluminosilicates that are promising for use as highly efficient sorbents. A series of sodium aluminosilicate samples were synthesized from alkaline hydrolysates of rice straw of various strains of Far Eastern breeding, the effect of synthesis conditions on the properties of the final product was investigated. The chemical and phase composition of the samples were determined, the particle morphology was observed by scanning electron microscopy, the specific surface area was measured, the IR spectra were recorded, the thermal properties were studied, the limits of thermal stability were determined, and the products of thermal transformations were identified. The acid-base properties of the surface were investigated by the pH-metry method and the Hammett indicator method, and the distribution of active centers was determined. The dependence of the sorption capacity of the obtained aluminosilicates on rice varieties and the conditions of the extraction of silicon from the straw (the duration of alkaline hydrolysis) was established on model aqueous solutions of methylene blue. The results expand the possibilities of comprehensive utilization of agricultural wastes with obtaining valuable products and deepen knowledge about the processing biogenic silicon-containing raw materials and the sorption mechanisms of organic pollutants on aluminosilicate materials.


Область наук:
  • хімічні науки
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Хімія рослинної сировини
    Наукова стаття на тему 'Алюмосилікати із соломи РИСУ: ОТРИМАННЯ І сорбційних властивостей'

    Текст наукової роботи на тему «Алюмосилікати із соломи РИСУ: ОТРИМАННЯ І сорбційних властивостей»

    ?Хімія рослинної сировини. 2019. №3. С. 291-298. DOI: 10.14258 / jcprm.2019034278

    УДК 633.584.6: 661.68

    Алюмосилікати із соломи РИСУ: ОТРИМАННЯ І сорбційних властивостей

    © О.Є. Панасенко1 ', П.Д. Борісова1, О.Д. Арефьева12, Л.А. Зелшухова1

    1 Інститут хімії ДВО РАН, пр.100-річчя Владивостока, 159, Владивосток, 690022 (Росія) e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. 2Дальневосточнийо федеральний університет, вул. Суханова, 8, Владивосток, 690090 (Росссія)

    З метою вирішення проблеми комплексної утилізації рисової соломи - відходу виробництва рису - була поставлена ​​задача отримання з рослинної кремнійвміщуваних сировини зразків алюмосиликатов, перспективних для використання в якості високоефективних сорбентів. З лужних гідролізатів соломи рису різних сортів далекосхідної селекції синтезований ряд зразків алюмосиликатов натрію, досліджено вплив умов синтезу на властивості кінцевого продукту. Визначено хімічний і фазовий склад отриманих зразків, методом скануючої електронної мікроскопії встановлено морфологія часток, виміряна питома поверхня, записані ІК-спектри, вивчені термічні властивості, визначені межі термічної стабільності та ідентифіковані продукти термічних перетворень. Кислотно-основні властивості поверхні досліджені методом рН-метрії та індикаторним методом Гам-мета, визначено розподіл активних центрів. На модельних водних розчинах метиленового синього встановлена ​​залежність сорбційної ємності отриманих алюмосиликатов від сорту рису і умов екстракції кремнію з соломи (тривалості лужного гідролізу). Результати дослідження розширюють можливості комплексної утилізації відходів сільського господарства з отриманням цінних продуктів і поглиблюють знання про переробку биогенного кремнійвміщуваних сировини і механізмах сорбції поллютантов органічної природи на алюмосилікатних матеріалах.

    Ключові слова: солома рису, рослинна сировина, алюмосилікати, сорбційні властивості.

    Вступ

    Алюмосилікати виділяються серед інших класів неорганічних сполук і представляють інтерес в першу чергу за рахунок різноманітності функціональних властивостей, які залежать від як від структури, так і від хімічного складу, який може варіювати в широкому діапазоні [1]. Найбільш значущі недоліки природних силікатів - низька питома поверхня і мінливість хімічного і фазового складу в межах одного родовища. Синтетичні алюмосилікати по ряду показників перевершують природні аналоги, до їх достоїнств можна віднести постійний склад і відсутність домішок. При цьому хімічний і фазовий склад синтетичних алюмосилікатів в великій мірі визначається методикою отримання і вихідною сировиною [2]. У зв'язку з цим особливий інтерес в якості кремнійвміщуваних сировини представляють відходи переробки кремнефільних сільськогосподарських культур, наприклад рису. Обсяги утворення рисової соломи в 2017 р склали понад 750 млн т [3] і в усьому світі гостро стоїть проблема її

