ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2021, том 91, № 8, с. 1284-1308

ОБЗОР

УДК 661.183.2

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА

И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АДСОРБЕНТОВ ИЗ

ОРГАНИЧЕСКИХ ТЕХНОГЕННЫХ СУБСТРАТОВ

М. Л. Подвязников, А. В. Гарабаджиу

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет),

Московский пр. 26, Санкт-Петербург, 190013 Россия

*e-mail: samonin@lti-gti.ru

Поступило в Редакцию 6 июня 2021 г.

После доработки 2 июля 2021 г.

Принято к печати 5 июля 2021 г.

В обзоре приводятся сведения о пористой структуре и сорбционных свойствах углеродных и углерод-ми-

неральных сорбентов, полученных из органических техногенных субстратов. В качестве субстратов

техногенного происхождения приводятся полимерные материалы, полупродукты нефтедобывающей и

нефтеперерабатывающей промышленности, сельскохозяйственные отходы, целлюлоза и ее производные,

такие как хитин и хитозан. Анализируются применяемые способы получения адсорбентов из органиче-

ских техногенных субстратов, приводятся параметры пористой структуры и сорбционной активности

адсорбентов по органическим соединениям и катионам цветных металлов.

Ключевые слова: Адсорбент, микропоры, мезопоры, удельная поверхность, сорбционная активность,

активация, техногенные субстраты

DOI: 10.31857/S0044460X21080175

1. Введение

2. Происхождение, строение и химический состав органических отходов

1285

перспективных для получения адсорбентов

3. Полимерные материалы - химическая база для получения углеродных адсорбентов

1285

4. Углеродные адсорбенты из полупродуктов нефтедобывающей

1288

и нефтеперерабатывающей промышленности

5. Целлюлоза и ее производные - основа для получения углеродных адсорбентов

1292

6. Хитин и хитозан, как ионообменные сорбенты

1299

7. Сельскохозяйственные растительные субстраты и их использование в качестве

1301

сорбентов и основы для получения сорбирующих материалов

8. Заключение

1305

1284

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1285

1. ВВЕДЕНИЕ

ющего производства (70-80%). Из всего объема

добываемых природных ресурсов и минерального

В настоящее время адсорбенты с развитой по-

сырья используется в конечном итоге всего лишь

ристой структурой и высокими поглотительными

5-10%. Как видно из анализа данных табл. 1, все

характеристиками являются одним из наиболее

отходы можно подразделить на органические и

эффективных материалов, используемых для до-

минеральные (неорганические). К основным ви-

стижения высокой степени очистки газовых и

дам органических отходов относятся полимерные

жидких сред, что используется как для обеспече-

материалы - отходы химической и перерабатыва-

ния безопасности человека и окружающей среды,

ющей промышленности (пластмасса, покрышки

так и в различных отраслях промышленности.

автотранспорта и др.), отходы механической и хи-

Эффективность углеродных сорбентов зависит от

мической переработки древесины (щепа и опилки,

их пористой структуры, характеризующейся таки-

лигнин, ДСП и др.), сельскохозяйственные расти-

ми параметрами как удельная поверхность, объем

тельные отходы (косточки плодов, жмых кукурузы,

микро-, мезо- и макропор, распределение пор по

солома и др.), отходы переработки морепродуктов

размеру, эффективный радиус пор, характеристи-

(хитин, хитозан), отходы и недостаточно реализуе-

ческая энергия адсорбции. Для оценки сорбци-

мые полупродукты нефтедобывающей и нефтепе-

онной активности пористых материалов, в нашей

рерабатывающей промышленности (нефтешламы,

стране и за рубежом наиболее часто определяют

битумы, коксы и т. п.) и пр. По меткому выраже-

такие характеристики как адсорбция по метиле-

нию Д.И. Менделеева: «В химии нет отходов, есть

новому голубому, иодное число, время защитного

только неиспользованное сырье». Несомненно, что

действия по различным компонентам в газовых и

данные органические углеродсодержащие матери-

жидких средах, количество кислотных и основных

алы могут служить ценным сырьем для получения

центров на активной поверхности адсорбентов,

продукции высокой потребительской стоимости.

сорбционную способность по катионам и анионам

К такой продукции относятся сорбирующие угле-

различных веществ, сорбционную способность по

родные материалы, которые широко применяются

органическим веществам различных классов из

во многих отраслях промышленности, в том числе

газовых и жидких сред и др.

в области экологии, для защиты человека и окру-

Традиционные, наиболее масштабно применя-

жающей среды [4].

емые синтетические сорбенты - активные угли,

получают из широко востребованного сырья -

2. ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СТРОЕНИЕ

ископаемого угля (преимущественно каменного

И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКИХ

угля, определенных марок), угля-сырца (преиму-

ОТХОДОВ ПЕРСПЕКТИВНЫХ

щественно древесина из березы), торфа и др.

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АДСОРБЕНТОВ

Альтернативой является получение сорбцион-

Принципиальная схема получения углеродных

но-активных углеродных материалов с определен-

адсорбентов может быть представлена следующи-

ной пористой структурой из различного рода угле-

родсодержащих техногенных отходов.

ми взаимосвязанными функциональными стадия-

ми, определяющими прочностные и сорбционные

Утилизация отходов является в настоящее вре-

свойства материала (рис. 1). Условия проведения

мя одной из глобальных проблем человечества.

каждого этапа определяют химическое строение,

Отходы образуются как на стадии производства

пористую структуру и сорбционные свойства ад-

продукции, так и на стадии ее потребления, и де-

сорбентов.

лятся на отходы производства и потребления [1].

Наиболее представительными [2] по объему и

Для производства углеродных адсорбентов воз-

разнообразию отходами являются промышленные

можно использование различного рода органиче-

производственные отходы. Их структура и харак-

ских материалов. К ним предъявляются следую-

теристика представлена в табл. 1 [3].

щие требования:

Основная масса образующихся отходов — от-

- наличие в составе материала большого ко-

ходы горнодобывающего и горноперерабатыва-

личества углерода. Как правило, чем больше со-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1286

САМОНИН и др.

Таблица 1. Источники образования отходов в различных отраслях промышленности

Наименование

Основные процессы - источники

Основные виды промышленных отходов

производства

образования отходов

данной отрасли

Горнодобывающая

Добыча и первичная переработка

Пустые породы, шламы обогатительных

промышленность

полезных ископаемых

фабрик

Металлургическая про-

Плавление, отливка, формование

Лом черных и цветных металлов, окалина,

мышленность

формовочные смеси, шлаки

Металлообрабатывающая

Изготовление металлических изделий для

Металлолом, формовочные смеси,

промышленность и

промышленности, науки и техники

гальваношлаки, стекло

машиностроение

Приборостроение

Изготовление приборов различного

Отходы черных и цветных металлов,

назначения

стекла, пластмассы

Электротехническая

Изготовление электротехнического

Отходы черных, цветных и редких

промышленность

оборудования

металлов, стекла, пластмассы

Производство

Производство цемента, гипса, стекла,

Отходы стекла, цемента, глины, керамики,

строительных материалов

изготовление изделий из камня

гипса, асбеста, камня, бумаги, абразивных

и стекла

изделий

Химическое и

Изготовление химикатов, включая лаки,

Отходы органических и неорганических

фармацевтическое

краски, взрывчатые вещества, лекарства

химикатов, масел, лаков, растворителей,

производство

пигментов

Резинотехническая про-

Изготовление синтетических каучуков и

Остатки каучука и пластмасс

мышленность

изделий на их основе

Лесопильные и дерево-

Изготовление и обработка пиломатериа-

Деревянные отходы, отходы композицион-

обрабатывающие заводы,

лов, деревянных конструкций

ных материалов на основе древесины

мебельные комбинаты и

фабрики

Картонно-целлюлозные

Изготовление и переработка бумажных

Отходы бумаги и картона, тканей,

комбинаты, типографское

материалов, типографские работы

наполнителей бумаги, типографской кра-

и издательское дело

ски, отходы клея

Швейное производство

Раскрой тканей, пошив изделий на их

Отходы тканей, ниток, резины, кожи, меха

основе

Предприятия по произ-

Переработка, упаковка и перевозка

Отходы мяса, жира, костей, овощей,

водству продуктов пита-

фруктов, злаковых, бумаги, полимеров,

ния

фольги, деревянной упаковки

Коммунальное хозяйство

Изготовление и эксплуатация систем во-

Обрезки труб, резины, отходы изоляци-

(водоснабжение, водоот-

доснабжения, водоотведения и теплоснаб-

онных и конструкционных материалов,

ведение, теплоснабжение)

жения

шламы

держание элементного углерода, тем выше выход

- достаточное количество образуемых техно-

продукта;

генных отходов, так как выход продукта даже в

- высокая однородность исходной структуры;

случае использования качественного исходного

сырья составляет не более 30%;

- наличие так называемых летучих (компонен-

ты, которые в процессе пиролиза (карбонизации)

- отсутствие ядовитых элементов, способных

удаляются из материала, но в значительной мере

к выделению из материала или встраиванию их в

способствуют формированию графитоподобной

структуру активного угля. Причем не всегда при-

турбостратной структуры карбонизата. Такие со-

меси в исходном сырье оказывают отрицательное

единения, радикалы, представлены элементами H,

влияние на готовый адсорбент. В ряде случаев

S, O, N и др.;

при использовании определенных технологиче-

- плотность и прочность структуры (является

ских приемов, приведенных ниже, наличие внеш-

важным требованием при получении активных

них включений способствует процессу активации

углей дробленого типа);

(химической, каталитической) и целенаправлен-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1287

Подбор исходного

Состав и свойства

сырья

материалов

Подготовка сырья

Физическая, химическая, физико-

химическая обработка

Придание формы

Получение дробленой, гранулированной формы

(данная стадия может быть заключительной)

Придание

Карбонизация, пиролиз, термообработка, дегазация и др.

прочности

Инертная атмосфера (N₂), T 600-850°C

Развитие

Активация (парогазовая - H₂O, CO₂, T 700-900°C; химическая -

пористости

NaOH, Na₂CO₃, S, H₂SO₄, H₃PO₄, T 250-700°C)

Углеродный

Оценка свойств, определение области применения

сорбент

Рис. 1. Принципиальная схема получения углеродных сорбентов.

ному развитию пористой структуры, химическому

водорода и 0.1-0.3% азота. Близкий состав имеют

модифицированию поверхности с образованием

косточки персика, абрикосов, слив, вишен и дру-

дополнительных активных центров, приводящих к

гих растений. Однако, кроме этого, они содержат

появлению у адсорбентов ярко выраженных ионо-

цианистоводородную кислоту и амигдалин - глю-

обменных свойств.

козид, генцибиозид нитрила миндальной кисло-

В соответствии с этими требованиями, пер-

ты, химической формулы C₂₀H₂₇NO₁₁. Косточки

спективными для получения адсорбентов явля-

плодов также содержат большой набор различных

ются природные или синтетические полимеры

витаминов и такие элементы, как калий, кальций,

различной степени полимеризации и сшитости. К

магний, кремний. Подобные примеси и микропри-

ним относятся ископаемые угли, торф, древесина,

меси в целлюлозных материалах способствуют

скорлупа и косточки плодов, хитин и хитозан, лиг-

получению тонкопористых углеродных сорбентов

нин, пластмассы, резина и пр.

при активации, за счет реализации процесса хими-

Кроме первых двух примеров, все перечислен-

ческой активации. Некоторые материалы, такие,

ные сырьевые материалы представляют собой от-

как хитин и продукт его переработки хитозан, со-

ходы промышленного или сельхозпроизводства.

держат в своем составе различные аминогруппы.

Их элементный состав представлен в основном

Данный полисахарид содержит 47-48% углерода,

углеродом в совокупности с кислородом и водо-

39-40 % кислорода, 6% водорода и 7% азота. На-

родом. Абсолютно сухая древесина в среднем со-

личие аминогруппы позволяет предполагать воз-

держит 49-50% углерода, 43-44% кислорода, 6%

можность применения его в качестве ионообмен-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1288

САМОНИН и др.

