На территории Сибири и Дальнего Востока имеются большие массивы леса, погибшего от сибирского шелкопряда. Эти неживые леса представляют большую пожарную и экологическую опасность, поэтому утилизация древесины пораженной сибирским шелкопрядом - актуальная проблема, в том числе для производства углеродных материалов.
В Красноярском государственном технологическом университете разработаны технологии и устройства по выработке из древесных отходов древесных и активных углей. Наша технология отличается быстротой и высокой экологической чистотой процесса. По этой технологии были выработаны и исследованы угли и из древесины пораженной сибирским шелкопрядом. Очаги сибирского шелкопряда формируются в лиственничниках и темнохвойных насаждениях. Наименьшей устойчивостью к повреждению гусеницами шелкопряда характеризуется пихта Abies sibirica Ledeb. Взрослая пихта усыхает после однократной потери 90-50% хвои. Пихтово и пихтово-кедровые насаждения, хвоя в которых полностью уничтожена гусеницами сибирского шелкопряда, погибают через год после объедания. В частично объеденных насаждениях формируются очаги черного пихтового усача и пальцеходного лубоеда. Распад таких древостоев происходит в среднем через 5 лет после повреждения шелкопрядом. На пихте сибирской тонкая кора быстро и почти полностью обваливается и ее древесина хорошо просыхает. Ее быстрое высыхание является выгодным фактором при углежжении.
Была исследована структура и химический состав древесины пихты пораженной сибирским шелкопрядом. Деформация и разрыхление структуры указывают на то, что уголь, вырабатываемый из древесины возрастом поражения 6 лет, будет обладать слабой механической прочностью.
Получен древесный уголь, при температуре 5000С, с высокими техническими характеристиками: массовая доля нелетучего углерода-92%, массовая доля золы-2,2%, массовая доля воды-2%.
Активные угли из древесины пихты, пораженной сибирским шелкопрядом, выработанные путем парогазовой активации при температуре 8500С, в сравнении с активным углем из здоровой, обладают повышенной адсорбционной активностью по метиленовому голубому и йоду.
Таблица 1. Основные технические характеристики активных углей из здоровой и пораженной древесины пихты
|
Возраст древесины пихты, лет |
Давность поражения, лет |
Активность по йоду, % |
Активность по метиленовому голубому, мг/г |
Суммарный объем пор по воде, см3 /г |
|
100 100 100 100 Для БАУ по ГОСТ 6217-74,4453-74
|
- 1 4 6
|
90 97 97 97 60 |
350 370 370 370 225 |
2.3 2.5 2.5 2.5 1.8 |
За счет применения процесса озонолиза получены активные угли с ионообменными свойствами. Озонолиз углей с принудительной подачей озоно-воздушной смеси проводили на специально изготовленной экспериментальной установке, главными элементами которой являются греющая камера с электрообогревом, стеклянная камера (кювета), осушительная колонка, озонатор. Установлены условия, при которых получены активные угли-ионообменники. Так СОЕ ионообменников со значением 4,0мг∙экв/г были получены при температуре 1200С, расходе воздуха подаваемого в озонатор 0,5 л/мин, продолжительности обработки 4 ч.
Для улучшения прочностных характеристик угля был использован такой отвердитель, как битум. В составе битума содержатся металлы, в частности ванадий известный как сильный окислитель, которые могут непосредственно участвовать как катализаторы, а смолы битума, подвергаясь крекингу при высоких температурах, образуют на поверхности угольных частиц тонкую микро - и супермикроугольную пленку, которая наряду с упрочнением тоже может усиливать ионообменные качества всего угольного материала. Проведены исследования способности битума каталитически участвовать в упрочнении угля и формировании ионообменных свойств. Применение битума в качестве катализатора привело к изменению структуры, свойств угля, адсорбционных характеристик исходного активного угля с невысокими характеристиками.
Таблица 2. Сравнительная характеристика активных углей
|
Продукт |
Активность по йоду, % |
Активность по метиленовому голубому, мг/г |
Суммарный объем пор по воде, см3 /г |
СОЕ по NaOH, мг∙экв/г |
|
исходный активный уголь |
40 |
162 |
2.8 |
0.08 |
|
активный уголь с битумом |
48 |
230 |
2.0 |
0.12 |
Разработанная технология позволяет вырабатывать качественную продукцию из дешевого неликвидного сырья - древесины пораженной сибирским шелкопрядом.