    -; - ~ -: - утилізації, яка здійснюється преимуще-

    Панасенко Апександр Євгенович - завідувач - r г

    лабораторією хімії рідкісних металів, кандидат ного шляхом спалювання. При цьому утворюється

    хімічних наук, e-mail: panasenko®? ich.dvo.ru зола, що представляє собою діоксид кремнію раз-

    Борисова Поліна Дмитрівна - інженер лабораторії особистої ступеня чистоти. Однак маловивченою

    хімії рідкісних металів, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Ареф'єва Ольга Дмитрівна - доцент кафедри хімічних і ресурсозберігаючих технологій, кандидат хімічних наук, e-mail: arefeva.od (a! dvfu.ru

    залишається можливість отримання з рослинної сировини алюмосиликатов, які перевершують кремнезем, наприклад, при використанні в якост-

    Земнухова Людмила Апексеевна - головний науковий стве селективних сорбентів [4].

    співробітник лабораторії хімії рідкісних металів, доктор Основне застосування як природні, так і

    хімічних наук, e-mail: laz®? ich.dvo.ru синтетичні алюмосилікати знаходять в якості

    * Автор, з яким слід вести листування.

    різних сорбентів, носіїв каталізаторів і іонообмінних матеріалів [5, 6]. Їх важливою характеристикою є кислотно-основні властивості, в яких виявляються практично всі фундаментальні параметри і функціональні властивості твердої речовини [7]. Знання складу і змісту активних центрів дозволяє прогнозувати реакційну і сорбционную здатність поверхні по відношенню до Поллі-ТАНТА різної природи (іони важких металів і органічні барвники).

    Мета цієї роботи - синтез алюмосилікатів з лужних гідролізатів рисової соломи, дослідження кислотно-лужного стану поверхні отриманих зразків і сорбційної здатності по відношенню до метиленового синього.

    експериментальна частина

    Як джерело кремнію для отримання алюмосиликатов використовували солому рису (Oryza sativa) сортів далекосхідної селекції, створених в ПрімНІІСХ (Приморський край, п. Тимирязевский) врожаю 2017 р сортів Ханкайский-429 (зольний залишок 15.2%), Дарій-23 (13.8% ), Луговий (13.7%) і Діброва (14.3%). Зміст зольного залишку визначали за методикою [8], випалюючи навішення сировини при 600 ° С на повітрі. Для екстракції кремнію рисову солому (PC) обробляли 1 М розчином NaOH (співвідношення Т: Ж = 1: 13) при температурі 90 ° С протягом фіксованого часу (20, 40 або 60 хв). Отриманий гідро-лизат відокремлювали фільтруванням від твердого целюлозного залишку і додавали до нього насичений водний розчин сірчанокислого алюмінію АЬ ^ Про ^ з '^ НГО, взятий в мольному співвідношенні Al: Si = 1: 3. Далі значення рН реакційної суміші доводили до нейтрального значення розчином соляної кислоти, згідно [9]. Осад відокремлювали фільтруванням, промивали водою, сушили при температурі 105 ° С, подрібнювали до розміру часток 0.25 мм. Вихід твердого продукту становить 12-14% від маси вихідної сировини, в залежності від сорту рослини. Як зразок порівняння використовували синтезований з реактивів алюмосиликат KAlShOxV / bbO. властивості якого вивчені в [10].