Углерод-

содержащее

Подготовка

сырье

Гранули-

Карбони-

Активация

Смешение

рование

зация

(H₂O)

Связующее

Подготовка

Рис. 2. Блок-схема получения гранулированных активных углей методом парогазовой активации.

ного сорбента. Все эти материалы, как правило, в

Результаты проведенных исследований [5], на-

большей или меньшей степени, характеризуются

правленных на использование отходов утилизации

наличием неорганической составляющей. Ее ко-

автомобильных шин в качестве сырья для полу-

личество составляет в зависимости от вида мате-

чения углеродных сорбентов, показали, что пере-

риала от 0.5 до 10 мас%.

работку отходов утилизации шин целесообразно

осуществлять по низкозатратной одностадийной

3. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ -

схеме путем измельчения и фракционирования

ХИМИЧЕСКАЯ БАЗА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

исходного сырья с последующей карбонизацией

УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ

выделенной фракции. Данная схема получения

Преимуществом данных материалов перед

является классической, характерной для ряда тех-

нологий получения гранулированных промыш-

иными видами сырья является их упорядоченная

ленных углей методом парогазовой активации, и

структура, что способствует получению углерод-

ных адсорбентов с регулярной пористой структу-

схематично представлена на рис. 2.

рой со значительным объемом микропор. Также в

При этом в качестве целевой продукции по-

пользу применения полимерных материалов для

лучаются дешевый углеродный сорбент для ре-

получения углеродных адсорбентов говорит доста-

куперации паров летучих углеводородов и высо-

точно высокое содержание углерода в полимерах.

кокалорийный газ для производственных целей

Полимерные отходы, представляющие собой

и бытовых нужд. Такие материалы обладают до-

обрезки материалов, образующиеся при изготов-

статочно высокими значения предельного объема

лении изделий в различных отраслях промышлен-

сорбционного пространства и относительно невы-

ности, а также изношенные вышедшие из эксплуа-

сокой характеристической энергией адсорбции (до

тации полимерные изделия представляют большой

18 кДж/моль). Так как такие материалы работают

интерес как сырье для получения углеродных

в цикловых процессах сорбции-десорбции, то для

адсорбентов. Обычно препятствием к использо-

повышения прочности на истирание их получают

ванию полимеров для синтеза углеродных адсор-

в форме гранул с добавлением связующего.

бентов выступает их значительная стоимость, в то

Так, в качестве связующих веществ применяли

время как отходы полимерных материалов свобод-

сульфитно-спиртовую барду (класс лигносульфо-

ны от этого недостатка. Трудности организации

натов), обладающую поверхностно-активными

производств углеродных адсорбентов на основе

и связующими свойствами, выпускаемую в виде

полимерных отходов заключаются в проблеме их

54%-ного водного раствора, низкосернистый не-

классификации по видам в объемах, достаточных

фтяной пек с температурой размягчения ~140°С,

для организации объема производства приемлемо-

получаемый как твердый остаток каталитическо-

го по экономическим показателям.

го крекинга нефти и обладающий спекающими

Одним из наиболее масштабных видов поли-

свойствами при термообработке. Пек измельчали

мерных отходов являются автомобильные шины,

до порошкообразного состояния, смешивали в

представляющие собой каучуки с различными на-

определенных пропорциях с измельченным отхо-

полнителями.

дом утилизации шин, смачивая для лучшего гра-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1289

Углерод-

содержащее

Подготовка

сырье

Гранули-

Карбони-

Химическая

Смешение

рование

зация

активация

с х

Связующее

Подготовка

Отмывка

Нейтрализация

Рис. 3. Блок-схема получения гранулированных активных углей методом химической активации.

нулирования (увеличение адгезии) поверхност-

Кроме этого, такие материалы могут адсорби-

но-активным веществом ОП-10, и перемешивали

ровать NOx (NO) при низкой температуре (25°C)

до пастообразного состояния. Полученные пасты

из моделируемого дымового газа промышленного

разного состава гранулировали в экструдерном

процесса, причем такие материалы по эффектив-

грануляторе с получением гранул цилиндрической

ности удаления NO_x, могут быть сравнимы с про-

формы, которые сушили в сушильном шкафу при

мышленными активными углями. Самая высокая

90±5°С, карбонизировали при 800°С со скоростью

эффективность удаления NO составила 75% для

подъема температуры 5-7 град/мин и активиро-

активированных углей, полученных из отработан-

вали парогазовой смесью при 800°С в течение

ных шин с использованием KОН, что коррелирует

30 мин. Карбонизат имеет развитую структуру пор,

с самой высокой площадью поверхности по методe

в том числе сорбирующих (Ws 0.32 см³/г), что гово-

Брунауэра-Эммета-Теллера и самым большим

рит о возможности его применения в сорбционных

объемом микропор. Активные угли, полученные

процессах. Использование нефтяного пека в каче-

из отработанных шин с использованием K₂CO₃,

стве связующего при получении гранулированных

NaOH и Na₂CO₃, недостаточно эффективны при

сорбентов из отходов утилизации шин позволяет

удалении NO из дымовых газов. Активность ад-

получать карбонизат с высокими показателями

сорбции NO адсорбентами, полученными из отра-

прочности и насыпной плотности, активацией

ботанных шин, уменьшалась в ряду химических

которого достигается развитие большого объема

активаторов KOH > K₂CO₃ > NaOH > Na₂CO₃.

сорбирующих пор (W_s 0.45) при сохранении проч-

Площадь поверхности активного угля повышает-

ности на достаточно высоком уровне. Сорбцион-

ся с 170 м²/г при температуре активации 700°С,

ная емкость полученного материала по метилено-

до 243 м²/г при 800°С и до 621 м²/г при темпера-

вому голубому достигает 70 мг/г.

туре активации 900°С. Наблюдается аналогичное

увеличение объема микропор от 0.184 см³/г при

Наряду с приемом парогазовой (физической)

700°С до 0.437 см³/г при 900°С. Как увеличение

активации отработанные шины после проведения

площади поверхности, так и увеличение объема

пиролиза химически активировали щелочными

химическими агентами (KOH, K₂CO₃, NaOH и

микропор получаемых углеродных адсорбентов

напрямую коррелируют с повышением эффектив-

Na₂CO₃) для получения активных углей [6]. Такой

подход также широко используется при получе-

ности поглощения NO.

нии активных углей и в общем виде может быть

Активные угли из синтетических полимерных

представлен схемой (рис. 3). Введение химическо-

материалов характеризуются высокой чистотой,

го модификатора возможно на различных стадиях,

низкой зольностью, регулярной структурой и

но преимущественно обработку исходного сырья

возможностью прямого формирования пористой

активаторами осуществляют на стадии смешения

структуры [7]. Такие активные угли характеризу-

компонентов, так как введение модификатора, как

ются емкостью по иоду 400-1000 мг/г, насыпной

правило, влияет на прочность формуемого материала.

плотностью 0.28-0.42 г/см³, активностью по мети-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1290

САМОНИН и др.

С*

HC CH

атомарный

HC C

Рис. 4. Схема процесса карбонизации.

леновому голубому 180-320 мг/г. Объем микропор

совое содержание кислорода в полимерной компо-

варьировался в пределах 0.12-0.37 см³/г.

зиции.

Сорбционные свойства активных углей в зна-

В общем виде процесс пиролиза углеродсодер-

чительной степени зависят от физико-химических

жащего сырья может быть представлен схемой

свойств полимерных отходов, но не уступают про-

(рис. 4), основная задача которого состоит в повы-

мышленным маркам активных углей.

шении содержания количества углерода, характе-

ризующегося турбостратным строением.

В качестве исходного углеродсодержащего

сырья использованы связанная резина на основе

Для получения активного угля с развитой

удельной поверхностью и высокой активностью

сополимера стирола и бутадиена, текстильный

по п-нитрофенолу возможно применение в ка-

ламинат (хлопчатобумажная ткань, армированная

честве исходного сырья полиэтилентерефталата

фенольной смолой и прессованная), наполненный

(рис. 5) из использованных пластиковых бутылок

полимер, пропитанный и отвержденный эпоксид-

путем физической активации паром и химической

ной смолой. Было определено влияние строения

активации гидроксидом калия в контролируемых

структурной единицы полимера и его физико-хи-

условиях нагрева и атмосферах. При этом степень

мических свойств на формирование пористой

развития микро- и мезопористости заметно боль-

структуры получаемых углеродных адсорбентов,

ше при использовании парогазовой активации. И

обоснованы требования к химическому составу

наоборот, развитие макропористости значительно

полимерных отходов как сырья для производства

выше при использовании гидроксида калия.

активных углей. Эти требования включают в себя:

Сложность получения углеродного скелета из

наличие ароматической составляющей в структу-

такого типа углеродсодержащих материалов свя-

ре полимера, расположение бензольных колец в

зана с необходимостью значительной перегруп-

полимерной основе, наличие гетероатомов (кисло-

пировки структуры в процессе пиролиза, что обе-

род, азот), высокий индекс ароматичности и мас-

спечивается строго определенными параметрами

процесса, решающее влияние оказывает скорость

подъема температуры, предельное значение тем-

пературы, состав атмосферы, продолжительность

контакта промежуточных продуктов в зоне ре-

OCH₂CH₂

акции. При оптимальных условиях проведения

процесса карбонизации происходит совместное

Рис. 5. Молекула политэтилентерефталата.

протекание сложных комбинированных реакций,

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1291

Отходы

Растворение

Химические

Промывка

Прокалка

Промывка

взаимодействия

осадка

Рис. 6. Схема получения углеродных материалов из отходов пластиков.

включающих процессы рекомбинации и синтеза,

подход для будущих исследований, чтобы пори-

приводящих к формированию прочного карбонизата.

стые угли могли быть получены в качестве побоч-

В общем виде методы получения соответству-

ного продукта при превращении пластмасс в газо-

образные и жидкие продукты. В работе показана

ют схемам, представленным на рис. 2 и 3 [8]. Для

полученных адсорбентов определен химический

возможность развития методом химической акти-

вации в получаемых из полиэтилентерефталатов

состав, морфология материала, а также пористая

адсорбентах удельной поверхности до 2240 м²/г

структура и химические свойства поверхности.

и объема микропор 1.10 см³/г с использованием

Углеродные материалы протестированы в каче-

солей и оксидов Ca и Zn, а методом физической

стве адсорбентов для удаления п-нитрофенола

активации удельной поверхности - до 1740 м²/г и

и/или Fe(III) из водного раствора. Для сравнения

объема пор 0.93 см³/г. При активации диоксидом

также использовался промышленный активный

углерода удельная поверхность материалов дости-

уголь (авторы указывают Darco, 1.5 мм). Выход

гала 2468 м²/г, сорбционная емкость по фенолу

углерода в процессе приготовления углеродного

291 мг/г, по нафталину - 30 мг/г. Однако выход

адсорбента парогазовой активацией ниже 10%, а

углерода при этом довольно низок (обычно около

при активации гидроксидом калия - в диапазоне

24.62-32.07%. Полученные материалы облада-

10%), что делает производство углеродных адсо-

рбентов из пластмасс недостаточно привлекатель-

ют значительным содержанием углерода и очень

низким содержанием золы. Площадь поверхно-

ным. Но увязка производства адсорбентов из пла-

стиковых отходов с другими процессами, такими

сти адсорбентов достигает 1235 м²/г при парога-

как получение жидкого топлива и газов с высокой

зовой активации и не более 1002 м²/г при актива-

теплотворной способностью, может характеризо-

ции гидроксидом калия. Углеродные адсорбенты

ваться значительным экономическим эффектом.

из полиэтилентерефталата демонстрируют более

высокую адсорбционную активность по отноше-

На основе пластиков, таких как полистирол

нию к п-нитрофенолу, чем промышленный уголь,

возможно получения трехмерной (3D) сетчатой

как с точки зрения скорости адсорбции, так и ад-

структуры пористого углерода с помощью реак-

сорбционной емкости. Напротив, исследованный

ции Фриделя-Крафта с отходами полистирола,

промышленный адсорбент действует как лучший

служащими источником углерода. Данный метод

поглотитель ионов Fe(III). По сравнению с сорб-

отличается от классических способов получения

цией индивидуальных компонентов, одновремен-

сорбентов, но в то же время стадия прокалки ана-

ное присутствие обоих загрязняющих агентов в

логична условиям проведения процесса карбони-

растворе практически не влияет на процесс адсор-

зации (рис. 6) [10].

бции, за исключением равновесия для Fe(III).

Монодисперсные частицы кремнезема диа-

Вопрос использования полиэтилентерефтала-

метром около 30 нм получали методом Штобе-

тов для получения углеродных адсорбентов был

ра. При этом 5 г пенополистирола растворяли в

рассмотрен в том числе с позиции практической

100 мл четыреххлористого углерода при рефлюк-

целесообразности [9]. Наряду с полиэтиленте-

се с мягким магнитным перемешиванием при

рефталатами исследование охватывает различные

353 K. Затем 10 г частиц кремнезема диспергиро-

термопласты. Отмечается, что низкий выход угле-

вали ультразвуком, добавляли 3.34 г безводного

рода может сделать производство пористых углей

хлорида алюминия и перемешивали смесь в тече-

из пластиковых отходов непрактичным, поэтому

ние 24 ч. Для завершения реакции в систему до-

авторы предлагают альтернативный комплексный

бавляли раствор ацетон-HCl-H₂O (28:9:1). Смесь

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1292

САМОНИН и др.

Отходы

Отложение

Композиционный

Пиролиз

пироуглерода на

сорбирующий

Пористый

силикагеле

материал

носитель

Рис. 7. Схема получения композиционного материала состава пиролитический углерод-силикагель.

центрифугировали и несколько раз промывали

пористым. Данные адсорбенты описываются изо-

EtOH перед сушкой в сушильном шкафу. Получен-

термами адсорбции азота IV типа в соответствии с

ный продукт прокаливали при 600°С в течение 3 ч

методами Брунауэра-Эммета-Теллера и Баррета-

в атмосфере N₂. В завершение процесса углерод-

Джойнера-Халенды. Следует отметить близость

ный продукт обрабатывали HF (10 мас%) для уда-

параметров их мезопор к аналогичным параме-

ления кремнезема. Углеродный материал обладает

трам исходных силикагелей. При этом осаждение

удельной поверхностью 620 м²/г и равномерным

на активной поверхности силикагеля пироугле-

мезопористым распределением в объемной фазе.

рода ведет к сужению пор. Объем и удельная по-

Вследствие высокой удельной поверхности и раз-

верхность микропор, определенные по методу

витой пористой структуры 3D-сети, подготовлен-

Дубинина-Астахова для мелкопористого сили-

ный пористый углерод показал отличную электро-

кагеля КСМ, снижаются, а для крупнопористого

химическую емкость около 208 Ф/г при плотности

КСК - сохраняются на уровне исходных носите-

тока 1 А/г. Большая плотность энергии 22.5 Вт·ч/кг

лей. Как следует из результатов исследования, со-

была получена при плотности мощности

вместная переработка отходов полимеров и круп-

1024.4 Вт/кг. Также, материал продемонстрировал

нопористого силикагеля марки КСК способствует

высокое удержание емкости на 94.3% в течение

формированию однородно-пористых минераль-

5000 циклов при плотности тока 5 А/г в качестве

но-углеродных адсорбентов с параметрами, зада-

электродных материалов.

ваемыми пористой структурой носителя. Пори-

Для получения углеродного адсорбента, обла-

стая структура полученных адсорбентов на основе

дающего развитой монодисперсной мезопористой

силикагеля и полиэтилена, и полипропилена пред-

структурой, характеризующейся гидрофобностью

ставлена в основном мезопорами (96-98% от сум-

и способностью к дисперсионным взаимодействи-

марного объема пор), что характерно для исходно-

ям с адсорбируемыми молекулами используется

го крупнопористого силикагеля, причем значения

прием осаждения формирующегося углерода на

их удельных объемов пор и поверхностей незначи-

активной поверхности неорганического носите-

тельно уступают аналогичным параметрам исход-

ля. По такой схеме (рис. 7) получены компози-

ного силикагеля КСК. Суммарный объем пор по-

ционные гранулированные адсорбенты на основе

лученных материалов составляет 0.84-0.94 см³/г,

силикагеля и отходов различных полимеров при

удельная поверхность 314-321 м²/г, ширина пор

их совместной термообработке при температурах

11.0-11.6 нм, характеристическая энергия адсорб-

400-800°С, что ведет к осаждению пиролитическо-

ции 9.1-10.2 кДж/моль.

го углерода на поверхности и в порах носителя [11].

4. УГЛЕРОДНЫЕ АДСОРБЕНТЫ

Для получения таких материалов возмож-

ИЗПОЛУПРОДУКТОВНЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ

но использование в качестве отходов полимер-

И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ

ных материалов: полиэтилен, полипропилен и

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

полиуретан (и его негорючая разновидность -

полиизоцианурат). Подобный прием привел к по-

Как было указано выше, для получения актив-

лучению минерально-углеродных адсорбентов,

ных углей с развитой пористой структурой и высо-

которые можно отнести к преимущественно мезо-

кой прочностью необходимо использовать исход-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1293

(а)

(б)

Рис. 8. Фрагмент смолы (а), фрагмент асфальтена (б).

ные материалы с высокими значениями плотности

и О-, N-, S-содержащих функциональных групп

и содержания углерода. К такому сырью относятся

(сшивающих мостиков). В результате достигается

отходы и полупродукты с низкой реализацией про-

значительная реорганизация исходной структуры

цессов нефтедобычи и нефтепереработки. Особый

угля во всем объеме угольной матрицы. В ходе

интерес представляют материалы, такие, как гу-

карбонизации в присутствии щелочи деструкция

дроны и битумы различного состава, нефтяные

сопровождается формированием системы новых

шламы, пеки, коксы и пр. В их структуре уже изна-

связей между структурными фрагментами с обра-

чально имеются полиароматические фрагменты,

зованием вторичной графитоподобной структуры.

которые в процессе карбонизации поликонденси-

Подобный прием получения высокопористого

руются в графитоподобные сетки (рис. 8).

углеродного адсорбента, характеризующегося

Для повышения степени организации углерод-

удельной поверхностью, определенной методом

ного сырья и повышения его термореактивности

Брунауэра-Эммета-Теллера по адсорбции азота,

предлагается осуществлять сшивку данных мате-

3150 м²/г, объемом микропор - 1.10 см³/г, заклю-

риалов с использованием различных химических

чается в смешении размолотого нефтяного кокса

воздействий, т. е. преимущественно используются

с концентрированной серной кислотой с добав-

методики получения, включающие стадии химиче-

лением нитрита натрия [13]. Смесь нагревают до

ской активации (рис. 3). В частности, из нефтяного

прекращения выделения оксидов азота, разбавля-

кокса может быть получен наноструктурирован-

ют водой и упаривают до 1/3 от первоначального

ный углеродный материал путем предваритель-

объема, после чего осадок отфильтровывают и

ного окислительного сульфирования кокса серной

промывают водой до нейтрального значения рН.

кислотой в присутствии соли азотистой кислоты

Полученный материал смешивали с гидроксидом

на холоде, разбавлении водой и нагревании с це-

натрия, удаляли воду и далее смесь нагревали до

лью проведения гидролиза образовавшихся аро-

700°С, затем охлаждали до комнатной температу-

матических сульфокислот

[12]. Обработанный

ры. Карбонизат промывали до нейтральной сре-

указанным способом углеродистый продукт после

ды и сушили при температуре 105-115°С. Выход

отфильтровывания осадка подвергают плавлению

углерода достигает 20 мас%.

в присутствии гидроксидов металлов первой (Ia)

группы и последующей карбонизации получен-

Для получения радиационно-стойких кати-

ного расплава в инертной или восстановительной

онитов со статической обменной емкостью до

среде, образованной газами карбонизации, при

5.91 мг-экв/г и механической прочностью до 95%

600-1000°С. Для развития удельной поверхности

предлагают использовать привитый сополимер

применяют предварительную химическую моди-

асфальтита и акрилонитрила [14]. Данные адсор-

фикацию структуры угля в реакциях с окислителем

бенты отличаются более высокими сорбционными

(H₂SO₄-NaNO₂), что обеспечивает дополнитель-

свойствами в сравнении с промышленным угле-

ное образование новых структурных фрагментов

родным адсорбентом СКТ при сорбции серебра

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1294

САМОНИН и др.

Таблица 2. Характеристики адсорбентов

Объем пор, см³/г

Марка адсорбента

Прочность по МИС-60-8, %

микро

мезо

СГ-30

0.38

0.05

СГ-32

0.39

0.09

СГФ-25

0.29

0.12

СГФА-42

0.25

0.21

СГФМ-26

0.32

0.14

из многокомпонентных полиметаллических рас-

Использование сланцевых фенолов (смесь

творов. Коэффициент селективности по серебру

алкилрезорцинов) при их поликонденсации с

достигает 3.55 по сравнению с 1.85 для угля СКТ.

полиэтиленполиаминами и фурфуролом дает

Прочность материалов на истирание достигает

возможность получить амфолиты, характеризую-

90-95%. Получение адсорбентов, с введением в

щиеся статической обменной емкостью (COE) 3.5-

состав шихты сополимера, проводилось по тради-

6.6 мг-экв/г по 0.1 н. H₂SO₄ и 1.3-2.0 мг-экв/г по

ционной промышленной схеме.

0.1 н. NaOH [16].

Применение в качестве исходных материалов

Поликонденсация сланцевых фенолов с гек-

жидких продуктов переработки сланца - сланце-

саметилентетрамином и акриловой кислотой с

вой смолы и сланцевых фенолов (смесь алкилре-

дальнейшим радиационном воздействием ведет к

зорцинов), и их растворов в техническом фурфуро-

получению полифункциональных катионитов ем-

ле, используемых в качестве нового связующего,

костью до 7.5 мг-экв/г. На основе поликонденса-

способствует получению углеродных адсорбентов

тов сланцевых фенолов (амфолитов) возможно с

с высокой механической прочностью (до 97%),

использованием традиционных приемов (рис. 2)

микропористостью (до 0.70 см³/г) и более высо-

получение углеродных адсорбентов характеризу-

кой сорбционной способностью по сравнению с

ющихся развитой микропористостью (V_ми 0.28-

промышленными адсорбентами [15]. Полученные

0.30 см³/см³). Данные адсорбенты отличаются

углеродные адсорбенты характеризуются высокой

наличием значительного количества гетероатомов

прочностью (87%), превосходящей прочность про-

(до 16%), что ведет к формированию адсорбентов,

мышленного угля АГ-2 (80%). При этом объемы

характеризующихся в 2 раза более высокой по

характерных типов пор (микро-, мезо- и макро-)

сравнению с КАД-иодным сорбционной и селек-

составляют, соответственно, 0.37, 0.21 и 0.21 см³/г.

тивной способностью при извлечении золота из

Для АГ-2 данные параметры равны 0.29, 0.05 и

многокомпонентных растворов.

0.25 см³/г соответственно. Для полученного адсо-

Перспективные материалы, полученные из

рбента и АГ-2 статическая емкость по толуолу со-

сланцевых смол и фенолов, также были охаракте-

ставляет 196 и 50 г/л соответственно. Емкость ак-

ризованы по другим компонентам [17]. Углерод-

тивного угля из сланцевой смолы по Au равняется

ные адсорбенты имеют следующие показатели: по

6.0 мг/г в то время, как для промышленных углей

рафинадной патоке - 95-98%, по бензолу - 311-

КАД-иодный и СКТ данная величина составляет

315 мг/см³, по фенолу - 326 мг/г, по оксиду углеро-

соответственно 2.6 и 2.1 мг/г. Получение углерод-

да - 40 см³/см³. Пористую структуру полученных

ных адсорбентов осуществлялось по стандартной

материалов определяли (табл. 2) по изотерме адсо-

схеме путем смешения шихты со сланцепродук-

рбции бензола при 20°С.