    Елементний аналіз виконували методом енергодисперсійного рентгенофлуоресцентної спектроскопії на спектрометрі Shimadzu EDX 800 HS (Японія), результати аналізу представлені в таблиці 1. Морфологию зразків вивчали на скануючому електронному мікроскопі Phenom ProX (Нідерланди). ІК-спектри поглинання реєстрували в області 400-4000 см4 в броміді калію на Фур'є-спектрометрі Bruker Vertex 70 (Німеччина). Рентгенівські дифрактограми записували на дифрактометрі Bruker D8 Advance (Німеччина) в Сі Ka-випромінюванні. Ідентифікацію фаз проводили з використанням програми EVA по базі даних PDF-2. Термічний аналіз був виконаний на дериватографе MOM Q-1000, швидкість нагріву 5 К / хв, в якості зразка порівняння використовували оксид алюмінію, прожарений при 1000 ° С. Питому поверхню (S3Vl) визначали методом БЕТ по адсорбції азоту на приладі «Сорбтометри-М».

    Кислотно-основні властивості поверхні сорбентів вивчали методом рН-метрії, що дозволяє оцінити інтегральну кислотність поверхні. Параметрами, котрі характеризують кислотно-лужний стан поверхні, були обрані значення рН суспензії після контакту зразка з водою. За величиною рН судили про силу первинних Льюісовского кислотних або основних центрів на поверхні [12]. Аналіз поверхні зразків алюмосиликатов проводили методом адсорбції кислотно-основних індикаторів (метод Гаммета [11]) з використанням 13 індикаторів зі значеннями рКа в інтервалі від -0,29 до +16,80. За отриманими значеннями були побудовані криві розподілу центрів адсорбції індикаторів на поверхні алюмосилікатів.

    Для дослідження сорбційних властивостей синтезованих образів при кімнатній температурі по відношенню до метиленового синього (МС) до 8 навішування зразка додавали розчин барвника (співвідношення сорбент - розчин 1: 200) концентрації 80.8-841.6 мг / л і перемішували на Шейкер-Перевертач протягом 40 хв при швидкості 30 об / хв. Після перемішування суспензію центрифугували, оптичну щільність розчину вимірювали на спектрофотометрі ЗОМЗ КФК-3-01 (Росія) при довжині хвилі 657 нм в кюветах з товщиною поглинаючого світло шару 10 мм.

    Обговорення результатів

    Склад синтезованих алюмосиликатов за результатами елементного аналізу відповідає Алюмосилікати натрію з домішкою калію (табл. 1). Наявність калію пояснюється його присутністю в рослинних тканинах [12]. Прожарювання алюмосиликатов при 1000 ° С призводить до втрати 25-43% маси. було досліджено

    вплив умов обробки рисової соломи на сорбційні властивості зразків в залежності від тривалості проведення лужного гідролізу. Для синтезу зразка 3 гідроліз проводили при 90 ° С протягом 60 хв. Додатково були отримані зразки 5 і 6 з соломи того ж сорту, але з тривалістю гідролізу 40 і 20 хв відповідно (табл. 1). Склад всіх трьох зразків схожий між собою. Втрати при прожарюванні склали від 23 до 32%.

    Частинки алюмосиликатов представляють собою агломерати изометричной форми (рис. 1а) розміром близько 70 мкм, складені з більш дрібних утворень, розміром близько 1 мкм (рис. 16). В цілому морфологія отриманого матеріалу типова для аморфних кремнийсодержащих продуктів.

    ІК-спектри зразків алюмосиликатов рослинного походження подібні між собою. У всіх спектрах спостерігаються смуги поглинання, що відповідають валентним і деформаційних коливань зв'язків О-Н адсорбированной і зв'язаної води з максимумами в області 3431 і 1641 см4 (рис. 2а). Також в спектрах зразків присутні смуги поглинання в області 1014, 588 і 442 см4, що відповідають асиметричним валентним, симетричним валентним і деформаційних коливань зв'язків 81-0 відповідно [14]. Специфічним для алюмосилікатів є наявність смуги, характерною саме для алюмосиликатов при 700 см4, що відповідає коливанням зв'язків А1-0-81, а також положення смуги поглинання при 1014 см4, що відповідає асиметричним валентним коливанням зв'язку 81-0. В аналогічному за складом алюмосиликате КА ^ ьох-яЬЬО. синтезованому з реактивів [10], ця смуга зміщена в область 1072 см4 (рис. 26), а в спектрі кремнезему - в область 1107 см4 [14]. Присутність в ІК спектрі смуги в області 860 см4 вказує на наявність силанольних груп 81-ОН.