тами в двухлопастном смесителе при 50-60°С с

дальнейшим гранулированием полученной пасты

Структура микропор характеризуется разме-

на шнек-прессе (фильеры 2.5 мм). Далее гранулы

рами более 0.58 мм. Обладая развитой микропо-

сушили при 100-120°С и термообрабатывали в ат-

ристой структурой (W₀ достигает 0.42 см³/г), дан-

мосфере СO₂ при повышении температуры от 650

ные образцы (адсорбент СГ-32) превосходят по

до 900°С.

ее параметрам такие промышленные активные

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1295

Рис. 9. Фрагмент молекулы целлюлозы.

угли, как БАУ, КАД-иодный, АГ-2, АР-3. Широ-

направленный на получение пористых твердых

кое распределение микропор, характеризуемое

ценных вторичных продуктов. Оптимизированы

высокими значениями константы В (более 1×10^-6),

условия совместной активации в тройных ком-

и развитая мезопористая структура (Vме 0.05-

позитных системах отработанные нефтепродук-

0.09 см³/г) позволяют рекомендовать эти сорбен-

ты-отходы-биомасса-D-класс и шлам переработ-

ты для сорбции органических растворителей. Хо-

ки угля-биомасса-D-класс угля. В соответствии с

рошая прочность (80%) позволяет применять их в

лабораторным регламентом, оптимальными усло-

проточном режиме. Динамическая емкость адсор-

виями являются следующие: прямая высокотемпе-

ратурная активация паром (850°С в течение 2 ч)

бентов по бензолу составила 311 мг/см³ для СГ-30 и

либо двухступенчатая активация путем низкотем-

315 мг/см³ для СГ-32. Учитывая, что динамиче-

пературной карбонизации (при 350°С в течение

ская емкость по бензолу для промышленного ад-

3 ч в инертной атмосфере) с последующей высоко-

сорбента АР-3 равна 115 мг/см³, а для адсорбен-

температурной активацией паром (при 850°С в те-

та на основе сополиконденсата сланцевой смолы

чение 2 ч). Оптимальный состав исходных сырье-

с фурфуролом - 130-140 мг/см³, можно считать,

вых смесей состоит из 25% лузги подсолнечника,

что углеродные адсорбенты СГ-30 и СГ-32 пре-

25% угля марки D и 50% нефтяных отходов либо

восходят известные промышленно выпускаемые

алифатической нефти, либо ароматической смолы

адсорбенты по сорбционным свойствам в 2-3 раза.

(шлам переработки угля) и ~10 мас% бинарной эв-

Для удешевления стоимости активированных

тектики карбонатов K/Na. Карбонаты K/Na предот-

углей возможно проведения валоризации исход-

вращают образование кокса и развивают пористую

ных углеродсодержащих материалов путем их

структуру получаемых активированных углей.

совместной переработки с другими отходами, на-

Свойства новых углеродных материалов сравни-

пример, путем термической переработки смеси

мы с коммерческими активированными углями.

нефтепродуктов и органической углеродной био-

Однако процесс с использованием двухступенча-

массы [18]. При таком подходе получают пори-

той активации, то есть высокотемпературной ак-

стые твердые продукты с равномерным размером

тивации с предварительной карбонизацией, более

частиц и распределением пор по размерам. При

эффективен для получения однородных углерод-

установленных оптимальных условиях прототипы

ных структур.

активированного угля (торговые марки ISQDON,

5. ЦЕЛЛЮЛОЗА И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ -

ACW Ar и ACW Al) производятся в эксперимен-

ОСНОВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ

тальных масштабах из смешанной биомассы, за-

АДСОРБЕНТОВ

пасов нефтяных отходов и низкосортного угля.

Площадь удельной поверхности получаемых ма-

Как уже отмечалось, одним из перспективных

териалов колеблется в пределах 600-1100 м²/г,

сырьевых материалов для получения углеродных

суммарный объем пор достигает 0.32-0.47 м³/г, а

адсорбентов является древесина, главным компо-

выход углерода составляет от 21 до 27%.

нентом которой выступает целлюлоза - природ-

Разработан коактивационный подход к пере-

ный линейный гомополисахарид с высокой моле-

работке твердых и жидких смешанных отходов,

кулярной массой (рис. 9).

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1296

САМОНИН и др.

Древесина является сырьем для получения

акторе кипящего слоя при температуре 850°С,

древесных активных углей марок БАУ, ОУ, ДАК.

длительность активации 0.5 ч, содержание кисло-

Содержание целлюлозы как в хвойных, так и в ли-

рода и пара в парогазовой смеси составляло 5 и

ственных породах древесины составляет 45-55%.

35% соответственно. Пиролиз и активация коры и

Однако для производства промышленных углей

щепы березы, лиственницы и коры пихты позво-

используется древесина

[как правило, береза,

лили получить углеродные адсорбенты, сорбцион-

определенного возраста (7-10 лет)] процесс по-

ная емкость которых при извлечении хрома(VI) из

лучения из которой активных углей ведут из заго-

водных растворов составила от 25.06 до 49.8 мг/г.

товок значительного размера. Отходы древесины

Другим примером получения качественных

характеризуются, во-первых, малыми размерами

углей для очистки водных сред является использо-

(щепа, опилки), а, во-вторых, значительным ко-

вание в качестве сырья коры лиственницы, которая

личеством примесей (кора, листья), что создает

подвергалась совмещенной карбонизации-актива-

дополнительные трудности для ее переработки в

ции в реакторе псевдоожиженного слоя [21]. При

качественный углеродный адсорбент.

этом показано, что повышение скорости нагрева

Имеется достаточно много технологических

коры от 5 до 800 град/мин при пиролизе уменьшает

приемов получения углеродных адсорбентов из

выход активных углей и снижает их удельную по-

древесных отходов. Чаще всего такие активные

верхность и объем пор. Наибольшая сорбционная

угли обладают развитой микропористой струк-

активность отмечается для углеродных сорбентов,

турой, получаются в виде порошкообразных или

полученных низкоскоростным пиролизом коры с

дробленых форм и применятся для очистки жид-

изотермической выдержкой в течение 60 мин при

ких сред (осветляющие угли).

600°С и последующей ее активацией диоксидом

Например, активные угли, полученные мето-

углерода при 850°С в течение 30 мин. Проведение

дом парогазовой активации в стандартных услови-

процесса в оптимальных условиях низкоскорост-

ях [19], с выделением целевой фракции более 1 мм

ного процесса приводит к формированию пори-

древесного угля из отходов лесозаготовок смешан-

стости углей, равной 0.29 см³/г, и удельной поверх-

ной древесины (березовая и осиновая древесина:

ности 254 м²/г. При этом сорбционная активность

ветки, сучья, вершины), испытаны при адсорбции

по иоду достигает 43.7 мас%, а по метиленовому

ПАВ из водных растворов: анионных (волгонат,

голубому 281.2 мг/г, что превышает требования

углепен, нейтрализованный черный контакт) и ка-

к аналогичным характеристикам осветляющих

тионного (катамин АБ). Исходные сточные воды

углей типа ОУ-А.

имели следующие характеристики (мг/л): ПАВ

При изменении параметров получения, приво-

52-130, фенолы 0-5, ХПК 1020-1200 мг О/л. После

дящих к развитию пористой мезо- и макрострук-

фильтрации через слой активного угля содержание

туры возможно применение таких углеродных ад-

примесей значительно упало: для анионных ПАВ

сорбентов для очистки водных сред от коллоидной

0.5-2.0, фенолов 0-0.01, ХПК 510-560 мг О/л, что

нефти. Так, на основании двухпараметрической

соответствует нормам сброса в горколлектор.

модели были определены [22] оптимальные ус-

Углеродные сорбирующие материалы, актив-

ловия (Т_опт 205°С и Р_опт 3.0 МПа) получения не-

но поглощающие катионы цветных металлов из

фтяных сорбентов из отходов окорков осины (со-

водных сред, получали [20]: (1) из отходов (щепа

держание коры и осины - 1:1). Процесс получения

древесины, сучья, ветки, очищенные от зелени)

реализовался методом взрывного автогидролиза

лесозаготовок древесины березы Betula pendula

в среде водяного пара. Сырье предварительно

(береза повислая); (2) из отходов (преимуществен-

сушили до воздушно-сухого состояния (8-10%),

но из щепы) древесины лиственницы сибирской

после этого подвергали измельчению на дезинте-

Larix sibirica Ledeb; (3) из коры березы; (4) из коры

граторе марки 8255 Nossen (Германия) до фракции

лиственницы; (5) из коры пихты сибирской Abies

0.5-1.5 мм. Нефтеемкость полученных адсорбен-

sibirica Ledeb . Древесный уголь-сырец получали

тов определяли по сырой нефти Тюменского ме-

пиролизом в стандартных условиях при 700°С с

сторождения (ρ 0.85 г/см³) при 20°С. Установлено,

дальнейшей парогазовой активацией сырца в ре-

что расчетная нефтеемкость (4.28 г/г) сопоставима

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1297

с величиной нефтеемкости (4.30 г/г) сорбента, по-

Получение адсорбентов из лигнина может ре-

лученного взрывным автогидролизом при данных

ализовываться с применением различных техно-

условиях.

логических приемов, представленных на рис. 2 и

3. Одним из специфических и перспективных ме-

Для получения углеродных адсорбентов также

тодов получения высокоэффективных углеродных

используются материалы на основе выделенной

сорбентов из лигнина является проведение хими-

целлюлозы. Для повышения количества активных

ческой активации с применением неорганических

центров на углеродной поверхности дополни-

добавок. Применение химических реагентов спо-

тельно используют прием окисления, что способ-

собствует переструктурированию, направленному

ствует повышению ионнобменных характеристик

на отщепление простых радикалов и функцио-

получаемых материалов. Активные угли и угле-

нальных групп от ароматических колец (рис. 10),

род-минеральные композиты синтезированы на

с последующим получением в режиме карбониза-

основе порошковой целлюлозы с использованием

ции полиароматических структур.

метода жидкофазного окисления азотной кислотой

Обработка лигнина избытком гидроксида на-

и перекисью водорода [23]. Установлено, что ко-

трия ведет к получению порошкообразных угле-

личество функциональных кислородсодержащих

родных сорбентов, удельная поверхность кото-

поверхностных группировок зависит от состава

рых достигает 2024 м²/г, при объеме микропор

исходного углеродного материала. Жидкофазное

0.77 см³/г [25].

окисление перекисью водорода активного угля,

Для получения углеродных адсорбентов из лиг-

полученного из порошковой целлюлозы, способ-

нина также может применяться метод парогазовой

ствует росту значений СОЕ (статической обмен-

- физической активации [26]. В качестве исходно-

ной емкости) до величины 2.6 мг-экв/г, что в 2 раза

го сырья для получения углеродных адсорбентов

выше данной характеристики для промышленного

использовался гидролизный лигнин Красноярско-

угля БАУ-А. Окисление полученного углеродного

го биохимического завода со следующими харак-

адсорбента азотной кислотой протекает аналогич-

теристиками: влажность - 3.6%, зольность -1.6%,

но окислению БАУ-А, при этом значение СОЕ до-

V^daf - 63.4%, C^daf - 72.3%, H^daf - 4.1%. В процес-

стигает 4.5 мг-экв/г.

се получения углеродного адсорбента гидролиз-

Также из отходов древесины получают адсо-

ный лигнин подвергался пиролизу в токе азота

рбенты для очистки воздуха от раздельного и со-

при подъеме температуры до 500, 600 и 800°С и

вместного удаления SO₂и NO_x, удаления H₂S и ле-

выдержке в течение 1 ч. Выход карбонизованно-

тучих органических соединений. Для получения

го продукта составил 36-38%. Далее проводилась

активного угля может быть использована лигно-

парогазовая активация карбонизата при темпера-

целлюлозная биомасса [24]. Проведение процесса

туре 800°С и длительности 0.5 ч с подачей водя-

получения активного угля в стандартном режиме

ного пара (50 об%, остальное -азот). Определение

карбонизации и парогазовой активации позволило

адсорбционной емкости углеродных адсорбентов

получить адсорбент с площадью поверхности и

показало, что по уксусной кислоте ее значение

объемом пор до 3000 м²/г и 1.5 см³/г соответствен-

в 1.2-1.4 раза выше по сравнению с муравьиной

но, который можно считать хорошим сорбентом.

кислотой (0.7-0.8 и 1.0-1.1 ммоль/г по муравьи-

Преобразование лигноцеллюлозной биомассы в

ной и уксусной кислотам соответственно при рав-

активированный уголь может решить разноплано-

новесной концентрации алифатических кислот

вые экологические проблемы, такие как утилиза-

4-5 ммоль/л). Адсорбция анионного ПАВ волго-

ция сельскохозяйственных отходов и борьба с за-

ната на углеродном адсорбенте из лигнина выше в

грязнением воздуха.

1.3-1.5 раза величины адсорбции катионного ПАВ

Перспективным сырьем для получения угле-

катамина АБ (11-16 мг/г катамина АБ и 16-23 мг/г

родных адсорбентов является лигнин - продукт

волгоната при равновесной концентрации ПАВ

переработки древесины с использованием приема

25-50 мг/л).

перколяции разбавленной серной кислоты через

Большой интерес представляет получение из

слой диспергированной древесины.

лигнина серосодержащих сорбентов, перспектив-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1298

САМОНИН и др.

Рис. 10. Фрагмент молекулы лигнина.

ных для очистки водных сред от катионов цветных

сорбирующего материала лигнин повергают воз-

металлов. В частности, показана возможность по-

действию хлорной воды с дальнейшей обработкой

лучения серосодержащих сорбентов из лигнина,

полисульфидом натрия, схематично процесс пред-

хлорорганических отходов производства эпихлор-

ставлен на рис. 11.

гидрина и полисульфида натрия [27]. Исследова-

При этом образуются сорбенты, содержащие

ние возможности применения полученных сор-

2.4-12.5% серы. Их сорбционная способность

бентов для извлечения соединений цинка и кадмия

по тяжелым металлам Ni, Zn, Cd, Pb, Hg, Cu, Co

из водных растворов и показало высокую эффек-

составляет 452, 423, 462, 417, 467, 411 и 452 мг/г

тивность данных процессов. Модели экстракции

соответственно, что, как отмечают авторы, выше,

хорошо согласуются с регрессионными моделями,

нежели емкость материалов, полученных без ис-

которые также могут быть использованы для мате-

пользования хлорорганических отходов.

матического описания изотерм адсорбции и кине-

Показана эффективность применения фуллере-

тических кривых. Наиболее эффективная сорбция

нов в качестве модифицирующего агента при по-

реализуется при 20°C в диапазоне рН 0.5-3.0 и

лучении активных углей из гидролизного лигнина

1-5 для ионов Zn и Cd соответственно. Сорбцион-

[29]. Модифицирование фуллеренами проводили

ная активность полученного сорбента равна 423 и

из их водного раствора, в качестве фуллеренов

445 мг/г для цинка и кадмия соответственно. По-

применяли экстракт фуллеренов С_Σ, представ-

лученные уравнения регрессии обеспечивают до-

ляющий собой смесь фуллеренов С₆₀ (89%), С₇₀

статочную научную основу для проектирования

(10%) и высших фуллеренов (1%) производства

очистных сооружений сточных вод, направленных

ОАО ИЛИП (Санкт-Петербург). В расчетное ко-

на извлечение соединений цинка и кадмия.

личество фуллерена (необходимое для получения

Разработан близкий по составу серосодержа-

активного угля, содержащего 0.001% фуллеренов)

щий сорбент на основе лигнина и хлороргани-

добавляли краун-эфир в количестве 2 г на 1 кг ак-

ческих отходов производства эпихлоргидрина и

тивного угля и необходимое количество дистил-

полисульфида натрия, эффективно извлекающий

лированной воды. Полученную смесь подвергали

ионы тяжелых металлов (в том числе цинка и кад-

воздействию ультразвука в течение 20 мин. Вве-

мия) из водных растворов [28]. Для получения

дение фуллеренов в активный уголь на основе ги-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1299

Рис. 11. Схема образования сорбента из хлорлигнина [28].

дролизного лигнина на стадии его получения при-

ные сорбенты, поглотительные свойства которых

водит к развитию пористой структуры адсорбента,

обусловлены наличием различных функциональ-

при этом предельный объем сорбционного про-

ных центров, способных к замещению или хела-

тированию. Так, хитин, аминопроизводное цел-

странства увеличивается на 30-40%, объем мезо-

люлозы, находящийся в панцирях морских рачков,

пор - в 1.6-1.7 раза. Модифицирование активных

водорослей, грибов, представляет большой ин-

углей фуллеренами в процессе получения адсор-

терес как сорбент, основные поглотительные ха-

бентов из лигнина повышает их гидрофобность на

рактеристики которого обусловлены наличием

25% и поглотительную емкость при адсорбции ор-

вторичной аминогруппы [в молекуле целлюлозы

ганических и неорганических соединений из воды

при втором атоме углерода гидроксильная группа

в 1.1-2.0 раза.

заменена группой NHC(O)CH₃]. Обработка хитина

щелочами ведет к отщеплению ацетильной груп-

6. ХИТИН И ХИТОЗАН,

пы СН₃СО и замещению ее атомом водорода с об-

КАК ИОНООБМЕННЫЕ СОРБЕНТЫ

разованием первичной аминогруппы NH₂.

Для очистки жидких сред от катионов, анионов,

Оба этих материала характеризуются высокими

радионуклидов широко применяются ионообмен-

сорбционными характеристиками по отношению

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1300

САМОНИН и др.

к тяжелым металлам, радионуклидам и органиче-

творах. Коэффициент распределения K_d ²³³U и ⁹⁰Sr

ским соединениям, поглощение которых хитином

при сорбции составляет 5100 и 640 мл/г соответ-

и хитозаном определяется механизмом комплексо-

ственно, а степень извлечения данных радиону-

образования. В этом направлении проведено до-

клидов (R, %) 98.1 и 86.5 соответственно.

статочное количество исследований.

Из высших базидиальных грибов (Higher

Подробно изучен компонентный состав био-

Basidiomycetes) получены образцы хитин-меланин

массы S. avermitilis, который включает авермек-

глюканового комплекса Микотон, с использовани-

тин, липиды, белки и полисахаридный комплекс

ем которого исследованы закономерности сорбции

(муреин). При этом показано, что в составе липи-

U, Pu, Am и Eu [32]. Определены основные сорбци-

дов S. avermitilis присутствуют преимущественно

онные характеристики, такие как статическая об-

насыщенные жирные кислоты (86%). При этом

менная емкость и константы сорбционного равно-

отмечается одинаковое содержание мононенасы-

весия. Рассчитан безразмерный критерий Био Bi,

щенных (пальмитиновая и вакценовая) и полине-

на основании которого сделано заключение о том,

насыщенных (линолевая и α-линоленовая) жир-

что кинетику сорбции радионуклидов определяет

ных кислот, которое составляет около 7% [30].

в основном внешняя диффузия к активным цен-

Проведенные исследования выявили значительное

трам сорбента. На этом основании предположено,

количество жирных кислот с разветвленной цепоч-

что поглощение на хитин-меланин-глюкановом

кой (изоформы), которое превышает 70% от общей

комплексе Микотон комплексных ионов металлов

суммы жирных кислот. Из биомассы S. avermitilis

U, Pu и Eu существующих в растворе, реализует-

выделен полисахаридный комплекс, проведен его

ся как за счет комплексообразования, так и за счет

анализ методом ИК-спектроскопии и установлено,

осаждения продуктов их гидролиза на поверхно-

что полисахаридный комплекс S. avermitilis, как и

сти сорбентов. Также предполагается, что меха-

хитин-глюкановый комплекс из таллома эпигейно-

низм связывания U и Eu может быть обусловлен

го лишайника вида Cladonia rangiferina, построен

их координацией с атомами кислорода спиртовых

из звеньев хитина - β-N-ацетилглюкозамина. При

групп. При очистке растворов с низкими концен-

этом выявлены высокие сорбционные свойства

трациями коэффициенты распределения K_d ²³³U,

по отношению к основным (метиленовый голу-

²³⁹Pu и ²⁴¹Am составили 2600, 1100 и 1200 мл/г

бой) и кислотным (конго красный) красителям

соответственно.

полисахаридного комплекса (муреин), характери-

Также показана возможность сорбции Рu и Np

зующегося полиамфолитной природой. Сравни-

хитином, хитозаном и хитинсодержащими матери-

тельные исследования показали, что сорбционная

алами [33] из сильнощелочных (1-4 моль/л NaOH)

емкость полисахаридного комплекса S. avermitilis

растворов в статическом и динамическом режимах

по данным красителям в 2.8-7.6 раз превышает

в присутствии значительных количеств NaNO₃.

аналогичную характеристику хитин-глюканового

Коэффициент распределения

(1%) для Pu(IV)

комплекса Cladonia rangiferina. Такие показатели

практически не изменяется с повышением кон-

определяются большим содержанием в структуре

центрации NaOH от 1 до 4 моль/л и равен 3000-

муреина активных функциональных групп, кото-

6000 см³/г для различных хитин-содержащих со-

рые представляют собой сорбционные центры и

рбентов. В случае Np(V) K_d снижается для раз-

формируют высокую сорбционную способность

личных сорбентов с 2000-4000 до 600-1200 см³/г

данных материалов.

с повышением концентрации щелочи. Экспери-

Из подмора медоносных пчел получены [31]

менты с растворами, моделирующими составы ре-

образцы хитин-меланинового комплекса и опре-

альных жидких радиоактивных отходов [моль/л:

делены их некоторые физико-химические характе-

NaOH 4.0, NaNO₃ 10.0, A1(NO₃)₃3.0 и др., 90°С],

ристики. Установлена зависимость сорбционных

показали высокую эффективность хитинсодержа-

свойств хитин-меланиновых комплексов по отно-

щих материалов для извлечения Рu из такого типа

шению к радионуклидам от их способа выделения

растворов. Коэффициент распределения составил

и очистки. Изучено взаимодействие полученных

около 2850 см³/г, ресурс в динамическом режиме -

комплексов с радионуклидами ²³³U и ⁹⁰Sr в рас-

600 л раствора/кг сорбента. Хитин, использован-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1301

ный в качестве сырья, выделен из панциря атлан-

Несмотря на то, что состав таких материалов

тического криля путем последовательной обра-

в чем-то схож по своей структуре, активные угли,

ботки 2%-ным раствором NaOH и 5%-ной НСl.

получаемые на их основе, обладают разными па-

Полученный хитин представлял собой белые че-

раметрами, обусловливающими их применение и

шуйки размером 0.8-1.0 мм. Содержание золы -

для очистки газовых сред от N-содержащих газов,

не более 0.5%, протеина - не более 0.1%.

от углекислого газа, и от катионов металлов из во-

дных сред. Удельная поверхность таких адсорбен-

7. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ

тов варьируется в широком диапазоне от 70 м²/г до

РАСТИТЕЛЬНЫЕ СУБСТРАТЫ И ИХ

более чем 3000 м²/г.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТОВ

Активация скорлупы грецкого ореха, предва-

И ОСНОВЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБИРУЮ-

рительно пропитанной KOH, при температуре

ЩИХ МАТЕРИАЛОВ

500-800°C CO₂дает возможность получить актив-

Активные угли получают из углеродсодержа-

ный уголь, характеризующийся сорбционной спо-

щего сырья как высокой, так и низкой плотности,

собностью по NO₂,достигающей 66.3 мг [35]. При

при этом для получения развитой пористой струк-

этом наблюдается разнообразный кислотно-ще-

туры используют различные технологические при-

лочной характер поверхности. Удельная поверх-

емы в зависимости от вида сырья. В зависимости

ность адсорбента достигает 2305 м²/г при объеме

от свойств получаемых материалов такие сорбен-

пор 1.12 см³/г.