    Таблиця 1. Характеристика отриманих алюмосиликатов, в залежності від сорту рису

    і тривалості лужного гідролізу соломи

    Продовж- Зміст елементів за даними ЕБХ,

    Зразок Сорт рису ність гид- мас. % М: А1 81 * П.п.п ",%

    Роліз, хв До N3 А1

    1 Ханкайский-42 9 60 3.16 16.36 39.05 41.43 0.54 1 1.02 24.98

    2 Дарій-23 60 2.94 18.76 33.82 44.46 0.71 1 1.26 30.68

    3 Луговий 60 2.15 17.66 31.08 50.22 0.72 1 1.56 31.74

    4 Діброва 60 3.11 17.28 31.08 47.94 0.72 1 1.47 43.35

    5 Луговий 40 3.49 4.65 35.05 50.75 0.22 1 1.39 23.50

    6 Луговий 20 2.14 8.88 33.52 35.86 0.35 1 1.03 29.18

    Примітки. * Мольное співвідношення; ** п.п.п. - втрати при прожарюванні, 1000 ° С

    Мал. 1. Мікрофотографії зразків 3 (а) і 4 (б) (нумерація по табл. 1)

    Мал. 2. ІК спектри: а - зразок 3 (алюмосилікат з РС Луговий); б - алюмосилікат КА181з08 пНгО

    4000

    3600

    3200

    7800

    ?400

    РООП

    Вппнгтпр чмппг) гм

    Мал. 3. Рентгенограми зразка 2 (нумерація по табл. 1): вихідного (а), після прожарювання при 1000 ° С (б) і лінії, відповідні рефлексам нефелина КаА18Ю4 (запис 00-035-0424 в базі даних РБР-2)

    Синтезовані алюмосилікати рентгеноаморфни, на рентгенограмі спостерігається розмите гало з максимумом близько 28 градусів (рис. За). Термічний аналіз зразків 3 і 4 показує, що в обох зразках видалення води починається приблизно при 40 ° С, і в основному закінчується до 220 ° С (рис. 4). Втрата маси для зразків 3 і 4 становить 15.3%. Вище 220 ° С починається окислення органічної компоненти, що супроводжується екзоеффектом на кривій ДТА. Для зразка 3 максимум кривої ДТА знаходиться при 280 ° С, що відповідає некристалічні або слабокрісталлізованной целюлозі. Для зразка 4 також спостерігається максимум при 280 ° С, а також є другий максимум при 320 ° С, який, ймовірно, пов'язаний з окисленням ароматичних з'єднань, наприклад, лігніну. Невеликий максимум на кривій ДТА в районі 600-620 ° С спостерігається для обох зразків і пов'язаний з окисленням карбонизовані залишку. Подальше прожарювання призводить до кристалізації залишку, на рентгенограмі видно набір чітких рефлексів, відповідних нефеліном КаА18Ю4 (рис. 36).

    Для оцінки можливості використання отриманих алюмосиликатов в якості сорбентів речовин різної природи попередньо досліджували кислотно-основні властивості їх поверхні методом Гам-мета і рН-метрії.

    Визначальним фактором при зміні рН в початковий момент часу є взаємодія молекул води з поверхнею зразка і їх дисоціація за основним або кислотному типу, в залежності від того, який вид апротонних центрів переважає на поверхні [15]. При взаємодії молекул води з поверхнею зразків алюмосиликатов спостерігається збільшення значень рН, що говорить про присутність на поверхні основних центрів Льюїса.

    10 20 30 40 50 60 70

    20, град

    про

    200

    400

    600

    0

    200

    400

    600

    Температура, ° С

    Температура, ° С

    Мал. 4. Термограмми зразків 3 (а) і 4 (б) (нумерація по табл. 1)

    Однак кінетичний варіант рНметріі, незважаючи на його інформативність, дозволяє оцінити зміну середньої кислотності поверхні, як прояв сумарного ефекту взаємодії з водою двох сукупностей центрів - кислот і підстав (як Льюїса, так і Бренстеда). Найбільш повну інформацію про поверхні твердого тіла дає розподіл активних центрів, що дозволяє констатувати наявність або відсутність певних груп центрів адсорбції [15].