ты используются для очистки различных сред от

В аналогичной работе пропитка скорлупы

широкого спектра загрязняющих веществ.

сливы KOH с дальнейшей ее активацией диокси-

В качестве сельскохозяйственных отходов вы-

дом углерода при температуре 800°C позволяет

сокой плотности необходимо отметить косточки

получать углеродный адсорбент, характеризую-

плодов и скорлупу орехов. Низкой плотностью

щийся удельной поверхностью по Брунауэру-

характеризуются солома, жмых и початки куку-

Эммету-Теллеру, равной 3228 м²/г, и объемом пор

рузы, кожура плодов, корневища растений и пр.

1.57 см³/г [36]. Данный активированный уголь

Применение сырья с высокой плотностью позво-

предназначен для удаления NO₂ из газовой фазы и

ляет получать наиболее качественные углерод-

характеризуется сорбционной емкостью, достига-

ные адсорбенты. Плотность исходного сырья, как

ющей 67 мг/г.

правило, определяет схему получения углеродных

В качестве сырья для получения углеродных

адсорбентов: в случае высокой плотности углерод-

сорбентов

- поглотителей CO₂ использовалась

содержащих отходов применяют парогазовую ак-

скорлупа миндаля [37]. Изотермы адсорбции чи-

тивацию (рис. 2), в случае низкой - химическую,

стого CO₂, а также N₂ измерялись при 0, 30, 50 и

причем использование химического активатора

70°C до 120 кПа. Два углеродных адсорбента были

приводит к повышению прочности получаемо-

испытаны в качестве поглотителей CO₂ в услови-

го материала за счет разрушения макропористой

ях, характерных для атмосферы, образующейся в

структуры у исходного сырья (рис. 3).

процессе горения (10% CO₂ при атмосферном дав-

Сегодня самыми высококачественными актив-

лении и 50°C). Оба поглотителя демонстрируют

ными углями в мире, производимыми по наиболее

быструю кинетику адсорбции-десорбции и опи-

сываются псевдо-моделью первого порядка.

доступным технологиям, являются активные угли

на основе скорлупы кокосовых орехов, которые по

Для активированных углей, полученных из

своей сути являются отходами [34]. В России ана-

сельскохозяйственных отходов в виде оболочек

логом такого высокоплотного сырья, на основе ко-

миндальных косточек (CAS) и апельсиновых ко-

торого могут быть получены высококачественные

рок (COP) [38]оценена кинетика извлечения из

активные угли, выступает косточка плодов абри-

водных растворов 2-пиколиновой кислоты. Уста-

коса и персика (Технология МеКС). В качестве сы-

новлено, что для ее описания хорошо подходит

рья может также использоваться косточка сливы,

кинетическая модель псевдовторого порядка.

миндаля, скорлупа кедрового и грецкого ореха и пр.

Определены константы скорости адсорбции: 6.66×

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1302

САМОНИН и др.

10^-4 и 2.51×10^-5 мг/(г·мин) для CAS и COP соответ-

сорбенты из кукурузной кисточки [41]. Изучено

ственно. Для описания адсорбционного равнове-

влияние соотношения пропитки фосфорной кис-

сия лучше подходит модель изотермы Ленгмюра,

лотой при постоянной температуре активации на

чем таковая Фрейндлиха. Максимальная адсор-

характеристики получаемого активного угля. Из-

бционная способность по уравнению Ленгмю-

менение коэффициента пропитки от 1:1 до 1:5 по-

ра составила 166.7 и 288.57 мг/г для CAS и COP

зволило получить высокую площадь поверхности

соответственно.

(1263 м²/г) и большой объем пор (1.592 см³/г) ак-

тивного угля, полученного из кукурузной кисточки

Скорлупа кедрового ореха использовалась в ка-

с использованием химического активатора (фос-

честве сырьевой базы для получения углеродного

форной кислоты). Установлено, что соотношение

адсорбента [39]. Зольность полученного сорбен-

1:4 является оптимальным исходя из высокой пло-

та составила 1.7%, суммарный объем пор по воде

щади поверхности, в то время как 1:5 оптимально

0.29 см³/г, удельная поверхность по методу Бруна-

с точки зрения объема пор полученного активного

уэра-Эммета-Теллера - 70 м²/г. На поверхности

угля.

исходного сорбента присутствуют кислородсо-

держащие функциональные группы в количестве

Представляет интерес опыт получения актив-

ных углей из жома сахарного тростника с исполь-

0.4 ммоль-экв/г, из них -СООН - 0.14 ммоль-экв/г.

зованием приема термохимической активации

Далее сорбент, полученный при 250-300°С, был

[42]. Растительное сырье обрабатывали раствором

окислен перекисью водорода электрохимическим

гидроксида калия концентрацией 1.0-4.0 моль/л и

способом. Доочистка сточной воды от ионов меди

карбонизовали при температуре 600-750°С. Полу-

проводилась на нем в статических условиях в тече-

ченный активированный уголь промывали водой

ние 24 ч. После очистки от ионов меди за 1 ступень

для полного удаления остаточных посторонних

концентрация меди снизилась в 2 раза. Затем рас-

веществ. Площадь удельной поверхности полу-

твор с остаточной концентрацией 0.20 мг/л вновь

ченных материалов по методу Брунауэра-Эммета-

обрабатывали окисленным сорбентом. Остаточная

Теллера составляет 490-510 м²/г. Средний радиус

концентрация меди составила 0.002 мг/л.

микропор, определенный по методу функционала

При исследовании процесса получения актив-

плотности (DFT), равен 0.684 нм, общий объем

ного угля из скорлупы кедровых орехов (орехов

микропор - 0.317 см³/г (по модели Дубинина-

сосны сибирской) был подчеркнут экономический

Астахова 0.680 нм и 0.303 см³/г соответственно).

интерес, представляемый возможностью совме-

Показано, что адсорбционная емкость химиче-

щения стадий пиролиза и активации по продолжи-

ски активированного угля по фенолу увеличена в

тельности процессов в одном аппарате с использо-

3.67 раза, по 2,4-дихлорфенолу в 2.95 раза по срав-

ванием в качестве активирующего агента водяного

нению с физической активацией. При этом уста-

пара [40]. Активацию проводили в течение 1-3 ч

новлена высокая эффективность разработанных

при температурах 600, 650 и 700°С.

адсорбентов на основе продуктов пиролиза жома

Наряду с сельскохозяйственными отходами вы-

сахарного тростника для очистки минерализован-

сокой плотности, для получения углеродных сор-

ной воды от фенола. Выявлено, что с увеличени-

бентов изучены возможности применения отходов

ем концентрации хлорида натрия (в диапазоне

низкой плотности. Для получения адсорбентов в

0-30‰) растет эффективность очистки воды от

этом случае применяют как более затратный метод

фенола. Минеральные соли влияют на эффек-

химической активации, позволяющий получать

тивность очистки воды от фенола в ряду NaCl >

наиболее эффективные углеродные адсорбенты,

KCl > NaBr.

так и более дешевый метод парогазовой актива-

Активный уголь может быть получен с исполь-

ции, не позволяющий сформировать развитую

зованием одностадийного процесса химической

пористую структуру материалов при их высокой

активации с хлоридом цинка из растительных от-

прочности.

ходов, таких как древесные опилки, ростовое семя

С использованием фосфорной кислоты как

и семена кизила [43]. Изучено влияние параметров

химического активатора получены углеродные

активации, таких как температура карбонизации,

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1303

коэффициент и длительность пропитки ZnCl₂ на

во внутренних порах, и в конечном итоге адсор-

свойства конечных продуктов. Полученные актив-

бировался на границе раздела между магнетитом

ные угли характеризовали изотермами адсорбции

и гидрофобной поверхностью пор, что приводило

азота при 77 K. Показана возможность получения

к высокой плотности сорбции. Термическая реге-

активных углей с удельной поверхностью и погло-

нерация показала, что равновесная способность

тительной способностью по метиленовому голу-

удалять метиленовый голубой с помощью намаг-

бому, достигающими 1825 м²/г и 300 мг/г соответ-

ниченного активного угля была выше, чем для

ственно.

непропитанного адсорбента. Благодаря интерпре-

Метод химической активации хлоридом цинка

тации данных термогравиметрического анализа и

дифференциальной сканирующей калориметрии

был также использован для получения углеродного

адсорбента из отходов переработки томатов [44].

показано, что энергия десорбции метиленового го-

Оценено влияние соотношения пропитки, темпе-

лубого уменьшена магнетитом, что обусловливает

ратуры и времени пиролиза на некоторые характе-

лучшую способность к регенерации для активных

ристики полученных углей и определены лучшие

углей без пропитки магнетитом.

условия производства. Оптимальный активиро-

Развитие данного положения в работе [46] иллю-

ванный уголь получен при соотношении пропитки

стрируется возможностью использования метода

6:1, температуре пиролиза 600°C и длительности

термохимической активации, путем пропитки угля

изотермической выдержки при этой температу-

сырца насыщенным раствором KОН с дальнейшей

ре в течение 1 ч. Его характеризует содержание

термообработкой. В качестве сырья для получения

углерода 53.92%, выход 38.20%, площадь удель-

углеродных адсорбентов использовалась рапсовая

ной поверхности 1093 м²/г, суммарный объем пор

солома в качестве одной из возможных альтерна-

1.569 см³/г, мезопористость 91.78% и средний раз-

тив утилизации сельскохозяйственной продукции,

мер пор 5.92 нм. Адсорбционные характеристики

не используемой для других целей. Установлено,

тестировали с использованием красителей мети-

что адсорбционные свойства полученного актив-

леновый голубой и метаниловый желтый. Адсорб-

ного угля по иоду и метиленовому голубому в

ционное поведение хорошо описывается моделью

3 раза и более превышают требования к промыш-

изотермы Ленгмюра, демонстрируя максималь-

ленно выпускаемому активному углю этого клас-

ную адсорбционную способность для метилено-

са, полученному методом парогазовой активации.

вого голубого и метанилового желтого 400 и 385

Выявлена неоднозначная зависимость между

мг/г соответственно. Результаты работы указыва-

концентрацией активирующего агента и длитель-

ют на потенциальное использование полученного

ностью процесса на формирование поверхности

активного угля для удаления катионных и анион-

мезопор адсорбента. При низкой концентрации с

ных красителей.

увеличением продолжительности процесса удель-

Предварительная пропитка магнетитом позво-

ная площадь поверхности резко возрастает до

лила получить намагниченный активный уголь из

2500 м²/г и, наоборот, при высокой концентрации с

сельскохозяйственных отходов на основе оболочек

увеличением продолжительности активации вели-

семян Palm Fruit (русское название плодов грави-

чина площади образующейся удельной поверхно-

ола) [45]. По данным изученного равновесия, на-

сти резко уменьшается. Установлено, что адсорб-

магниченный активный уголь с малым размером

ционные свойства как по метиленовому голубому,

частиц имеет максимальную адсорбционную спо-

так и иоду зависят от удельной поверхности, а так-

собность по метиленовому голубому из водного

же от суммарного объема пор и объема микропор

раствора равную 163.3 мг/г. Кинетика поглощения

адсорбента. Оценена эффективность полученного

метиленового голубого намагниченным активным

угля в технологиях детоксикации агропромышлен-

углем существенно хуже таковой для активных

ного комплекса. В лабораторных, вегетационных

углей, полученных без пропитки из-за осаждения

и полевых опытах было показано, что применение

магнетита в основном на наружной их поверхно-

данного углеродного адсорбента ведет к активиза-

сти. Однако метиленовый голубой электростати-

ции ростовых процессов и способствует увеличе-

чески притягивался к магнетиту, находящемуся

нию урожайности рапса на 25%.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1304

САМОНИН и др.

Кремний-кислородные материалы аморфного

ченного вермикулита с рисовой соломой. Наибо-

строения, такие, как диоксид кремния и алюмоси-

лее активными по сорбционной способности к

ликаты, характеризуются широким спектром при-

бактериям B. subtilis являются образцы, получен-

менения вследствие развитой пористости, химиче-

ные окислительным обжигом из обработанной

ской инертности и термической стабильности. Они

соляной кислотой рисовой шелухи и гибридный

в основном получаются из кварца, диатомита, раз-

образец, превосходящие по сорбционной способ-

личных по составу силикатов. Но способы полу-

ности промышленный Белый уголь.

чения таких материалов очень дороги и энергоем-

В ряде случаев для получения активного угле-

ки. В качестве сырья-альтернативы рекомендуется

рода из сельскохозяйственных отходов применя-

брать возобновляемые многотоннажные отходы

ют метод физической активации. Растительные

растительного происхождения, которые содержат

остатки, формирующиеся при экстракционной

достаточно много кремния [47]. К ним относятся

обработке корневища и корня элеутерококка колю-

рисовая шелуха и солома (Oryza sativa). Так как в

чего, послужили сырьем для получения углерод-

шелухе и соломе риса содержится значительное

ных адсорбентов методом парогазовой активации

количество диоксида кремния, в процессе их пе-

[48]. Исходное сырье просеивалось через сито для

реработки получаются эффективные кремнекис-

удаления грубодисперсных образований, после

лородные адсорбенты многих типов поллютантов

чего увлажнялось, смешивалось с гидролизным

в воде, в частности микроорганизмов. В процессе

лигнином и гранулировалось на шнеке-грануля-

исследования выявлена избирательность крем-

торе с фильерами диаметром 6.5×10^-3 м. Гранулы

ний-оксидных материалов, полученных из рисо-

сушились при температуре 595-598 K до воздуш-

вых отходов, в зависимости от вида сырья (шелуха

но-сухого состояния. Процесс пиролиза и актива-

или солома) и условий получения. Иллюстрирует-

ции вели в вертикальной кварцевой реторте, на-

ся их способность связывать разные по природе

ходящейся в трубчатой муфельной печи. Пиролиз

бактерии на примере Escherichia coli, Streptococcus

осуществляли без доступа воздуха в атмосфере

aureus, Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa,

продуктов реакции при 995-825 K в течение 1.5 ч.

Bacillus subtilis. В качестве эталона использовали

Процесс активации вели в атмосфере диоксида

промышленно выпускаемые продукты, такие как

углерода при 1100 K до обгара 55-60% (потеря

природный алюмосиликат - вспученный верми-

массы угля от исходной). Для сравнительной оцен-

кулит - и сорбент Белый уголь, содержащий при-

ки адсорбционной способности полученного угле-

мерно равные доли кремнезема и микрокристал-

родного адсорбента в качестве эталона был ис-

лической целлюлозы. Проведенные исследования

пользован промышленно выпускаемый активный

показали, что все кремнийсодержащие образцы,

уголь СКТ из группы углеродных адсорбентов,

полученные из рисовой шелухи, рисовой соломы

характеризующихся наиболее развитой пористой

и на основе природного вермикулита, иллюстри-

структурой, для которого также известен состав

руют высокую сорбционную способность по отно-

кислородсодержащих групп на поверхности. Как

шению к бактериям штаммов E. coli и B. subtilis.

видно из данных табл. 3, полученный уголь усту-

Наиболее высокие сорбционные свойства по от-

пает промышленному СКТ как по объему сорби-

ношению к E. coli проявили: материал на основе

рующий пор, так и по количеству карбоксильных и

диоксида кремния, полученный окислительным

основных активных групп на поверхности. В то же

обжигом из обработанной соляной кислотой ри-

время, по наличию фенольных групп эти сорбенты

совой шелухи; алюмосиликат натрия, полученный

равнозначны.

из рисовой соломы, обработанной раствором ги-

На примере стрептомицина показана возмож-

дроксида натрия с дальнейшим осаждением сили-

ность использования полученного активного

ката раствором сульфата алюминия; вспученный

угля для очистки водных сред. При концентрации

вермикулит Кокшаровского месторождения фрак-

стрептомицина не более 25 мг/л, сорбционная

ции 0.1-0.25 мм, сравнимый по эффективности с

способность полученного активного угля практи-

промышленным сорбентом Белый уголь, а также

чески равняется емкости угля СКТ и составляет

гибридный сорбент, полученный из смеси вспу-

примерно 40 мг/г. При повышении концентрации

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1305

Таблица 3. Сравнительные характеристики полученного и промышленного адсорбентов

Объем пор, см³/г

Кислородсодержащие группы, мг-экв/г

Сорбент

ми

ме

ма

фенольные

карбоксильные

альдегидные

основные

СКТ

0.51

0.20

0.28

0.095

0.558

0.653

АУ-1

0.35

0.11

0.35

0.096

0.135

0.106

0.154

до 200 мг/л сорбционная емкость угля из корня

ности и изучаются с позиций их использования в

элеутерококка составляет примерно 130 мг/г, что

качестве адсорбента [50]. Установлено, что апель-

уступает аналогичной характеристике угля СКТ,

синовая и банановая кожура являются наиболее

которая равняется 200 мг/г. Для расчета равновес-

широко изученными адсорбентами, а Pb²⁺ и ме-

ной адсорбции стрептомицина при концентрациях

тиленовый синий являются наиболее эффективно

его не более 200 мг/дм³ в водном растворе авторы

удаляемыми загрязнителями. Изотермы адсорб-

рекомендуют использовать уравнение Дубинина-

ции Ленгмюра и Фрейндлиха обеспечивают наи-

Радушкевича.

лучшее совпадение с экспериментальными резуль-

Биочар (уголь, полученный пиролизом без до-

татами.

ступа кислорода из растительных отходов), из

Также адсорбенты из такого типа углеродсодер-

остатка ферментации гибрида кукурузы, исполь-

жащего сырья могут применяться для ликвидации

зовали в качестве сорбента для удаления Cd(II),

разливов нефти в морской среде. Целлюлозное

Pb(II) и Zn(II) из водного раствора [49]. Способ-

саго (MCS) из коры саго получали путем взаимо-

ность биочара к иммобилизованным ионам была

действия богатой гидроксилом целлюлозной коры

исследована методом выщелачивания. Равновесие

саго (CS) с производным жирной кислоты [51].

между образцом биочара и исследуемыми элемен-

Оценка сорбционной емкости, гидрофобности и

тами в растворе было достигнуто при времени

липофильности MCS и CS показало, что MCS ха-

контакта 30 мин для Zn(II) и 90 мин для Pb(II) и

рактеризуется наиболее высоким общим объемом

Cd(II). Экспериментальные данные описывались

пор и высокой гидрофобностью (60%) по сравне-

кинетической моделью псевдопервого и псевдосе-

нию с CS. Исследования адсорбции разливов неф-

кундного порядков, двух- и трехпараметрически-

ти сравнивались как в деионизированной воде, так

ми изотермами в нелинейной форме. Максималь-

и в морской воде. MCS показал более высокую со-

ная достигнутая сорбционная емкость составила

рбционную способность масла в деионизирован-

30.07 мг/г по ионам Cd(II), 99.44 мг/г по ионам

ной воде, которая через 60 мин составила для MCS

Pb(II) и 40.18 мг/г по Zn(II). Биочар, разработан-

3.0 г/г, а для CS 2.4 г/г. Максимальная сорбцион-

ный для этого исследования, сопоставим с обыч-

ная емкость нефти MCS в морской воде составила

ным биочаром, дешев, нетоксичен, и эксперимен-

5.7 г/г, что было выше, чем для CS (5.0 г/г). Ав-

тальные результаты показывают, что он является

торы делают заключение, что MCS является по-

подходящим и эффективным сорбентом для удале-

тенциальным недорогим природным сорбентом,

ния Cd(II), Pb(II) и Zn(II) из водных растворов.

который хорошо работает при удалении нефти из

Некоторые остатки растительного происхожде-

морской воды.

ния могут использоваться в качестве сорбентов -

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

поглотителей вредных компонентов без термиче-

ской или термохимической переработки, несмотря

Применение новых технологий активных углей

на то, что не обладают развитой микропористой

на базе нового сырья и отходов, позволяет решать

структурой и высокими значениями удельной по-

задачу получения высокоактивных углеродных

верхности.

адсорбентов с развитой удельной поверхностью

Отходы кожуры фруктов в изобилии доступны

(удельная поверхность по Брунауэру-Эммету-

в сельскохозяйственной и пищевой промышлен-

Теллеру 2000-3000 м²/г) и задачу утилизации мно-

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1306

САМОНИН и др.

готоннажных отходов органического строения. В

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

качестве основных технологических приемов по-

Самонин Вячеслав Викторович, ORCID: http://

лучения адсорбентов из органических техноген-

orcid.org/0000-0002-4288-257X

ных отходов используются процессы парогазовой

Спиридонова Елена Анатольевна, ORCID:

и химической активации, в результате чего обра-

http://orcid.org/0000-0002-1801-9813

зуются преимущественно углеродные адсорбенты,

характеризующиеся некоторым количеством не-

Зотов Александр Сергеевич, ORCID: http://

органических примесей. Пористая структура угле-

orcid.org/0000-0002-8843-9602

родных адсорбентов, получаемых из органических

Подвязников Михаил Львович, ORCID: http://

отходов в зависимости от вида сырья и технологии

orcid.org/0000-0003-1946-5476

его переработки представлена широким спектром

Гарабаджиу Александр Васильевич, ORCID:

характерных типов пор. Как правило, микропори-

http://orcid.org/0000-0002-3762-5413

стые сорбенты со значительным объемом пор (V_ми

0.20-0.60 см³/г) получаются из плотного исход-

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

ного сырья, такого как скорлупа и косточки пло-

Работа выполнена при финансовой поддерж-

дов, полимерные материалы и тяжелые фракции

ке Российского научного фонда (проект №21-79-

нефтепродуктов при их обработке сшивающими

30029).

агентами. При этом возможно использование ме-

тода парогазовой активации, характеризующегося

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

сравнительно низкими экономическими затрата-

А.В. Гарабаджиу является членом редколлегии

ми. Использование растительного сырья низкой

Журнала общей химии. Остальные авторы заявля-

плотности требует применения химических реа-

ют об отсутствии конфликта интересов.

гентов для проведения химической активации, что

приводит к удорожанию технологии и, как прави-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ло, получаемого продукта. Направления приме-

1. Цгоев Т.Ф., Теблоев Р.А., Бязрова Д.Б. Отходы про-

нения адсорбентов, получаемых из органических

изводства и потребления. Владикавказ: Северо-Кав-

техногенных отходов достаточно широки, но, как

казский горно-металлургический институт (Госу-

правило данные материалы используются для

дарственный технологический университет), 2020.

очистки водных сред от широкого спектра загряз-

423 с.

няющих компонентов. К ним относятся катионы

2. Шилкина С.В. // Интернет-журнал «Отходы и ресур-

цветных металлов, радионуклиды, органические

сы». 2020. № 1. doi 10.15862/05ECOR120

соединения различного химического строения,

в том числе нефтепродукты, как растворенные в

3. Отходы производства и потребления. Образова-

воде, так и скомпактированные на поверхности

ние отходов. Производители отходов. Термины и

определения. https://studopedia.ru/4_159453_othodi-

водоемов. Ионообменная статическая обменная

proizvodstva-i-potrebleniya-obrazovanie-othodov-

емкость (COE) при этом может достигать вели-

proizvoditeli-othodov-termini-i-opredeleniya.html

чин 4-7 мг-экв/г по 0.1 н. H₂SO₄ и 1-2 мг-экв/г

по 0.1 н. NaOH. Удаление вредных примесей мо-

4. Самонин В.В., Подвязников М.Л., Спиридонова Е.А.

жет осуществляться до низких остаточных значе-

Сорбционные технологии защиты человека, техники

ний, вплоть до норм, установленных предельно

и окружающей среды. СПб: Наука, 2021. 536 с.

допустимых концентраций. При этом стоимость

5. Передерий М.А., Цодиков М.В., Маликов И.Н., Ку-

сорбирующих материалов, получаемых из отхо-

раков Ю.И. // Химия твердого топлива. 2011. № 2.

дов, характеризуется более низкой стоимостью по

С. 37; Perederii M.A., Tsodikov M.V., Malikov I.N.,

сравнению с промышленно выпускаемыми адсо-

Kurakov Yu.I. // Solid Fuel Chem. 2011. Vol. 45. N 2.

рбентами из сырья регулярной структуры вслед-

С. 102. doi 10.3103/S0361521911020078

ствие низкой стоимости используемых для полу-

6. Al-Rahbi A.S., Williams P.T. // Waste Management. 2016.

чения сорбентов отходов.

Vol. 49. P. 188. doi 10.1016/j.wasman.2016.01.030

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

1307

Glushankova I., Vaisman Y., Surkov A., Dokuchaeva D. //

22.

Веприкова Е.В., Терещенко Е.А. // Хим. раст. сырья.

Nature Environment and Pollution Technology. 2017.

2013. № 2. С. 219.

Vol. 16. N 4. P. 1175.

23.

Шишмаков А.Б., Еранкин С.В., Микушина Ю.В., Ко-

Mendoza-Carrasco R., Cuerda-Correa E.M., Alexandre-

рякова О.В., Валова М.С., Петров Л.А. // Хим. раст.

Franco M.F., Fernandez-Gonzalez C., Gomez-Serra-

сырья. 2010. № 2. С. 27.

no V. // J. Environ. Manag. 2016. Vol. 181. P. 522.

24.

Nor N.M., Chung L.L., Teong L.K., Mohamed A.R. // J.

doi 10.1016/j.jenvman.2016.06.070

Environ. Chem. Eng. 2013. N 1. P. 658. doi 10.1016/j.

Bazargan A., Hui C.W., McKay G. // Adv. Polymer Sci.

jece.2013.09.017

2013. Vol. 253. doi 10.1007/12_2013_253

25.

Романенко К.А., Богданович Н.И., Канарский А.В. //

10.

Zhang Y., Shen Z., Yu Y., Liu L., Wang G., Chen A. // J.

Изв. вузов. Лесной журнал. 2017. № 4. С. 162.

Mater. Sci. 2018 Vol. 53. N 17. P. 12115

doi 10.17238/issn0536-1036.2017.4.162

11.

Нистратов А.В., Скарюкин А.С., Клушин В.Н. //

26.

Еремина А.О., Головина В.В., Чесноков Н.В., Кузне-

Сорбционные и хроматографические про-

цов Б.Н. // Ж. Cиб. фед. унив. Сер. химия. 2011. Т. 4.

цессы. 2019. Т. 19. № 2. С. 200. doi 10.17308/

№ 1. С. 100.

sorpchrom.2019.19/739

27.

Асламова В.С., Чернышева Е.А., Грабельных В.А.,

12.

Кузьмина В.П. // Нанотехнологии в строительстве:

Леванова Е.П., Руссавская Н.В. // Изв. вузов. При-

научный интернет-журнал. 2010. Т. 2. № 3. С. 66.

кладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. № 4.

13.

Барнаков Ч.Н., Сеит-Аблаева С.К., Козлов А.П.,

С. 174. doi 10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183

Рокосов Ю.В., Фенелонов В.Б., Пармон В.Н. Пат.

28.

Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П.,

2206394 (2002). Россия.

Русавская Н.В., Розенцвейг И.Б., Корчевин Г.А. //

14.

Поконова Ю.В. // Химия твердого топлива. 2011. № 1.

Химия в интересах устойчивого развития. 2017.

С. 42; Pokonova Yu.V. // Solid Fuel Chem. 2011. Vol. 45.

Т. 25. № 3. С. 327. doi 10.15372/KhUR20170312

N 1. P. 39. doi 10.3103/S0361521911010113

29.

Самонин В.В., Никонова В.Ю., Подвязников М.Л. //

15.

Поконова Ю.В. // Химия твердого топлива. 2012. № 1.

ЖПХ. 2014. Т. 87. № 2. С. 210; Samonin V.V., Nikono-

С. 48; Pokonova Y.V. // Solid Fuel Chemistry. 2012. Vol.

va V.Y., Podvyaznikov M.L. // Russ. J. Appl. Chem. 2014.

46. N 1. P. 45. doi 10.3103/S0361521912010120

Vol. 87. N 2. P. 190. doi 10.1134/S1070427214020116

16.

Поконова Ю.В. // Химия твердого топлива. 2013. № 2.

30.

Бровко О.С., Жильцов Д.В., Ивахнов А.Д., Богда-

С. 52. doi: 10.7868/S0023117713020084; Pokono-

нов М.В. // Хим. раст. сырья. 2020. № 1. С. 57. doi

va Yu.V. // Solid Fuel Chem. 2013. Vol. 47. N 2. P. 120.

10.14258/jcprm.2020015500

doi 10.3103/S0361521913020080

31.

Бакулин А.В., Велешко И.Е., Румянцева Е.В.,

17.

Поконова Ю.В. // Химия твердого топлива. 2009. № 1.

Левов А.Н., Бурмистрова Л.А., Курченко В.П.,

С. 39; Pokonova Yu.V. // Solid Fuel Chem. 2009. Vol. 43.

Хисматуллин Р.Г., Варламов В.П., Кривцов Н.И. //

N 1. P. 32. doi 10.3103/S0361521909010078

Докл. Российской академии сельскохозяйственных

18.

Lyubchyka A., Lyginaa O., Lyubchykb S., Fonsecaa I.,

наук. 2011. № 5. С. 48.

Tulepovc M., Mansurovc Z., Lyubchika S. // Euras.

32.

Велешко И.Е., Велешко А.Н., Румянцева Е.В., Роза-

Chem.-Technol. J. 2015. Vol. 17. P. 47.

нов К.В., Буданцева Н.А., Гальбрайх Л.С., Дмитрие-

19.

Еремина А.О., Головина В.В., Угай М.Ю., Рудков-

ва Н.А. // Хим. раст. сырья. 2011. № 4. С. 39.

ский А.В. // ЖПХ. 2004. Т. 77. № 4. С. 779; Eremi-

33.

Селиверстов А.Ф., Трифонова С.В., Тананаев И.Г.,

na A.O., Golovina V.V., Ugai M.Yu., Rudkovskii A.V. //

Ершов Б.Г., Мясоедов Б.Ф. // Радиохимия. 2006.

Russ. J. Appl. Chem. 2004. Vol. 77. N 5. P. 775. doi

Т. 48. № 4. C. 344; Seliverstov A.F., Trifonova S.V.,

10.1023/B:RJAC.0000038810.83078.54

Tananaev I.G., Ershov B.G., Myasoedov B.F. //

20.

Головина В.В., Еремина А.О., Соболев А.А., Чесно-

Radiochemistry. 2006. Vol. 48. N 4. P. 384. 10.1134/

ков Н.В. // Ж. Cиб. фед. унив. Сер. химия. 2017.

S1066362206040138

Т. 10. № 2. С. 186. doi 10.17516/1998-2836-0017

34.

Мухин В.М., Курилкин А.А., Воропаева Н.Л., Лексю-

21.

Иванов И.П., Судакова И.Г., Иванченко Н.М., Кузне-

кова К.В., Учанов П.В. // Сорбционные и хроматогра-

цов Б.Н. // Хим. раст. сырья. 2011. № 1. C. 81.

фические процессы. 2016. Т. 16. № 3. С. 346.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021

1308

САМОНИН и др.

35.

Nowicki P., Pietrzak R., Wachowska H. // Catalysis

43. Açıkyıldız M., Gürses A., Karaca S. // Micropor.

Today. 2010. Vol. 150. N 1-2. P. 107. doi 10.1016/j.

Mesopor. Mater. 2014. Vol. 198. N 1. P. 45. doi

cattod.2009.11.009

10.1016/j.micromeso.2014.07.018

44. Sayğılı H., Güzel F. // J. Clean. Product. 2016. Vol. 113.

36.

Nowicki P., Wachowska H., Pietrzak R. // J. Hazard.

N 1. P. 995. doi 10.1016/j.jclepro.2015.12.055

Mater. 2010. Vol. 181. N 1-3. P. 1088. doi 10.1016/j.

45. Wong K.T., Eu N.C., Ibrahim S., Kim H., Jang M.

jhazmat.2010.05.126

// J. Clean. Product. 2016. Vol. 115. N 1. P. 337.

37.

Plaza M.G., Pevida C., Martıґn C.F., Fermoso J.,

doi 10.1016/j.jclepro.2015.12.063

Pis J.J., Rubiera F. // Sep. Purif. Technol. 2010. Vol. 71.

46. Хвиюзова К.А., Богданович Н.И., Воропаева Н.Л.,

P. 102. doi 10.1016/j.seppur.2009.11.008

Карпачев В.В. // Хим. раст. сырья. 2020. №1. С. 337.

38.

Hashemian S., Salari K., Yazdi Z.A. // J. Indust. Eng.

doi 10.14258/jcprm.2021017783

Chem. 2014. Vol. 20. N 4. P. 1892. doi 10.1016/j.

47. Харченко У.В., Арефьева О.Д., Панасенко А.Е.,

jiec.2013.09.009

Земнухова Л.А., Беленева И.А. // Изв. вузов. Приклад-

ная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. № 4. С. 603.

39.

Адеева Л.Н., Одинцова М.В. // Изв. вузов. Сер. хим.

doi: 10.21285/2227-2925-2020-10-4-603-612

и хим. технол. 2009. Т. 52. №. 7. С. 86.

48. Григорьев Л.Н., Веренцова Л.Г., Шанова О.А., Ро-

40.

Cавельева Ю.Р., Кряжов А.Н., Богомолов М.С., Ива-

дионова А.А. // Хим. раст. сырья. 2015. № 4. C. 93.

сенко В.Л., Новиков В.Т. // Хим. раст. сырья. 2003.

49. Tokarčíková M., Seidlerová J., Motyka O., Šafaříko-

№ 4. С. 61.

vá M. // Ecol. Chem. Eng. S. 2019. Vol. 26. N 4. P. 743.

41.

Olorundare O.F., Msagati T. A.M., Krause R.W.M.,

doi 10.1515/eces-2019-0052

Okonkwo J.O., Mamba B.B. // Water Air Soil Pollut.

50. Pathak P.D., Mandavgane S.A., Kulkarni B.D. // Rev

2014. Vol. 225. N 3. P. 1876. doi 10.1007/s11270-014-

Chem Eng. 2015. Vol. 31. N 4. P. 361. doi 10.1515/

1876-2

revce-2014-0041

42.

Нгуен Д.Т., Везенцев А.И., Перистая Л.Ф., Михайлю-

51. Ngaini Z., Noh F., Wahi R. // Int. J. Environ. Sci.

кова М.О. // Вестн. Технол. унив. 2019. Т. 22. № 7.

Technol. 2018. Vol. 15. P. 341. 10.1007/s13762-017-

С. 61

1389-9

Chemical and Porous Structure, Sorption Properties

of Adsorbents from Organic Technogenic Substrates

V. V. Samonin*, E. A. Spiridonova, A. S. Zotov, M. L. Podvyaznikov, and A. V. Garabadzhiu

St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), St. Petersburg, 190013 Russia

*e-mail: samonin@lti-gti.ru

Received June 6, 2021; revised July 2, 2021; accepted July 5, 2021

The review provides information on the porous structure and sorption properties of carbon and carbon-min-

eral sorbents obtained from organic technogenic substrates. Polymeric materials, intermediate products of the

oil-extracting and oil-refining industries, agricultural waste, cellulose and its derivatives, such as chitin and

chitosan, are cited as substrates of technogenic origin. The applied methods of obtaining adsorbents from organic

technogenic substrates are analyzed, the parameters of the porous structure and sorption activity of adsorbents

for organic compounds and non-ferrous metal cations are given.

Keywords: adsorbent, micropores, mesopores, specific surface area, sorption activity, activation, technogenic

substrates

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 91 № 8 2021