    Дослідження поверхні зразків методом Гаммета показало, що поверхня зразків алюмосиликатов з соломи рису не є інертною. На їх поверхні присутня сукупність центрів Льюїса і Бренстеда як кислотного, так і основного типів. В спектрах розподілу центрів адсорбції індикаторів на поверхні алюмосилікатів, отриманих з рисової соломи, присутні 3 основних смуги, що описують активні центри (рис. 5): бренстедовскіе кислотні (рКа +2.5), слабокислотні (рКа +6.4), а також льюїсовськие кислотні (рКа +16.8) центри.

    Бренстедовскіе кислотні центри з рКа +2.5 найімовірніше відповідають силанольная групам = 81-ОН [16]. Центри адсорбції з рКа +6.4 характеризуються тим, що не виявляють ні основних, ні кислотних властивостей, завдяки рівності зв'язків Е-О і О-Н [17]. Наявність на поверхні слабких бренстедовскіх центрів відповідає ОН-груп має іншу природу (наприклад, = 81 (ОН) 2, -А1 (ОН) 2) [16]. Льюїсовськие кислотні центри при рКа +16.8 є координаційно-ненасичені поверхневі атоми алюмінію з локалізованим позитивним зарядом.

    Як випливає з малюнка 5, найбільша кількість активних центрів зосереджено в області рКа = 16.8, тобто поверхню досліджених алюмосиликатов є кислотою Льюїса, тобто акцептором електронної пари. Виходячи з цього сорбційні властивості одержаних алюмосиликатов досліджували по відношенню до з'єднань з неподіленими електронними парами, а саме гетероциклическим барвників. Використовували модельні розчини метиленового синього (МС) [18, 19], ізотерми сорбції (рис. 6) були лінеаризоване в координатах рівнянь Ленгмюра. Отримані коефіцієнти апроксимації мають високі значення, що свідчать про те, що в дослідженій системі відбувається адсорбція по монслойному механізму на активних центрах. За рівняння Ленгмюра були розраховані ємність адсорбційного моношару і питома поверхня (вважаючи площа однієї молекули МС на поверхні 187,5 А2, табл. 2).

    Дт02, ммоль / г

    Мал. 5. Розподіл центрів адсорбції індикаторів на поверхні алюмосилікатів (нумерація зразків по табл. 1)

    30 25 20 15 10 5

    2

    -2 0

    2

    6

    10

    14

    18 рКа

    Таблиця 2. Значення сорбційної ємності і питомої поверхні зразків алюмосиликатов натрію

    Зразок алюмосилікат натрію Сорт рису і тривалість лужного гідролізу соломи Сорбционная ємність по МС, мг / г Sya, м2 / г

    1 Ханкайский-429, 60 хв 32,9 154,0

    2 Дарій-23, 60 хв 31,9 166,3

    3 Луговий, 60 хв 103,9 366,6

    4 Діброва, 60 хв 46,6 165,8

    5 Луговий, 40 хв 47,1 116,2

    6 Луговий, 20 хв 43,6 112,8

    Мал. 6. Ізотерми сорбції метиленового синього зразками алюмосиликатов натрію (нумерація по табл. 1)

    З таблиці 2 випливає, що сорбційна ємність зразків по МС залежить як від сорту рису, солома якого була використана в якості сировини, так і від тривалості лужного гідролізу соломи. З усіх сортів рису використання РС сорти Луговий як джерело кремнію дозволяє отримати алюмосиликат натрію з найбільшою сорбційною ємністю. При цьому найкращий результат досягається при тривалості лужного гідролізу 60 хв. Зменшення тривалості гідролізу до 40 або 20 хвилин різко знижує сорбційні властивості одержаних алюмосиликатов.

    Для алюмосилікат з найбільшою сорбційною ємністю (зразок 3) була визначена величина питомої поверхні по сорбції азоту методом БЕТ. Ця величина збігається з 8уд, визначеної за сорбції МС - в обох випадках 8уд становить 367 м2 / г. Такий збіг підтверджує коректність використаної моделі сорбції.

    висновок

    Отримані в роботі зразки алюмосиликатов мають склад, відповідний співвідношенню М: А1: 0.21-0.35: 1: 1.02-1.56. Частинки матеріалу ізометрічниє, розміром близько 70 нм. Вихід алюмосиликатов становить 12-14% від маси вихідної соломи. Зразки рентгеноаморфние, прожарювання при 1000 ° С призводить до їх кристалізації з утворенням фази нефелина ИаА15Ю4. Вивчено розподіл кислотно-основних центрів адсорбції на поверхні зразків, встановлено наявність бренстедовскіх кислотних (рКа +2.5), слабокислотних (рКа +6.4), а також льюїсовських кислотних (рКа +16.8) центрів. Показано, що процес адсорбції метиленового синього описується рівнянням Ленгмюра, сорбційна ємність отриманих алюмосиликатов варіює в діапазоні 32-104 мг / г залежно від сорту рослини. Найкращими сорбційні властивості по відношенню до МС має алюмосиликат, синтезований з лужного гід-ролізата соломи рису сорту Луговий, а оптимальна тривалість гідролізу становить 60 хв.

    Список літератури

    1. Шульц М.М. Силікати в природі і практиці людини. Л., 1997. 197 с.

    2. Sembiring S., Simanjuntak W., Manurung P., Asmi D., Low I.M. Synthesis and characterisation of gel-derived mullite precursors from rice husk silica // Ceramics International. 2014. Vol. 40. Pp. 7067-7072.

    3. Satlewal A., Agrawal R., Bhagia S., Das P., Ragauskas A.J. Rice straw as a feedstock for biofuels: Availability, recalcitrance, and chemical properties // Boifuels, Bioproducts and Biorefining. 2017. Vol. 12, no. 1. Pp. 83-107. DOI: 10.1002 / bbb.l818.

    4. Borai E., Harjula R., Malinen L., Paajanen A. Efficient removal of cesium from low-level radioactive liquid waste using natural and impregnated zeolite minerals // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 172, no. 1. Pp. 416 ^ 22.

    5. Захаров O.H. Екструдовані сорбенти на основі природних алюмосилікатів для очищення рослинних масел: автореф. дис ... канд. техн. наук. Іваново, 2009. 16 с.

    6. Shoumkova A. Zeolites for water and wastewater treatment: An overview // Australian Institute of High Energetic Materials Bulletin. 2011. Vol. 2. Pp. 10-70.

    7. Танабе К. Тверді кислоти і підстави. М., 1973. 156 с.

    8. Земнухова Л.А., Панасенко А.Е., Цой Е.А., Федоршцева Г.А., Шапкін Н.П., Артемьянов А.П., Майоров В.Ю. Склад і будова зразків аморфного кремнезему, отриманих з лушпиння і соломи рису // Неорганічні матеріали. 2014. Т. 50, №1. С. 82-89.

    9. Патент 2548421 (РФ). Спосіб отримання алюмосиликатов натрію або калію з кремнійвміщуваних рослинної сировини / Л.А. Земнухова, Г.А. Федоршцева, Е.А. Цой, О.Д. Ареф'єва. 2015.

    10. Gordienko P.S., Yarusova S.B., Shabalin I.A., Zheleznov V.V., Zarubina N.V., Bulanova S.B. Sorption properties of nanostructured potassium aluminosilicate // Radiochemistry. 2014. Vol. 56, no. 6. Pp. 607-613.

    11. Мінакова T.C., Адсорбційні процеси на поверхні твердих тіл: навчальний посібник. Томськ, 2007. 248 с.

    12. Земнухова Л.А., Полякова Н.В., Федоршцева Г.А., Цой Е.А. Елементний склад зразків аморфного кремнезему біогенного походження // Хімія рослинної сировини. 2013. №1. С. 209-214.

    13. Чукин Г. Д. Хімія поверхні і будова дисперсного кремнезему. М., 2008. 172 с.

    14. ZulkifliN.S.C., Ab Rahman I., Mohamad D., Husein A. A green sol-gel route for the synthesis of structurally controlled silica particles from rice husk for dental composite filler // Ceram. Int. 2013. Vol. 39. Pp. 4559 ^ 567.

    15. Пахнутова E.A., Слиж Ю.Г. Кислотно-основні властивості поверхні газохроматографічних сорбентів з прищепленими шарами хелатов металів // Журнал фізичної хімії. 2014. Т. 88, №7-8. С. 1228-1232.

    16. Голубєва О.Ю. Пористі алюмосилікати з шаруватою і каркасною структурою: синтез, властивості і розробка композиційних матеріалів на їх основі для вирішення завдань медицини, екології та каталізу: автореф. ... докт. хім. наук. СПб., 2016. 37 с.

    17. Слиж Т.Н., Матвєєва Т.М., Мінакова Т.С. Кислотно-основні властивості поверхні газохроматографічних сорбентів, модифікованих ацетилацетонату металів // Журнал фізичної хімії. 2012. Т. 86, №3. С. 534-538.

    18. Sheng J., Xie Y., Zhou Y. Adsorption of methylene blue from aqueous solution on pyrophyllite // Applied Clay Science. 2009. Vol. 46. ​​Pp. 422-424.

    19. Bestani В., Benderdouche N., Benstaali В., Belhakem M., Addou A. Methylene blue and iodine adsorption onto an activated desert plant // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. Pp. 8441-8444.

    Надійшла до редакції 18 липня 2018 р.

    Після переробки 4 березня 2019 р.

    Прийнята до публікації 8 квітня 2019 р.

    Для цитування: Панасенко А.Е., Борисова П.Д., Ареф'єва О.Д., Земнухова Л.А. Алюмосилікати з соломи рису: отримання і сорбційні властивості // Хімія рослинної сировини. 2019. №3. С. 291-298. DOI: 10.14258 / jcprm.2019034278.

    Panasenko A.E.1-2 *, Borisova P.D.1, Arefieva O.D.12, Zemnukhova L. A.12 ALUMINOSILICATES FROM RICE STRAW: OBTAINING AND SORPTION PROPERTIES

    institute of Chemistry, Far-Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, 100-letiya Vladivostoka av., 159, Vladivostok, 690022 (Russia) e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    2Far Easten Federal University, ul. Sukhanova, 8, Vladivostok, 690090 (Russia), Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    In order to solve the problem of complex utilization of rice straw - waste of rice production - the task was to obtain from vegetable silicon-containing raw materials samples of aluminosilicates that are promising for use as highly efficient sorbents. A series of sodium aluminosilicate samples were synthesized from alkaline hydrolysates of rice straw of various strains of Far Eastern breeding, the effect of synthesis conditions on the properties of the final product was investigated. The chemical and phase composition of the samples were determined, the particle morphology was observed by scanning electron microscopy, the specific surface area was measured, the IR spectra were recorded, the thermal properties were studied, the limits of thermal stability were determined, and the products of thermal transformations were identified. The acid-base properties of the surface were investigated by the pH-metry method and the Hammett indicator method, and the distribution of active centers was determined. The dependence of the sorption capacity of the obtained aluminosilicates on rice varieties and the conditions of the extraction of silicon from the straw (the duration of alkaline hydrolysis) was established on model aqueous solutions of methylene blue. The results expand the possibilities of comprehensive utilization of agricultural wastes with obtaining valuable products and deepen knowledge about the processing biogenic silicon-containing raw materials and the sorption mechanisms of organic pollutants on aluminosilicate materials. Keywords: rice straw, plant raw materials, aluminosilicates, sorption properties.

    References

    1. Shul'ts M.M. Silikaty v prirode ipraktike cheloveka. [Silicates in nature and human practice], Leningrad, 1997, 197 p. (InRuss.).

    2. Sembiring S., Simanjuntak W., Manurung P., Asmi D., Low I.M. Ceramics International, 2014 року, vol. 40, pp. 7067-7072.

    3. Satlewal A., Agrawal R., Bhagia S., Das P., Ragauskas A.J. Boifuels, Bioproducts andBiorefming 2017, vol. 12, no. 1, pp. 83-107. DOI: 10.1002 / bbb.l818.

    4. Borai E., Haijula ​​R., Malinen L., Paajanen A. Journal of Hazardous Materials 2009, vol. 172, no. 1, pp. 416 ^ 122.

    5. Zakharov O.N. Ekstrudirovannyye sorbenty na osnoveprirodnykh alyumosilikatov dlya ochistki rastitel'nykh masel: avtoref-erat dissertatsii kandidata tekhnicheskikh nauk. [Extruded sorbents based on natural aluminosilicates for the purification of vegetable oils: abstract of the dissertation of the candidate of technical sciences], Ivanovo, 2009,16 p. (InRuss.).

    6. Shoumkova A. Australian Institute of High Energetic Materials Bulletin, 2011, vol. 2. pp. 10-70.

    7. Tanabe K. Tverdyye kisloty i osnovaniya. [Solid acids and bases], Moscow, 1973, 156 p. (In Russ.).

    8. Zemnukhova L.A., Panasenko A.Ye., Tsoy Ye.A., Fedorishcheva G.A., Shapkin N.P., Artem'yanov A.P., Mayorov V.YU. Neorganicheskiye materialy, 2014 року, vol. 50, no. 1, pp. 82-89. (In Russ.).

    9. Patent 2548421 (RU). 2015. (in Russ.).

    10. Gordienko P.S., Yarusova S.B., Shabalin I.A., Zheleznov V.V., Zarubina N.V., Bulanova S.B. Radiochemistry, 2014 року, vol. 56, no. 6, pp. 607-613.

    11. Minakova T.S. Adsorbtsionnyye protsessy na poverkhnosti tverdykh tel. Adsorption processes on the surface of solids. Tomsk, 2007, 248 p. (In Russ.).

    12. Zemnukhova L.A., PolyakovaN. V., Fedorishcheva G.A., Tsoy Ye.A. Khimiya rastitel'nogo syr'y, 2013, no. 1, pp. 209-214. (InRuss.).

    13. Chukin G.D. Khimiya poverkhnosti i stroyeniye dispersnogo kremnezema. [Surface chemistry and structure of dispersed silica], Moscow, 2008, 172 p. (InRuss.).

    14. Zulkifli N.S.C., Ab Rahman I., MohamadD., Husein A. Ceram. Int., 2013, vol. 39, pp. 4559 ^ 567.

    15. Pakhnutova Ye.A., Slizhov YU.G. Zhurnalfizicheskoy khimii, 2014 року, vol. 88, no. 7-8, pp. 1228-1232. (In Russ.).

    16. Golubeva O.YU. Poristyye alyumosilikaty so sloistoy i karkasnoy strukturoy: sintez, svoystva i razrabotka kompozitsionnykh materialov na ikh osnove dlya resheniya zadach meditsiny, ekologii i kataliza: avtoreferat doktora khimicheskikh nauk. [Porous aluminosilicates with a layered and frame structure: synthesis, properties and development of composite materials based on them for solving problems of medicine, ecology and catalysis: abstract of a doctor of chemical sciences], St. Petersburg, 2016, 37 p. (In Russ.).

    17. Slizhov T.N., Matveyeva T.N., Minakova T.S. Zhurnal fizicheskoy khimii 2012, vol. 86, no. 3, pp. 534-538. (In Russ.).

    18. Sheng J., Xie Y., Zhou Y. Applied Clay Science 2009, vol. 46, pp. 422 ^ 124.

    19. Bestani B., Benderdouche N, Benstaali B., BelhakemM., Addou A. Bioresource Technology, 2008, vol. 99, pp. 8441-8444.

    Received July 18, 2018 Revised March 4, 2019 Accepted April 8, 2019

    For citing: Panasenko A.E., Borisova P.D., Arefieva O.D., Zemnukhova L.A. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2019, no. 3, pp. 291-298. (InRuss.). DOI: 10.14258 / jcprm.2019034278.

    * Corresponding author.


    Ключові слова: СОЛОМА РИСУ / рослинна сировина / алюмосилікати / сорбційних властивостей / RICE STRAW / PLANT RAW MATERIALS / ALUMINOSILICATES / SORPTION PROPERTIES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити